Ultrazvuková formulace nanostrukturovaných lipidových nosičů léčiv

Nanostrukturované lipidové nosiče (NLC) jsou pokročilou formou systémů pro podávání léčiv nanometrové velikosti s lipidovým jádrem a ve vodě rozpustným obalem. NLC mají vysokou stabilitu, chrání aktivní biomolekuly před degradací a nabízejí prodloužené uvolňování léčiva. Ultrasonikace je spolehlivá, účinná a jednoduchá technika výroby naložených nanostrukturovaných lipidových nosičů.

Ultrazvuková příprava nanostrukturovaných lipidových nosičů

Nanostrukturované lipidové nosiče (NLC) obsahují pevný lipid, kapalný lipid a surfaktant ve vodném prostředí, což jim dává dobré vlastnosti z hlediska rozpustnosti a biologické dostupnosti. NLC se široce používají k formulaci stabilních systémů nosičů léčiv s vysokou biologickou dostupností a prodlouženým uvolňováním léčiva. NLC mají širokou škálu aplikací od perorálního po parenterální podávání, včetně topického/transdermálního, oftalmického (očního) a plicního podávání.
Ultrazvuková disperze a emulgace je spolehlivá a účinná technika přípravy nanostrukturovaných lipidových nosičů naložených účinnými látkami. Ultrazvuková příprava NLC má hlavní výhodu v tom, že nevyžaduje organické rozpouštědlo, velká množství surfaktantu ani přídatné látky. Ultrazvuková formulace NLC je poměrně jednoduchá metoda, protože se tající lipid přidá do roztoku surfaktantu a poté se sonikuje.

Příklady protokolů pro ultrazvukově naložené nanostrukturované lipidové nosiče

NLC s dexamethasonem připravené sonikací
Netoxický potenciální oftalmický systém NLC byl připraven za použití ultrasonikace, což vedlo k úzké distribuci velikosti, vysoké účinnosti zachycení dexamethasonu a zlepšené penetraci. Systémy NLC byly ultrazvukově připraveny pomocí sonikátoru Hielscher UP200S a jako složky sloužily Compritol 888 ATO, Miglyol 812N a Cremophor RH60.
Pevný lipid, kapalný lipid a surfaktant byly roztaveny pomocí magnetického míchadla s ohřevem při 85ºC. Poté byl do roztavené lipidové směsi přidán dexamethason a dispergován. Čistá voda byla zahřáta na 85ºC a obě fáze byly sonikovány (při 70% amplitudě po dobu 10 min) ultrazvukovým homogenizátorem Hielscher UP200S a systém NLC byl ochlazen v ledové lázni.
Ultrazvukově připravené NLC vykazují úzkou distribuci velikosti, vysokou účinnost zachycení DXM a zlepšenou penetraci.
Výzkumníci doporučují použití nízké koncentrace surfaktantu a nízké koncentrace lipidů (např. 2,5% pro surfaktant a 10% pro celkové lipidy), protože pak jsou kritické parametry stability (Z_ave, ZP, PDI) a kapacita naložení léčiva (EE%) vhodné, zatímco koncentrace emulgátoru může zůstat na nízké úrovni.
(srov. Kiss et al. 2019)

NLC s retinyl-palmitátem připravené sonikací
Retinoid je široce používanou složkou dermatologických terapií vrásek. Retinol a retinyl-palmitát jsou dvě sloučeniny ze skupiny retinoidů, které mají schopnost navodit zesílení epidermis a jsou účinné jako činidla proti vráskám.
Formulace NLC byla připravena metodou ultrasonikace. Formulace obsahovala 7,2% cetyl-palmitátu, 4,8% kyseliny olejové, 10% Tween 80, 10% glycerinu a 2% retinyl-palmitátu. K výrobě NLC s retinyl-palmitátem byly provedeny následující kroky: Směs roztavených lipidů se smísí se surfaktantem, kosurfaktantem, glycerinem a deionizovanou vodou při 60–70°C. Tato směs se míchá vysokosmykovým mixérem při 9800rpm po dobu 5 min. Po vytvoření předemulze se tato předemulze ihned sonikuje pomocí sondového ultrazvukového homogenizátoru po dobu 2 min. Poté byly získané NLC ponechány při pokojové teplotě po dobu 24 h. Emulze byla skladována při pokojové teplotě po dobu 24 h a byla změřena velikost nanočástic. Formulace NLC vykazovala velikosti částic v rozmezí 200–300nm. Získané NLC mají světle žlutý vzhled, velikost globulí 258±15,85 nm a index polydisperzity 0,31±0,09. Níže uvedený snímek z TEM ukazuje ultrazvukově připravené NLC s retinyl-palmitátem.
(srov. Pamudji et al. 2015)

