Ultrazvučni tretman nanočestica za farmaceutske proizvode

Sonikatori tipa sonde igraju ključnu ulogu u farmaceutskim istraživanjima i proizvodnji obezbeđujući moćno i kontrolisano sredstvo za postizanje smanjenja veličine čestica, poremećaja ćelija i homogenizacije. Sonikatori koriste ultrazvučne valove za stvaranje kavitacije, što rezultira stvaranjem i kolapsom mikroskopskih mjehurića. Ovaj fenomen stvara intenzivne sile smicanja i udarne talase, efikasno razbijajući čestice ili razbijajući ćelije.

Evo nekoliko ključnih aspekata upotrebe sonikatora tipa sonde u farmaceutskim aplikacijama:

• Smanjenje veličine čestica: Sonikatori sonde se koriste za smanjenje veličine čestica aktivnih farmaceutskih sastojaka (API) ili drugih spojeva. Mala i ujednačena veličina čestica je od vitalnog značaja za povećanje biodostupnosti, brzine rastvaranja i ukupne efikasnosti farmaceutskih formulacija.
• Poremećaj ćelije: U biofarmaceutskim istraživanjima, sonikatori sonde se koriste za razbijanje ćelija kako bi se oslobodile intracelularne komponente. Ovo je posebno važno za ekstrakciju proteina, enzima i drugih biomolekula iz mikrobnih ćelija ili kultivisanih ćelija sisara.
• Homogenizacija: Homogenizacija farmaceutskih formulacija je neophodna za osiguravanje ujednačene distribucije sastojaka. Sonikatori sonde pomažu u postizanju homogenosti tako što ravnomjerno razgrađuju aglomerate i dispergiraju komponente.
• Nanoemulzija i formiranje liposoma: Sonikacija se koristi za stvaranje stabilnih nanoemulzija i liposoma u farmaceutskim formulacijama. Ovi sistemi za isporuku nanorazmjera se koriste za isporuku lijekova kako bi se poboljšala rastvorljivost i biodostupnost.
• Kontrola kvaliteta i optimizacija procesa: Sonikacija je vrijedan alat za kontrolu kvaliteta u farmaceutskoj proizvodnji. Pomaže u optimizaciji procesa osiguravanjem dosljedne distribucije veličine čestica i homogenosti, doprinoseći ponovljivosti od serije do serije.
• Formulacija i razvoj lijekova: Tokom formulacije i razvoja lijeka, sonikatori sonde se koriste za pripremu stabilnih suspenzija, emulzija ili disperzija. Ovo je ključno za dizajniranje farmaceutskih proizvoda sa željenim fizičkim i hemijskim svojstvima.

Nanomaterijali u farmaciji

Ultrazvučne tehnologije igraju ključnu ulogu u pripremi, obradi i funkcionalizaciji nanomaterijala u farmaceutskim istraživanjima i proizvodnji. Intenzivni efekti ultrazvuka velike snage, uključujući akustičnu kavitaciju, doprinose razbijanju aglomerata, dispergiranju čestica i emulgiranju nanokapljica. Hielscher sonikatori visokih performansi pružaju pouzdano i učinkovito rješenje za farmaceutske standarde, osiguravajući sigurnu proizvodnju i olakšavajući povećanje bez dodatnih napora za optimizaciju.

Obrada nanomaterijala

Nanomaterijali, posebno nanočestice, revolucionirali su isporuku lijekova u farmaceutskim proizvodima, nudeći dokazanu metodu za davanje aktivnih tvari oralno ili putem injekcije. Ova tehnologija poboljšava efikasnost doziranja i isporuke lijekova, otvarajući nove puteve za medicinske tretmane. Sposobnost isporuke lijekova, topline ili drugih aktivnih supstanci direktno specifičnim stanicama, posebno oboljelim stanicama, označava značajan napredak.

U terapiji raka, nano-formulisani lijekovi su pokazali obećavajuće rezultate, koristeći prednost čestica nano veličine za isporuku visokih doza lijeka direktno u tumorske ćelije, maksimizirajući terapeutske efekte dok minimiziraju nuspojave na druge organe. Veličina nanorazmjera omogućava ovim česticama da prođu kroz ćelijske zidove i membrane, oslobađajući aktivne tvari precizno u ciljanim stanicama.

Obrada nanomaterijala, definisanih kao čestice sa dimenzijama manjim od 100 nm, predstavlja izazove koji zahtevaju veće napore. Ultrazvučna kavitacija se pojavljuje kao dobro uspostavljena tehnologija za deaglomeraciju i dispergiranje nanomaterijala. Ugljične nanocijevi (CNT), posebno ugljične nanocijevi s više zidova (MWCNT) i jednozidne ugljične nanocijevi (SWCNT), pokazuju jedinstvena svojstva, nudeći veliki unutrašnji volumen za inkapsuliranje molekula lijeka i različite površine za funkcionalizaciju.
 

