Formulering af nanostrukturerede lipidbærere til lægemidler med ultralyd

Nanostrukturerede lipidbærere (NLC’er) er en avanceret form for lægemiddelleveringssystemer i nanostørrelse med en lipidkerne og en vandopløselig skal. NLC’er har høj stabilitet, beskytter de aktive biomolekyler mod nedbrydning og giver vedvarende lægemiddelfrigivelse. Sonikering er en pålidelig, effektiv og enkel teknik til fremstilling af nanostrukturerede lipidbærere med indlejrede stoffer.

Fremstilling af nanostrukturerede lipidbærere med ultralyd

Nanostrukturerede lipidbærere (NLC’er) indeholder fast lipid, flydende lipid og et overfladeaktivt stof i et vandigt medium, hvilket giver dem gode opløseligheds- og biotilgængelighedsegenskaber. NLC’er anvendes i vid udstrækning til at formulere stabile lægemiddelbærersystemer med høj biotilgængelighed og vedvarende lægemiddelfrigivelse. NLC’er har en bred vifte af anvendelser fra oral til parenteral administration, herunder topikal/transdermal, oftalmisk (okulær) og pulmonal administration.
Dispergering og emulgering med ultralyd er en pålidelig og effektiv teknik til fremstilling af nanostrukturerede lipidbærere med indlejrede aktive forbindelser. Fremstilling af NLC’er med ultralyd har den store fordel, at den ikke kræver et organisk opløsningsmiddel, store mængder overfladeaktivt stof eller tilsætningsstoffer. Formulering af NLC’er med ultralyd er en forholdsvis enkel metode, idet det smeltende lipid tilsættes opløsningen af overfladeaktivt stof og derefter sonikeres.

Eksempler på protokoller til indlejring af stoffer i nanostrukturerede lipidbærere med ultralyd

NLC’er med indlejret dexamethason ved sonikering
Et ikke-toksisk NLC-system med potentiale til oftalmisk brug blev fremstillet ved sonikering, hvilket resulterede i en snæver størrelsesfordeling, høj indfangningseffektivitet for dexamethason og forbedret penetration. NLC-systemerne blev fremstillet med ultralyd ved hjælp af ultralydsenheden Hielscher UP200S og med Compritol 888 ATO, Miglyol 812N og Cremophor RH60 som komponenter.
Det faste lipid, det flydende lipid og det overfladeaktive stof blev smeltet med en magnetomrører med varmefunktion ved 85ºC. Derefter blev dexamethason tilsat den smeltede lipidblanding og dispergeret. Det rene vand blev opvarmet ved 85ºC, og de to faser blev sonikeret (ved 70% amplitude i 10 min) med ultralydshomogenisatoren Hielscher UP200S . NLC-systemet blev afkølet i et isbad.
De NLC’er, der blev fremstillet med ultralyd, udviser en snæver størrelsesfordeling, høj indfangningseffektivitet for DXM og forbedret penetration.
Forskerne anbefaler at anvende en lav koncentration af overfladeaktivt stof og en lav lipidkoncentration (f.eks. 2,5% overfladeaktivt stof og 10% samlet lipid), fordi de kritiske stabilitetsparametre (Z_ave, ZP, PDI) og lægemiddelbelastningskapaciteten (EE%) så er egnede, mens emulgatorkoncentrationen kan holdes på et lavt niveau.
(jf. Kiss et al. 2019)

NLC’er med indlejret retinylpalmitat ved sonikering
Retinoid er en ingrediens, der anvendes i vid udstrækning i dermatologiske behandlinger af rynker. Retinol og retinylpalmitat er to forbindelser fra retinoidgruppen, som kan øge epidermis’ tykkelse og er effektive som midler mod rynker.
NLC-formuleringen blev fremstillet ved sonikering. Formuleringen indeholdt 7,2% cetylpalmitat, 4,8% oliesyre, 10% Tween 80, 10% glycerin og 2% retinylpalmitat. Følgende trin blev udført for at fremstille NLC’er med indlejret retinylpalmitat: Blandingen af smeltede lipider blandes med det overfladeaktive stof, det overfladeaktive hjælpestof, glycerin og deioniseret vand ved 60–70°C. Denne blanding omrøres med en blander med høj forskydningskraft ved 9800rpm i 5 min. Når præemulsionen er dannet, sonikeres den straks med en ultralydshomogenisator af sondetypen i 2 min. Derefter blev de fremstillede NLC’er opbevaret ved stuetemperatur i 24 h. Emulsionen blev opbevaret ved stuetemperatur i 24 h, og nanopartikelstørrelsen blev målt. NLC-formuleringen viste partikelstørrelser i intervallet 200–300nm. De fremstillede NLC’er har et lysegult udseende, en globulestørrelse på 258±15,85 nm og et polydispersitetsindeks på 0,31±0,09. TEM-billedet nedenfor viser de NLC’er med indlejret retinylpalmitat, der er fremstillet med ultralyd.
(jf. Pamudji et al. 2015)

NLC’er med indlejret Zingiber zerumbet ved sonikering
Nanostrukturerede lipidbærere består af en blanding af fast lipid, flydende lipid og et overfladeaktivt stof. De er fremragende lægemiddelleveringssystemer til administration af bioaktive stoffer med ringe vandopløselighed og til at øge deres biotilgængelighed betydeligt.
Følgende trin blev udført for at formulere NLC’er med indlejret Zingiber zerumbet. 1% fast lipid, dvs. glycerylmonostearat, og 4% flydende lipid, dvs. jomfrukokosolie, blev blandet og smeltet ved 50°C for at opnå en homogen, klar lipidfase. Derefter blev 1% Zingiber zerumbet-olie tilsat lipidfasen, mens temperaturen konstant blev holdt 10°C over glycerylmonostearats smeltetemperatur. Til fremstilling af den vandige fase blev destilleret vand, Tween 80 og sojalecithin blandet i det korrekte forhold. Den vandige blanding blev straks tilsat lipidblandingen for at danne en præemulsionsblanding. Præemulsionen blev derefter homogeniseret med en homogenisator med høj forskydningskraft ved 11.000 rpm i 1 min. Derefter blev præemulsionen sonikeret med en ultralydsenhed af sondetypen ved 50% amplitude i 20 min. Til sidst blev NLC-dispersionen afkølet i et isvandbad til stuetemperatur (25±1°C) for at bratkøle suspensionen i det kolde bad og forhindre partikelaggregering. NLC’erne blev opbevaret ved 4°C.
NLC’erne med indlejret Zingiber zerumbet udviser en størrelse i nanometer på 80,47±1,33, et stabilt polydispersitetsindeks på 0,188±2,72 og en zetapotentialladning på -38,9±2,11. Indkapslingseffektiviteten viser lipidbærerens evne til at indkapsle Zingiber zerumbet-olie med en effektivitet på mere end 80%.
(jf. Rosli et al. 2015)

NLC’er med indlejret Valsaratan ved sonikering
Valsaratan er en angiotensin II-receptorblokker, der anvendes i blodtrykssænkende medicin. Valsartan har en lav biotilgængelighed på kun ca. 23% på grund af sin ringe vandopløselighed. Anvendelse af smelteemulgering med ultralyd gjorde det muligt at fremstille NLC’er med indlejret Valsaratan og betydeligt forbedret biotilgængelighed.
En olieopløsning af Val blev ganske enkelt blandet med en bestemt mængde smeltet lipidmateriale ved en temperatur 10°C over lipidets smeltepunkt. En vandig opløsning af overfladeaktive stoffer blev fremstillet ved at opløse bestemte vægtmængder Tween 80 og natriumdeoxycholat. Opløsningen af overfladeaktive stoffer blev derefter opvarmet til samme temperatur og blandet med den olieholdige lipid-lægemiddelopløsning ved sonikering med en sonde i 3 min. for at danne en emulsion. Derefter blev den dannede emulsion dispergeret i afkølet vand ved magnetisk omrøring i 10 min. De dannede NLC’er blev separeret ved centrifugering. Der blev udtaget prøver af supernatanten, som blev analyseret for koncentrationen af Val ved hjælp af en valideret HPLC-metode.
Smelteemulgering med ultralyd har en række fordele, herunder enkelhed med minimal belastning og fravær af toksiske organiske opløsningsmidler. Den højest opnåede indfangningseffektivitet var 75,04%
(jf. Albekery et al. 2017)

Andre aktive forbindelser såsom paclitaxel, clotrimazol, domperidon, puerarin og meloxicam blev også med succes indlejret i faste lipidnanopartikler og nanostrukturerede lipidbærere ved hjælp af ultralydsteknikker. (jf. Bahari and Hamishehkar 2016)

Sonikering som fremstillingsmetode til formulering af nanolipidbærere (NLC’er) kan anvendes som en kold eller varm homogeniseringsteknik. Homogenisering med ultralyd giver en snæver partikelstørrelsesfordeling, hvilket forbedrer NLC’ernes stabilitet og opbevaringsegenskaber.

Kold homogenisering med ultralyd

Når kold homogenisering anvendes til fremstilling af nanostrukturerede lipidbærere, opløses de farmakologisk aktive molekyler, dvs. lægemidlet, i lipidsmelten og afkøles derefter hurtigt med flydende kvælstof eller tøris. Under afkølingen størkner lipiderne. Den faste lipidmasse formales derefter til nanopartikelstørrelse. Lipidnanopartiklerne dispergeres i en kold opløsning af overfladeaktivt stof, hvilket giver en kold præsuspension. Til sidst sonikeres denne suspension ved stuetemperatur, ofte ved hjælp af en ultralydsreaktor med gennemstrømningscelle.
Da stofferne kun opvarmes én gang i det første trin, anvendes kold homogenisering med ultralyd hovedsageligt til formulering af varmefølsomme lægemidler. Da mange bioaktive molekyler og farmaceutiske forbindelser er tilbøjelige til at nedbrydes af varme, er kold homogenisering med ultralyd en udbredt anvendelse. En yderligere fordel ved kold homogenisering er, at en vandig fase undgås, hvilket gør det lettere at indkapsle hydrofile molekyler, som ellers muligvis ville fordele sig fra den flydende lipidfase til vandfasen under varm homogenisering.

Varm homogenisering med ultralyd

Når sonikering anvendes som en varm homogeniseringsteknik, dispergeres de smeltede lipider og den aktive forbindelse (dvs. den farmakologisk aktive ingrediens) i et varmt overfladeaktivt stof under kraftig omrøring for at opnå en præemulsion. Ved varm homogenisering er det vigtigt, at begge opløsninger, lipid-lægemiddelsuspensionen og det overfladeaktive stof, er opvarmet til samme temperatur (ca. 5–10°C over det faste lipids smeltepunkt). I det andet trin behandles præemulsionen derefter med sonikering med høj ydeevne, mens temperaturen opretholdes.

Ultralydsenheder med høj ydeevne til nanostrukturerede lipidbærere

Hielscher Ultrasonics’ kraftfulde ultralydssystemer anvendes verden over inden for farmaceutisk forskning, udvikling og produktion til fremstilling af lægemiddelbærere i nanostørrelse af høj kvalitet såsom faste lipidnanopartikler (SLN’er), nanostrukturerede lipidbærere (NLC’er), nanoemulsioner og nanokapsler. For at opfylde kundernes krav leverer Hielscher ultralydsenheder lige fra den kompakte, men kraftfulde håndholdte laboratoriehomogenisator og ultralydsenheder til bordbrug til fuldt industrielle ultralydssystemer til produktion af store mængder farmaceutiske formuleringer. Et bredt udvalg af ultralydssonotroder og reaktorer er tilgængeligt for at sikre en optimal opsætning til din produktion af nanostrukturerede lipidbærere (NLC’er). Hielschers robuste ultralydsudstyr muliggør drift 24/7 ved høj belastning og i krævende miljøer.
For at gøre det muligt for vores kunder at overholde god fremstillingspraksis (GMP) og etablere standardiserede processer er alle digitale ultralydsenheder udstyret med intelligent software til præcis indstilling af sonikeringsparameteren, kontinuerlig processtyring og automatisk registrering af alle vigtige procesparametre på et indbygget SD-kort. Høj produktkvalitet afhænger af processtyring og vedvarende høje standarder for behandlingen. Hielschers ultralydsenheder hjælper dig med at overvåge og standardisere din proces!

Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan uden problemer opretholdes kontinuerligt i drift 24/7. Til endnu højere amplituder fås kundetilpassede ultralydssonotroder. Hielschers robuste ultralydsudstyr muliggør drift 24/7 ved høj belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsenheders omtrentlige behandlingskapacitet: