Nanoenkapsulovaná intranazální vakcína proti S. Pneumoniae pomocí ultrazvuku
Výhoda vakcín proti S. pneumoniae enkapsulovaných v nanočásticích
Mott a kol. (2013) stanovili účinnost intranazálního podání vakcinačního konstruktu z nanočástic kyseliny poly(mléčné-co-glykolové) o velikosti 234 ± 87,5nm při vytváření ochrany proti experimentální respirační pneumokokové infekci. Nanočástice enkapsulující tepelně inaktivované Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) byly v plicích zadrženy 11 dní po nazálním podání ve srovnání s prázdnými NP. Imunizace NP-HKSP vyvolala významnou rezistenci proti infekci S. pneumoniae ve srovnání s podáním samotného HKSP. Zvýšená ochrana korelovala s významným zvýšením antigenně specifické cytokinové odpovědi IFN-c spojené s Th1 u plicních lymfocytů. Tato studie prokazuje účinnost technologie na bázi NP jako neinvazivního a cíleného přístupu k nazálně-pulmonální imunizaci proti plicním infekcím.
Protokol ultrazvukové přípravy nanočástic
Ultrazvuková lýza
1×106 nanočástic enkapsulujících tepelně inaktivované Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) bylo lyzováno sonikací ve 200µl fosfátem pufrovaného fyziologického roztoku (PBS) a 70 mg kyseliny poly(mléčné-co-glykolové) (PLGA) bylo rozpuštěno v 1 ml ethylacetátu. Tyto dva roztoky byly smíchány a vortexovány maximální rychlostí po dobu 1 min za vzniku primární emulze voda v oleji.
Ultrazvuková enkapsulace
Metoda dvojité emulze: Primární emulze byla poté smíchána s 3 ml 1 % roztoku polyvinylalkoholu (PVA). Tento roztok byl sonikován pomocí ultrazvukového procesoru UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Německo) při 40 % amplitudě po dobu 2 min v kontinuálním režimu (100% cyklus), v čisté skleněné vialce ponořené do ledu pro odvod tepla, za účelem přípravy nanočástic PLGA enkapsulujících HKSP. Roztok byl dále zředěn na 20ml autoklávovanou vodou (sterilizovanou filtrem 0,22µ) a míchán 1 h při pokojové teplotě za mírného vakua, aby se odpařil ethylacetát. Roztok byl poté centrifugován pro sběr NP a tento proces byl zopakován dvakrát pro odstranění přebytku PVA. Peleta nanočástic byla resuspendována v 500µl autoklávované vody a lyofilizována. Konečné nanočástice byly uchovávány při -20°C až do dalšího použití.
Velikost částic nanočástic PLGA enkapsulujících tepelně inaktivované Streptococcus pneumoniae. Velikost částic vodné suspenze nanočástic měřená dynamickým rozptylem světla ukazuje průměrnou velikost a Gaussovo rozdělení částic v šarži.
Zdroj: Mott a kol.: Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultrazvukový homogenizátor UIP2000hdT (2kW) s kontinuálně míchaným vsádkovým reaktorem
Ultrazvukové procesory pro farmaceutické formulace
Hielscher Ultrasonic má dlouholeté zkušenosti s konstrukcí, výrobou, distribucí a servisem vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorů pro farmaceutický a potravinářský průmysl.
Příprava vysoce kvalitních lipozomů, nanočástic z pevných lipidů, polymerních nanočástic a komplexů s cyklodextriny jsou procesy, u nichž jsou ultrazvukové systémy Hielscher používány s vysokou spolehlivostí a vynikající kvalitou výstupu. Sonikátory Hielscher umožňují přesnou kontrolu všech procesních parametrů, jako je amplituda, teplota, tlak a energie sonikace. Inteligentní software automaticky protokoluje všechny parametry sonikace (čas, datum, amplituda, čistá energie, celková energie, teplota, tlak) na integrovanou SD kartu.
- Vysoce výkonná emulzifikace
- Přesná kontrola velikosti částic a naplnění
- Vysoké naplnění účinnými látkami
- Přesná kontrola procesních parametrů
- Rychlý proces
- Netepelná, přesná regulace teploty
- Lineární škálovatelnost
- Reprodukovatelnost
- Standardizace procesu / GMP
- Autoklávovatelné sonotrody a reaktory
- CIP / SIP
Níže uvedená tabulka vám poskytuje představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr jednotek UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního přes pilotní až po průmyslové měřítko.
Literatura a reference
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
- Zhiguo Zheng; Xingcai Zhang; Daniel Carbo; Cheryl Clark; Cherie-Ann Nathan; Yuri Lvov (2010): Sonication-assisted synthesis of polyelectrolyte-coated curcumin nanoparticles. Langmuir: the ACS Journal of Surfaces and Colloids, 01 Jun 2010, 26(11):7679-7681.
Fakta, která je dobré znát
Nanostrukturované nosiče léčiv
Nosiče léčiv o nanometrové velikosti, jako jsou nanoemulze, lipozomy, nanočástice z pevných lipidů, polymerní nanočástice a nanostrukturované lipidové nosiče, se používají k formulaci léčiv se zlepšenými funkčními vlastnostmi, jako je lepší biologická dostupnost, zvýšená biokompatibilita, cílené podávání, příznivý poloviční čas v krvi a velmi nízká nebo žádná toxicita pro zdravé tkáně. Ultrasonikace je vysoce účinná technika pro formulaci různých forem nanoterapeutik. Přečtěte si více o ultrazvukových aplikacích ve farmaceutické výrobě!