NLC s obsahem Zingiber zerumbet připravené sonikací
Nanostrukturované lipidové nosiče se skládají ze směsi pevného lipidu, kapalného lipidu a surfaktantu. Jsou vynikajícími systémy pro podávání léčiv, které umožňují podávat bioaktivní látky se špatnou rozpustností ve vodě a výrazně zvýšit jejich biologickou dostupnost.
K formulaci NLC s obsahem Zingiber zerumbet byly provedeny následující kroky. 1% pevného lipidu, tj. glyceryl-monostearátu, a 4% kapalného lipidu, tj. panenského kokosového oleje, byly smíchány a roztaveny při 50°C, aby se získala homogenní, čirá lipidová fáze. Následně bylo k lipidové fázi přidáno 1% oleje Zingiber zerumbet, přičemž teplota byla nepřetržitě udržována 10°C nad teplotou tání glyceryl-monostearátu. Pro přípravu vodné fáze byly destilovaná voda, Tween 80 a sójový lecitin smíchány ve správném poměru. Vodná směs byla ihned přidána do lipidové směsi za vzniku předemulze. Předemulze byla poté homogenizována pomocí vysokosmykového homogenizátoru při 11 000 rpm po dobu 1 min. Následně byla předemulze sonikována pomocí sondového sonikátoru při 50% amplitudě po dobu 20 min. Nakonec byla disperze NLC ochlazena v ledové vodní lázni na pokojovou teplotu (25±1°C), aby byla suspenze v chladné lázni rychle zchlazena a zabránilo se agregaci částic. NLC byly skladovány při 4°C.
NLC s obsahem Zingiber zerumbet vykazují nanometrovou velikost 80,47±1,33, stabilní index polydisperzity 0,188±2,72 a náboj zeta potenciálu -38,9±2,11. Účinnost enkapsulace ukazuje schopnost lipidového nosiče enkapsulovat olej Zingiber zerumbet s účinností vyšší než 80%.
(srov. Rosli et al. 2015)

NLC s valsaratanem připravené sonikací
Valsaratan je blokátor receptoru pro angiotensin II používaný v antihypertenzivních léčivech. Valsartan má nízkou biologickou dostupnost, pouze přibližně 23%, kvůli své špatné rozpustnosti ve vodě. Použití ultrazvukové metody emulgace taveniny umožnilo připravit NLC s valsaratanem s výrazně zlepšenou biologickou dostupností.
Jednoduše řečeno, olejový roztok Val byl smíchán s určitým množstvím roztaveného lipidového materiálu při teplotě 10°C nad bodem tání lipidu. Vodný roztok surfaktantu byl připraven rozpuštěním určitých hmotností Tween 80 a deoxycholátu sodného. Roztok surfaktantu byl dále zahřát na stejnou teplotu a smíchán s olejovým lipidovým roztokem léčiva sondovou sonikací po dobu 3 min. za vzniku emulze. Poté byla vzniklá emulze dispergována v ochlazené vodě magnetickým mícháním po dobu 10 min. Vzniklé NLC byly odděleny centrifugací. Ze supernatantu byly odebrány vzorky a analyzovány na koncentraci Val validovanou metodou HPLC.
Ultrazvuková metoda emulgace taveniny má řadu výhod, včetně jednoduchosti s minimem stresových podmínek a absence toxických organických rozpouštědel. Maximální dosažená účinnost zachycení byla 75,04%
(srov. Albekery et al. 2017)