Sonohemijska proizvodnja SWCNT-a. Silicijum u prahu u rastvoru mešavine ferocen-ksilena je sonikiran 20 minuta. na sobnoj temperaturi i pod pritiskom okoline. Sonikacija proizvodi SWCNTS visoke čistoće na površini praha silicijum dioksida. (Jeong et al. 2004.)

Funkcionalizovane ugljenične nanocevi (f-CNT) igraju ključnu ulogu u povećanju rastvorljivosti, omogućavajući efikasno ciljanje tumora i izbegavajući citotoksičnost. Ultrazvučne tehnike olakšavaju njihovu proizvodnju i funkcionalizaciju, kao što je sonohemijska metoda za SWCNT visoke čistoće. Štaviše, f-CNT mogu poslužiti kao sistemi za isporuku vakcine, povezujući antigene sa ugljeničnim nanocevima kako bi indukovali specifične odgovore antitela.
Keramičke nanočestice dobijene od silicijum dioksida, titanije ili glinice predstavljaju porozne površine, što ih čini idealnim nosačima lekova. Ultrazvučna sinteza i precipitacija nanočestica, koristeći sonohemiju, pružaju pristup odozdo prema gore za pripremu jedinjenja nano veličine. Proces poboljšava prijenos mase, što rezultira manjim veličinama čestica i većom uniformnošću

Ultrazvučna sinteza i precipitacija nanočestica

Ultrazvučna obrada igra vitalnu ulogu u funkcionalizaciji nanočestica. Tehnika efikasno razbija granične slojeve oko čestica, omogućavajući novim funkcionalnim grupama da dođu do površine čestice. Na primjer, ultrazvučna funkcionalizacija jednozidnih ugljičnih nanocijevi (SWCNT) sa PL-PEG fragmentima ometa nespecifično ćelijsko uzimanje dok promoviše specifično ćelijsko uzimanje za ciljane aplikacije.

Da bi se dobile nanočestice sa specifičnim karakteristikama i funkcijama, površina čestica mora biti modifikovana. Različiti nanosistemi kao što su polimerne nanočestice, liposomi, dendrimeri, ugljenične nanocevi, kvantne tačke itd. mogu se uspešno funkcionalizovati za efikasnu upotrebu u farmaciji.

Praktični primjer ultrazvučne funkcionalizacije čestica:

Ultrazvučna funkcionalizacija SWCNT-a pomoću PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) su pokazali da disperzija jednozidnih ugljeničnih nanocevi (SWNT) ultrazvučnom obradom fosfolipid-polietilen glikolom (PL-PEG) fragmentira, ometajući na taj način njenu sposobnost da blokira nespecifično preuzimanje ćelija. Međutim, nefragmentirani PL-PEG promovira specifično ćelijsko preuzimanje ciljanih SWNT-a na dvije različite klase receptora koje eksprimiraju ćelije raka. Ultrazvučni tretman u prisustvu PL-PEG-a uobičajena je metoda koja se koristi za dispergiranje ili funkcionalizaciju ugljičnih nanocijevi, a integritet PEG-a je važan za promoviranje specifičnog staničnog preuzimanja nanocijevi funkcionaliziranih ligandom. Budući da je fragmentacija vjerojatna posljedica ultrazvučne obrade, tehnike koja se obično koristi za raspršivanje SWNT-a, to bi moglo biti problem za određene primjene kao što je isporuka lijekova.
 

Ultrazvučna disperzija SWCNT-a sa PL-PEG (Zeineldin et al., 2009.)

Ultrazvučno formiranje liposoma

Još jedna uspješna primjena ultrazvuka je priprema liposoma i nano-liposoma. Sistemi za isporuku lijekova i gena zasnovani na liposomima igraju značajnu ulogu u višestrukim terapijama, ali iu kozmetici i ishrani. Liposomi su dobri nosioci, jer se aktivni agensi rastvorljivi u vodi mogu staviti u vodeni centar liposoma ili, ako je agens rastvorljiv u mastima, u lipidni sloj. Liposomi se mogu formirati upotrebom ultrazvuka. Osnovni materijal za pripremu liposoma su amfilne molekule izvedene ili bazirane na biološkim membranskim lipidima. Za formiranje malih jednoslojnih vezikula (SUV), disperzija lipida se lagano obrađuje ultrazvukom – npr. sa ručnim ultrasonikatorom UP50H (50W, 30kHz), VialTweeterom ili ultrazvučnim rog za čaše. Trajanje takvog ultrazvučnog tretmana traje cca. 5 – 15 minuta. Druga metoda za proizvodnju malih jednoslojnih vezikula je sonikacija liposoma višelamelnih vezikula.
Dinu-Pirvu i dr. (2010) izvještava o dobijanju transferosoma sonikacijom MLV-a na sobnoj temperaturi.
Hielscher Ultrasonics nudi razne ultrazvučne uređaje, sonotrode i pribor kako bi zadovoljio zahtjeve svih vrsta procesa.
Pročitajte više o ultrazvučno ekstrahiranom i inkapsuliranom ekstraktu Aloe vere!

Ultrazvučna inkapsulacija agenasa u liposome

Liposomi djeluju kao nosači aktivnih tvari. Ultrazvuk je efikasan alat za pripremu i formiranje liposoma za hvatanje aktivnih agenasa. Prije inkapsulacije, liposomi imaju tendenciju da formiraju klastere zbog interakcije površinskog naboja i naboja fosfolipidnih polarnih glava (Míckova et al. 2008), štoviše, moraju se otvoriti. Na primjer, Zhu et al. (2003) opisuju inkapsulaciju biotinskog praha u liposome ultrazvučnom obradom. Kako je biotin u prahu dodan u otopinu suspenzije vezikula, otopina je ultrazvučna oko cca. 1 sat. Nakon ovog tretmana, biotin je zarobljen u liposomima.

Liposomalne emulzije

Da bi se pojačao njegujući učinak krema, losiona, gelova i drugih kozmetičkih formulacija za hidrataciju ili protiv starenja, liposomskim disperzijama se dodaju emulgatori kako bi se stabilizirale veće količine lipida. Ali istraživanja su pokazala da je sposobnost liposoma općenito ograničena. Uz dodatak emulgatora, ovaj efekat će se pojaviti ranije, a dodatni emulgatori uzrokuju slabljenje barijere afiniteta fosfatidilholina. Nanočestice – sastoje se od fosfatidilholina i lipida – odgovor su na ovaj problem. Ove nanočestice su formirane kapljicom ulja koja je prekrivena monoslojem fosfatidilholina. Upotreba nanočestica omogućava formulacije koje su sposobne apsorbirati više lipida i ostati stabilne, tako da dodatni emulgatori nisu potrebni.
Ultrazvučna obrada je dokazana metoda za proizvodnju nanoemulzija i nanodisperzija. Visoko intenzivan ultrazvuk daje snagu potrebnu za raspršivanje tečne faze (disperzovane faze) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U zoni raspršivanja, implodirajući kavitacijski mjehurići uzrokuju intenzivne udarne valove u okolnoj tekućini i rezultiraju stvaranjem tekućih mlazova velike brzine tekućine. Kako bi se novonastale kapljice disperzne faze stabilizirale od koalescencije, emulziji se dodaju emulgatori (površinski aktivne tvari, surfaktanti) i stabilizatori. Kako koalescencija kapljica nakon prekida utječe na konačnu distribuciju veličine kapljica, koriste se efikasno stabilizirajući emulgatori kako bi se održala konačna distribucija veličine kapljica na nivou koji je jednak distribuciji neposredno nakon prekida kapljica u zoni ultrazvučne disperzije.

Liposomalne disperzije

Liposomske disperzije, koje su zasnovane na nezasićenom fosfatidilhloru, nemaju stabilnost protiv oksidacije. Stabilizacija disperzije može se postići antioksidansima, kao što je kompleks vitamina C i E.
Ortan et al. (2002) postigli su u svojoj studiji o ultrazvučnoj pripremi eteričnog ulja Anethum graveolens u liposomima dobre rezultate. Nakon sonikacije, dimenzija liposoma je bila između 70-150 nm, a za MLV između 230-475 nm; ove vrijednosti su bile približno konstantne i nakon 2 mjeseca, ali su se smanjile nakon 12 mjeseci, posebno u SUV disperziji (vidi histograme ispod). Mjerenje stabilnosti, u pogledu gubitka eteričnog ulja i raspodjele veličine, također je pokazalo da liposomske disperzije održavaju sadržaj hlapljivog ulja. Ovo sugerira da je hvatanje eteričnog ulja u liposome povećalo stabilnost ulja.
 

Stabilnost MLV i SUV disperzija nakon 1 godine. Liposomske formulacije su čuvane na 4±1 ºC.
(Studija i grafika: ©Ortan et al., 2009.):

 
Kliknite ovdje da pročitate više o ultrazvučnoj pripremi liposoma!

Sonikatori visokih performansi za farmaceutska istraživanja i proizvodnju

Hielscher Ultrasonics je vaš vrhunski dobavljač visokokvalitetnih sonikatora visokih performansi za istraživanje i proizvodnju farmaceutskih proizvoda. Uređaji u rasponu od 50 vati do 16.000 vati omogućavaju pronalaženje pravog ultrazvučnog procesora za svaki volumen i svaki proces. Zbog svojih visokih performansi, pouzdanosti, robusnosti i lakog rada, ultrazvučni tretman je neophodna tehnika za pripremu i obradu nanomaterijala. Opremljeni sa CIP (čišćenje na mjestu) i SIP (steriliziranje na mjestu), Hielscher sonikatori jamče sigurnu i efikasnu proizvodnju prema farmaceutskim standardima. Svi specifični ultrazvučni procesi mogu se lako testirati u laboratoriji ili na stolnoj skali. Rezultati ovih ispitivanja su potpuno ponovljivi, tako da je sljedeće skaliranje linearno i može se lako izvesti bez dodatnih napora u vezi s optimizacijom procesa.

Hielscher Sonicators: Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Made in Germany

Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Literatura/Reference