Lipozomy
Lipozom je kulovitě tvarovaný vezikul s alespoň jednou lipidovou dvojvrstvou, který enkapsuluje jádro hydrofobních látek. Jak velikost, tak hydrofobní a hydrofilní charakter činí z lipozomů účinné systémy pro podávání léčiv, např. lipozomální vitamin C. Vlastnosti lipozomů jsou podstatně ovlivněny složením lipidů, povrchovým nábojem, velikostí a technikou přípravy. Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukové přípravě lipozomů!
Nanoemulze
Nanoemulze nebo submikronové emulze jsou emulze s velikostí kapek mezi 20-200nm a úzkou distribucí kapek. Kapky o nanometrové velikosti nabízejí několik výhod pro orální podávání i pro topické / transdermální podávání farmaceutických a bioaktivních látek, např. nanoemulze CBD. Kapky o nanometrové velikosti se schopností účinně rozpouštět lipofilní léčiva spolu se zvýšenou rychlostí absorpce činí z nanoemulzí často používanou formu podání pro vysokou biologickou dostupnost. Nanoemulzifikované formulace lze také použít pro prodloužené uvolňování lipofilních nebo hydrofilních léčiv.
Přečtěte si více o ultrazvukové výrobě nanoemulzí!
Nanočástice z pevných lipidů
Nanočástice z pevných lipidů (SLN) je kulovitá nanočástice se středním průměrem mezi 10 a 1000 nanometry. Nanočástice z pevných lipidů mají jádrovou matrici z pevného lipidu, v níž mohou být solubilizovány lipofilní molekuly (účinné látky), takže nanočástice působí jako nosič léčiva. Lipidové jádro je stabilizováno emulgátorem nebo surfaktantem. S aplikacemi pro parenterální a orální podávání i pro okulární, pulmonální a topické podávání léčiv se nanočástice z pevných lipidů používají ke zvýšení účinnosti léčby a ke snížení systémových nežádoucích účinků.
Přečtěte si více o ultrazvukem podporované syntéze nanočástic z pevných lipidů!
Nanostrukturované lipidové nosiče
Stejně jako nanočástice z pevných lipidů (SLN) jsou nanostrukturované lipidové nosiče (NLC) další formou nanočástic na lipidové bázi. Nanostrukturované lipidové nosiče (NLC) jsou modifikované nanočástice z pevných lipidů, které se skládají ze směsi pevných a kapalných lipidů a nabízejí zlepšenou stabilitu a kapacitu pro naplnění.
Nanostrukturované lipidové nosiče lze připravit ultrazvukovou emulzní metodou.
Krystaly o nanometrové velikosti
Ultrazvuková krystalizace a precipitace je vysoce účinný způsob enkapsulace látek se špatnou rozpustností ve vodě do povlakovaného krystalu. Zheng a kol. (2020) uvádějí ultrazvukovou enkapsulaci kurkuminu, bioaktivní sloučeniny s mnoha zdravotními přínosy, avšak se špatnou biologickou dostupností kvůli nízké rozpustnosti ve vodě. Výzkumný tým vyvinul tvorbu polyelektrolytové nanoskořápky metodou vrstva po vrstvě (LbL) k enkapsulaci molekul kurkuminu. Uvádějí, že „[u]Na rozdíl od běžně používaných emulzních metod může naše ultrazvukem podporovaná enkapsulace LbL dosáhnout nanočástic mnohem menší velikosti. U kurkuminu jsme získali krystalické nanočástice s průměrnou velikostí 80 nm a ξ-potenciálem +30 mV nebo -50 mV, což zajistilo stabilitu těchto nanokoloidů po dobu několika měsíců (uchovávaných v nasyceném roztoku léčiva). Tvorba skořápek se dvěma dvojvrstvami biokompatibilních polyelektrolytů umožnila pomalé uvolňování léčiva po dobu ca 20 hodin.“
Protokol nukleace kurkuminu: Kurkuminový prášek byl rozpuštěn v roztoku 60 % ethanolu / vody. Po úplném rozpuštění kurkuminu byly přidány vodné polykationty, poly(allylamin hydrochlorid), PAH, nebo biologicky rozložitelný protomin sulfát, (PS) . Poté byl roztok sonikován pomocí UIP1000, 1kW výkonného sonikátoru od Hielscher Ultrasonic, při 100 wattech na mL roztoku. Během ultrasonikace byla do roztoku pomalu přidávána voda. Díky přidané vodě se rozpouštědlo stává polárnějším, což snižuje rozpustnost kurkuminu. Když rovnovážná koncentrace překročí mez rozpustnosti, dosáhne se přesycení kurkuminem a začíná nukleace krystalů. Při vysoce výkonné ultrasonikaci je růst částic léčiva zastaven v počátečních fázích.
Přečtěte si více o ultrazvukové precipitaci a krystalizaci nanokrystalů!