Ultrazvuková úprava nanočástic pro farmacii

Sonikátory typu sondy hrají klíčovou roli ve farmaceutickém výzkumu a výrobě tím, že poskytují výkonné a kontrolované prostředky k dosažení snížení velikosti částic, narušení buněk a homogenizace. Sonikátory využívají ultrazvukové vlny k vytváření kavitace, což má za následek tvorbu a kolaps mikroskopických bublin. Tento jev generuje intenzivní smykové síly a rázové vlny, které účinně rozkládají částice nebo narušují buňky.

Zde jsou některé klíčové aspekty použití sonikátorů typu sondy ve farmaceutických aplikacích:

• Zmenšení velikosti částic: Sondy sonikátory se používají ke snížení velikosti částic aktivních farmaceutických složek (API) nebo jiných sloučenin. Malá a jednotná velikost částic je zásadní pro zvýšení biologické dostupnosti, rychlosti rozpouštění a celkové účinnosti farmaceutických přípravků.
• Narušení buněk: V biofarmaceutickém výzkumu se sondové sonikátory používají k narušení buněk k uvolnění intracelulárních složek. To je zvláště důležité pro extrakci proteinů, enzymů a dalších biomolekul z mikrobiálních buněk nebo kultivovaných savčích buněk.
• Homogenizace: Homogenizace farmaceutických přípravků je nezbytná pro zajištění rovnoměrné distribuce složek. Sondy sonikátory pomáhají dosáhnout homogenity tím, že rozkládají aglomeráty a dispergují složky rovnoměrně.
• Tvorba nanoemulze a liposomů: Sonikace se používá k vytvoření stabilních nanoemulzí a lipozomů ve farmaceutických formulacích. Tyto systémy dodávání v nanoměřítku se používají pro dodávání léčiv ke zvýšení rozpustnosti a biologické dostupnosti.
• Kontrola kvality a optimalizace procesů: Sonikace je cenným nástrojem pro kontrolu kvality ve farmaceutické výrobě. Pomáhá při optimalizaci procesů tím, že zajišťuje konzistentní distribuci velikosti částic a homogenitu, což přispívá k reprodukovatelnosti mezi jednotlivými šaržemi.
• Formulace a vývoj léčiv: Během formulace a vývoje léčiv se sonátory sond používají k přípravě stabilních suspenzí, emulzí nebo disperzí. To je rozhodující pro navrhování farmaceutických produktů s požadovanými fyzikálními a chemickými vlastnostmi.

Nanomateriály ve farmacii

Ultrazvukové technologie hrají klíčovou roli při přípravě, zpracování a funkcionalizaci nanomateriálů ve farmaceutickém výzkumu a výrobě. Intenzivní účinky vysoce výkonného ultrazvuku, včetně akustické kavitace, přispívají k rozbíjení aglomerátů, dispergaci částic a emulgaci nanokapiček. Hielscher vysoce výkonné sonikátory poskytují spolehlivé a efektivní řešení pro farmaceutické standardy, zajišťují bezpečnou výrobu a usnadňují škálování bez dalšího úsilí o optimalizaci.

Zpracování nanomateriálů

Nanomateriály, zejména nanočástice, způsobily revoluci v dodávání léčiv ve farmacii a nabízejí osvědčenou metodu podávání účinných látek perorálně nebo injekčně. Tato technologie zvyšuje účinnost dávkování a dodávání léků a otevírá nové cesty pro lékařské ošetření. Schopnost dodávat léky, teplo nebo jiné účinné látky přímo do konkrétních buněk, zejména nemocných, představuje významný pokrok.

V terapii rakoviny prokázaly nanoformulované léky slibné výsledky, které využívají výhodu nanočástic k dodávání vysokých dávek léků přímo do nádorových buněk, čímž maximalizují terapeutické účinky a zároveň minimalizují vedlejší účinky na jiné orgány. Velikost v nanoměřítku umožňuje těmto částicím procházet buněčnými stěnami a membránami a přesně uvolňovat účinné látky na cílové buňky.

Zpracování nanomateriálů, které jsou definovány jako částice o rozměrech menších než 100 nm, představuje výzvy, které vyžadují vyšší úsilí. Ultrazvuková kavitace se jeví jako dobře zavedená technologie pro deaglomeraci a dispergaci nanomateriálů. Uhlíkové nanotrubice (CNT), zejména vícestěnné uhlíkové nanotrubice (MWCNT) a jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNT), vykazují jedinečné vlastnosti, nabízejí velký vnitřní objem pro zapouzdření molekul léčiva a odlišné povrchy pro funkcionalizaci.
 

Sonochemická výroba SWCNTs. Prášek oxidu křemičitého v roztoku směsi ferrocenu a xylenu byl sonikován po dobu 20 min. při pokojové teplotě a pod okolním tlakem. Sonikace vytváří vysoce čisté SWCNT na povrchu prášku oxidu křemičitého. (Jeong et al. 2004)

Funkcionalizované uhlíkové nanotrubice (f-CNTs) hrají klíčovou roli při zvyšování rozpustnosti, umožňují efektivní cílení nádorů a zabraňují cytotoxicitě. Ultrazvukové techniky usnadňují jejich výrobu a funkcionalizaci, jako je sonochemická metoda pro vysoce čisté SWCNT. Kromě toho mohou f-CNT sloužit jako systémy pro dodávání vakcín, které spojují antigeny s uhlíkovými nanotrubičkami a vyvolávají specifické protilátkové odpovědi.
Keramické nanočástice odvozené od oxidu křemičitého, oxidu titaničitého nebo oxidu hlinitého představují porézní povrchy, což z nich činí ideální nosiče léčiv. Ultrazvuková syntéza a srážení nanočástic s využitím sonochemie poskytují přístup zdola nahoru pro přípravu nanovelkých sloučenin. Tento proces zlepšuje přenos hmoty, což má za následek menší velikosti částic a vyšší rovnoměrnost

Ultrazvuková syntéza a srážení nanočástic

Ultrazvuku hraje zásadní roli při funkcionalizaci nanočástic. Tato technika účinně rozbíjí mezní vrstvy kolem částic, což umožňuje, aby se na povrch částic dostaly nové funkční skupiny. Například ultrazvuková funkcionalizace jednostěnných uhlíkových nanotrubic (SWCNT) s fragmenty PL-PEG narušuje nespecifické vychytávání buněk a zároveň podporuje specifické buněčné vychytávání pro cílené aplikace.

Aby bylo možné získat nanočástice se specifickými vlastnostmi a funkcemi, musí být upraven povrch částic. Různé nanosystémy, jako jsou polymerní nanočástice, liposomy, dendrimery, uhlíkové nanotrubice, kvantové tečky atd., mohou být úspěšně funkcionalizovány pro efektivní použití ve farmacii.

Praktický příklad ultrazvukové fukcionalizace částic:

Ultrazvuková funkcionalizace SWCNT pomocí PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) prokázal, že disperze jednostěnných uhlíkových nanotrubic (SWNT) ultrazvukovou ultrazvukovou ultrazvukem s fosfolipid-polyethylenglykolem (PL-PEG) jej fragmentuje, čímž narušuje jeho schopnost blokovat nespecifické vychytávání buňkami. Nefragmentovaný PL-PEG však podporuje specifické buněčné vychytávání cílených SWNT na dvě odlišné třídy receptorů exprimovaných rakovinnými buňkami. Ultrazvukové ošetření v přítomnosti PL-PEG je běžnou metodou používanou k disperzi nebo funkcionalizaci uhlíkových nanotrubic a integrita PEG je důležitá pro podporu specifického buněčného vychytávání ligandem funkcionalizovaných nanotrubic. Vzhledem k tomu, že fragmentace je pravděpodobným důsledkem ultrazvuku, což je technika běžně používaná k disperzi SWNTs, může to být problém pro určité aplikace, jako je dodávání léků.
 

Ultrazvuková disperze SWCNTs pomocí PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Ultrazvuková tvorba lipozomů

Další úspěšnou aplikací ultrazvuku je příprava lipozomů a nanolipozomů. Systémy pro dodávání léčiv a genů na bázi lipozomů hrají významnou roli v různých terapiích, ale také v kosmetice a výživě. Lipozomy jsou dobrými nosiči, protože ve vodě rozpustné účinné látky mohou být umístěny do vodného centra liposomů nebo, pokud je činidlo rozpustné v tucích, do lipidové vrstvy. Liposomy lze vytvořit pomocí ultrazvuku. Základním materiálem pro přípravu liposomů jsou amfilické molekuly odvozené nebo založené na biologických membránových lipidech. Pro tvorbu malých unilamelárních váčků (SUV) je lipidová disperze jemně sonikována – např. s ručním ultrasonicator UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter nebo ultrazvukový kelímkový roh. Doba trvání takového ultrazvukového ošetření trvá přibližně 5 – 15 minut. Další metodou výroby malých unilamelárních váčků je sonikace lipozomů multilamelárních váčků.
Dinu-Pirvu et al. (2010) uvádí získání transferozomů sonikací MLV při pokojové teplotě.
Hielscher Ultrasonics nabízí různá ultrazvuková zařízení, sonotrody a příslušenství, které splňují požadavky všech druhů procesů.
Přečtěte si více o ultrazvukem extrahovaném a zapouzdřeném extraktu z aloe vera!

Ultrazvukové zapouzdření činidel do lipozomů

Liposomy fungují jako nosiče pro účinné látky. Ultrazvuk je účinným nástrojem pro přípravu a tvorbu lipozomů pro zachycení účinných látek. Před zapouzdřením mají liposomy tendenci tvořit shluky v důsledku interakce povrchového náboje a náboje fosfolipidových polárních hlav (Míčková et al. 2008), dále musí být otevřeny. Jako příklad Zhu et al. (2003) popisují zapouzdření biotinového prášku v lipozomech ultrazvukem. Vzhledem k tomu, že biotinový prášek byl přidán do roztoku suspenze vezikuly, roztok byl sonikován po dobu cca. 1 hodina. Po této úpravě byl biotin zachycen v lipozomech.

Lipozomální emulze

Pro zvýšení vyživujícího účinku hydratačních krémů nebo krémů proti stárnutí, pleťových vod, gelů a dalších kosmeceutických přípravků se do lipozomálních disperzí přidává emulgátor, který stabilizuje vyšší množství lipidů. Výzkumy však ukázaly, že schopnost lipozomů je obecně omezená. S přidáním emulgátorů se tento účinek objeví dříve a další emulgátory způsobí oslabení bariérové afinity fosfatidylcholinu. Nanočástice – Skládá se z fosfatidylcholinu a lipidů – jsou odpovědí na tento problém. Tyto nanočástice jsou tvořeny kapičkou oleje, která je pokryta monovrstvou fosfatidylcholinu. Použití nanočástic umožňuje formulace, které jsou schopny absorbovat více lipidů a zůstat stabilní, takže nejsou potřeba další emulgátory.
Ultrazvuku je osvědčená metoda pro výrobu nanoemulzí a nanodisperzí. Vysoce intenzivní ultrazvuk dodává energii potřebnou k dispergaci kapalné fáze (dispergovaná fáze) v malých kapičkách ve druhé fázi (kontinuální fáze). V disperzní zóně způsobují implodující kavitační bubliny intenzivní rázové vlny v okolní kapalině a vedou k tvorbě kapalných paprsků s vysokou rychlostí kapaliny. Za účelem stabilizace nově vzniklých kapiček disperzní fáze proti koalescenci se do emulze přidávají emulgátory (povrchově aktivní látky, povrchově aktivní látky) a stabilizátory. Vzhledem k tomu, že koalescence kapiček po narušení ovlivňuje konečnou distribuci velikosti kapek, používají se účinně stabilizující emulgátory k udržení konečné distribuce velikosti kapek na úrovni, která se rovná distribuci bezprostředně po narušení kapek v ultrazvukové dispergační zóně.

lipozomální disperze

Lipozomální disperze, které jsou založeny na nenasyceném fosfatidylchloru, postrádají stabilitu proti oxidaci. Stabilizace disperze lze dosáhnout antioxidanty, například komplexem vitamínů C a E.
Ortan et al. (2002) dosáhli ve své studii týkající se ultrazvukové přípravy éterického oleje Anethum graveolens v lipozomech dobré výsledky. Po sonikaci byl rozměr lipozomů mezi 70-150 nm a pro MLV mezi 230-475 nm; tyto hodnoty byly přibližně konstantní i po 2 měsících, ale po 12 měsících ustaly, zejména v rozptylu SUV (viz histogramy níže). Měření stability, pokud jde o ztrátu esenciálních olejů a distribuci velikosti, také ukázalo, že lipozomální disperze udržovaly obsah těkavého oleje. To naznačuje, že zachycení esenciálního oleje v lipozomech zvýšilo stabilitu oleje.
 

Stabilita rozptylů MLV a SUV po 1 roce. Lipozomální přípravky byly skladovány při teplotě 4±1 ºC.
(Studie a grafika: ©Ortan et al., 2009):

 
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukovém liposomálním přípravku!

Vysoce výkonné sonikátory pro farmaceutický výzkum a výrobu

Hielscher Ultrasonics je váš nejlepší dodavatel vysoce kvalitních, vysoce výkonných sonikátorů pro výzkum a výrobu léčiv. Zařízení v rozsahu od 50 wattů do 16 000 wattů umožňují najít ten správný ultrazvukový procesor pro každý objem a každý proces. Díky vysokému výkonu, spolehlivosti, robustnosti a snadné obsluze je ultrazvukové ošetření základní technikou pro přípravu a zpracování nanomateriálů. Vybavené CIP (čištění na místě) a SIP (sterilizace na místě), Hielscher sonikátory zaručují bezpečnou a efektivní výrobu podle farmaceutických norem. Všechny specifické ultrazvukové procesy lze snadno testovat v laboratorní nebo stolní váze. Výsledky těchto studií jsou zcela reprodukovatelné, takže následující škálování je lineární a lze jej snadno provést bez dalšího úsilí o optimalizaci procesu.

Hielscher Sonikators: Design, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Literatura/Odkazy