Další účinné látky, jako paclitaxel, clotrimazol, domperidon, puerarin a meloxikam, byly rovněž úspěšně začleněny do pevných lipidových nanočástic a nanostrukturovaných lipidových nosičů pomocí ultrazvukových technik. (srov. Bahari a Hamishehkar 2016)

Ultrasonikaci jako metodu přípravy pro formulaci nano lipidových nosičů (NLC) lze použít jako techniku studené nebo horké homogenizace. Ultrazvuková homogenizace vede k úzké distribuci velikosti částic, což zlepšuje stabilitu a skladovací vlastnosti NLC.

Ultrazvuková studená homogenizace

Při použití techniky studené homogenizace k přípravě nanostrukturovaných lipidových nosičů se farmakologicky účinné molekuly, tj. léčivo, rozpustí v lipidové tavenině a poté se rychle ochladí pomocí kapalného dusíku nebo suchého ledu. Během chlazení lipidy ztuhnou. Pevná lipidová hmota se poté namele na velikost nanočástic. Lipidové nanočástice se dispergují ve studeném roztoku surfaktantu, čímž vznikne studená předsuspenze. Nakonec se tato suspenze sonikuje, často pomocí reaktoru s ultrazvukovou průtokovou celou, při pokojové teplotě.
Protože se látky zahřívají pouze jednou, a to v prvním kroku, používá se ultrazvuková studená homogenizace hlavně k formulaci léčiv citlivých na teplo. Protože mnoho bioaktivních molekul a farmaceutických sloučenin podléhá tepelné degradaci, je ultrazvuková studená homogenizace široce používanou aplikací. Další výhodou techniky studené homogenizace je vyhnutí se vodné fázi, což usnadňuje enkapsulaci hydrofilních molekul, které by jinak mohly během horké homogenizace přecházet z kapalné lipidové fáze do vodné fáze.

Ultrazvuková horká homogenizace

Při použití sonikace jako techniky horké homogenizace se roztavené lipidy a účinná látka (tj. farmakologicky účinná složka) dispergují v horkém surfaktantu za intenzivního míchání, aby se získala předemulze. Pro proces horké homogenizace je důležité, aby oba roztoky, suspenze lipidu/léčiva a surfaktant, byly zahřáty na stejnou teplotu (přibližně 5–10°C nad bod tání pevného lipidu). Ve druhém kroku se předemulze poté zpracuje vysoce výkonnou sonikací při zachování teploty.

Vysoce výkonné sonikátory pro nanostrukturované lipidové nosiče

Výkonné ultrazvukové systémy Hielscher Ultrasonics se po celém světě používají ve farmaceutickém výzkumu a vývoji i ve výrobě k produkci vysoce kvalitních nanonosičů léčiv, jako jsou pevné lipidové nanočástice (SLN), nanostrukturované lipidové nosiče (NLC), nanoemulze a nanokapsle. Aby vyhověla požadavkům svých zákazníků, dodává společnost Hielscher sonikátory od kompaktního, a přesto výkonného ručního laboratorního homogenizátoru a stolních sonikátorů až po plně průmyslové ultrazvukové systémy pro výrobu velkých objemů farmaceutických formulací. K dispozici je široká škála ultrazvukových sonotrod a reaktorů, které zajistí optimální sestavu pro vaši výrobu nanostrukturovaných lipidových nosičů (NLC). Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz v režimu 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Aby naši zákazníci mohli splnit požadavky správné výrobní praxe (GMP) a zavést standardizované procesy, jsou všechny digitální sonikátory vybaveny inteligentním softwarem pro přesné nastavení parametrů sonikace, nepřetržitou kontrolu procesu a automatický záznam všech důležitých procesních parametrů na vestavěnou SD kartu. Vysoká kvalita produktu závisí na kontrole procesu a trvale vysokých standardech zpracování. Sonikátory Hielscher vám pomohou monitorovat a standardizovat váš proces!

Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz v režimu 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytne přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů: