Ultralydsformulering af nanostrukturerede lipidlægemiddelbærere

Nanostrukturerede lipidbærere (NLC'er) er en avanceret form for lægemiddelleveringssystemer i nanostørrelse med en lipidkerne og en vandopløselig skal. NLC'er har en høj stabilitet, beskytter de aktive biomolekyler mod nedbrydning og giver vedvarende frigivelse af lægemidler. Ultralydbehandling er en pålidelig, effektiv og enkel teknik til fremstilling af belastede nanostrukturerede lipidbærere.

Ultralydsforberedelse af nanostrukturerede lipidbærere

Nanostrukturlipidbærere (NLC'er) indeholder fast lipid, flydende lipid og overfladeaktivt stof i et vandig medium, hvilket giver dem god opløselighed og biotilgængelighedsegenskaber. NLC'er bruges i vid udstrækning til at formulere stabile lægemiddelbærersystemer med høj biotilgængelighed og vedvarende lægemiddelfrigivelse. NLC'er har en bred vifte af anvendelser lige fra oral til parenteral administration, herunder topisk/transdermal, oftalmisk (okulær) og lungeadministration.
Ultralydsdispersion og emulgering er en pålidelig og effektiv teknik til fremstilling af nanostrukturerede lipidbærere fyldt med aktive forbindelser. Ultralyd NLC-præparatet har den store fordel, at det ikke kræver et organisk opløsningsmiddel, store mængder overfladeaktivt stof eller additivforbindelser. Ultralyd NLC-formulering er en relativt simpel metode, da det smeltende lipid tilsættes til opløsningen af overfladeaktivt middel og derefter sonikeres.

Eksemplariske protokoller for ultralydsbelastede nanostrukturlipidbærere

Dexamethason-belastede NLC'er via sonikering
Et ikke-toksisk potentielt oftalmisk NLC-system blev fremstillet under ultralydbehandling, hvilket resulterede i en smal størrelsesfordeling, høj Dexamethason-indfangningseffektivitet og forbedret penetration. NLC-systemer blev ultralydsforberedt ved hjælp af en Hielscher UP200S ultralydsapparat og Compritol 888 ATO, Miglyol 812N og Cremophor RH60 som komponenter.
Det faste lipid, flydende lipid og overfladeaktive stof blev smeltet ved hjælp af en magnetisk omrører ved 85ºC. Derefter blev dexamethason tilsat til den smeltede lipidblanding og dispergeret. Det rene vand blev opvarmet til 85 ° C, og de to faser blev sonikeret (ved 70% amplitude i 10 minutter) med Hielscher UP200S ultralyd homogenisator. NLC-systemet blev afkølet i et isbad.
De ultralydsforberedte NLC'er udviser en smal størrelsesfordeling, høj DXM-indfangningseffektivitet og forbedret penetration.
Forskerne anbefaler brugen af en lav koncentration af overfladeaktivt stof og lav lipidkoncentration (f.eks. 2,5 % for overfladeaktivt stof og 10 % for total lipid), fordi de kritiske stabilitetsparametre (Z_Ave, ZP, PDI) og lægemiddelbelastningskapacitet (EE%) er egnede, mens emulgatorkoncentrationen kan forblive på lave niveauer.
(jf. Kiss et al. 2019)

Retinylpalmitat-belastede NLC'er via sonikering
Retinoid er en meget anvendt ingrediens i dermatologiske behandlinger af rynker. Retinol og retinylpalmitat er to forbindelser fra retinoidgruppen, som har en evne til at inducere tykkelsen af epidermis og er effektive som anti-rynkemiddel.
NLC-formuleringen blev fremstillet ved hjælp af ultralydsmetode. Formuleringen indeholdt 7,2 % cetylpalmitat, 4,8 % oliesyre, 10 % Tween 80, 10 % glycerin og 2 % retinylpalmitat. Følgende skridt blev taget for at producere retinylpalmitat-belastede NLC'er: Blandingen af smeltede lipider blandes med det overfladeaktive stof, co-overfladeaktive stof, glycerin og deioniseret vand ved 60-70 °C. Denne blanding omrøres med en højforskydningsblander ved 9800 rpm i 5 min. Efter at præ-emulsionen er dannet, sonikeres denne præ-emulsion straks ved hjælp af en sonde-type ultralydshomogenisator i 2 min. Derefter blev den opnåede NLC opbevaret ved stuetemperatur i 24 timer. Emulsionen blev opbevaret ved stuetemperatur i 24 timer, og nanopartikelstørrelsen blev målt. NLC-formlen viste partikelstørrelser i intervallet 200-300 nm. den opnåede NLC har et lysegult udseende, en kuglestørrelse på 258±15,85 nm og et polydispersitetsindeks på 0,31±0,09. TEM-billedet nedenfor viser de ultralydsforberedte retinylpalmitat-belastede NLC'er.
(jf. Pamudji et al. 2015)

Zingiber zerumbet-indlæste NLC'er via sonikering
Nanostrukturerede lipidbærere består af en blanding af fast-lipid, flydende lipid og overfladeaktivt stof. De er fremragende lægemiddelleveringssystemer til at administrere bioaktive stoffer med dårlig vandopløselighed og til at øge deres biotilgængelighed betydeligt.
Følgende trin blev taget for at formulere Zingiber zerumbet-belastede NLC'er. 1% fast lipid, dvs. glycerylmonostearat og 4% flydende lipid, dvs. jomfru kokosolie, blev blandet og smeltet ved 50 °C for at opnå en homogen, klar lipidfase. Efterfølgende blev 1% Zingiber zerumbet-olie tilsat lipidfasen, mens temperaturen blev holdt kontinuerligt 10°C over smeltetemperaturen for glycerylmonostearat. Til fremstilling af den vandige fase blev destilleret vand, Tween 80 og sojalecithin blandet sammen i det korrekte forhold. Den vandige blanding blev straks tilsat lipidblandingen for at danne en præ-emulsionsblanding. Foremulsionen blev derefter homogeniseret ved hjælp af højforskydningshomogenisator ved 11.000 omdr./min. i 1 minut. Derefter blev præ-emulsionen sonikeret ved hjælp af en sonde-type ultralydsapparat ved 50% amplituder i 20 minutter, Endelig blev NLC-dispersionen afkølet i isvandsbad til stuetemperatur (25±1 °C) for at slukke suspensionen i det kolde bad for at forhindre partikelaggregering. NLC'erne blev opbevaret ved 4°C.
De Zingiber zerumbet-belastede NLC'er udviser en nanometerstørrelse på 80,47±1,33, stabilt polydispersitetsindeks på 0,188±2,72 og en zeta-potentiel ladning på -38,9±2,11. Indkapslingseffektiviteten viser lipidbærerens evne til at indkapsle Zingiber zerumbet-olie mere end 80% effektivitet.
(jf. Rosli et al. 2015)

Valsaratan-indlæste NLC'er via sonikering
Valsaratan er en angiotensin II-receptorblokker, der anvendes i antihypertensiva. Valsartan har en lav biotilgængelighed på ca. 23% alene på grund af sin dårlige vandopløselighed. Brug af ultralydssmelteemulgeringsmetoden muliggjorde fremstilling af Valsaratan-belastede NLC'er med en betydeligt forbedret biotilgængelighed.
Simpelthen blev olieagtig opløsning af Val blandet med en vis mængde af et smeltet lipidmateriale ved en temperatur på 10 °C over lipidsmeltepunktet. En vandig overfladeaktiv opløsning blev fremstillet ved at opløse visse vægte af Tween 80 og natriumdeoxycholat. Den overfladeaktive opløsning blev yderligere opvarmet til samme temperaturgrad og blandet med den olieagtige lipidlægemiddelopløsning ved sonde-sonikering i 3 min. for at danne en emulsion. Derefter blev den dannede emulsion spredt i afkølet vand ved magnetisk omrøring i 10 minutter. De dannede NLC blev adskilt ved centrifugering. Prøver fra supernatanten blev taget og analyseret for koncentrationen af Val ved hjælp af en valideret HPLC-metode.
Ultralydssmelteemulgeringsmetoden har en række fordele, herunder enkelhed med minimal stressende tilstand og frataget giftige organiske opløsningsmidler. Maksimal fastklemningseffektivitet var 75,04 %
(jf. Albekery et al. 2017)

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

Ultralydbehandling som forberedelsesmetode til formulering af nanolipidbærere (NLC'er) kan anvendes som kold eller varm homogeniseringsteknik. Ultralydshomogenisering resulterer i en smal partikelstørrelsesfordeling, hvilket forbedrer NLC'ernes stabilitet og lagringsegenskaber.

Ultralyd kold homogenisering

Når den kolde homogeniseringsteknik bruges til at fremstille nanostrukturerede lipidbærere, opløses de farmakologisk aktive molekyler, dvs. lægemidlet, i lipidsmelten og afkøles derefter hurtigt ved hjælp af flydende nitrogen eller tøris. Under afkøling størkner lipiderne. Den faste lipidmasse er derefter malet nanopartikelstørrelse. Lipidnanopartiklerne dispergeres i en kold overfladeaktiv opløsning, hvilket giver en kold forsuspension. Endelig sonikeres denne suspension, ofte ved hjælp af en ultralydsflowcellereaktor, ved stuetemperatur.
Da stofferne kun opvarmes én gang i det første trin, bruges ultralydskoldhomogenisering hovedsageligt til at formulere varmefølsomme lægemidler. Da mange bioaktive molekyler og farmaceutiske forbindelser er tilbøjelige til varmenedbrydning, er ultralydskoldhomogenisering en meget anvendt anvendelse. En yderligere fordel ved koldhomogeniseringsteknikken er undgåelsen af en vandig fase, hvilket gør det lettere at indkapsle hydrofile molekyler, som ellers kunne opdeles fra den flydende lipidfase til vandfasen under varm homogenisering.

Ultralyd varm homogenisering

Når sonikering anvendes som varm homogeniseringsteknik, dispergeres de smeltede lipider og den aktive forbindelse (dvs. farmakologisk aktiv ingrediens) i et varmt overfladeaktivt stof under intens omrøring for at opnå en præ-emulsion. Til den varme homogeniseringsproces er det vigtigt, at begge opløsninger, lipid/lægemiddelsuspensionen og det overfladeaktive stof er blevet opvarmet til samme temperatur (ca. 5-10°C over smeltepunktet for det faste lipid). I det andet trin behandles præ-emulsionen derefter med højtydende sonikering, mens temperaturen opretholdes.

Højtydende ultralydapparater til nanostrukturerede lipidbærere

Hielscher Ultrasonics' kraftfulde ultralydssystemer bruges over hele verden i farmaceutisk R&D og produktion til fremstilling af nanolægemiddelbærere af høj kvalitet såsom faste lipidnanopartikler (SLN'er), nanostrukturerede lipidbærere (NLC'er), nanoemulsioner og nanokapsler. For at imødekomme kundernes krav leverer Hielscher ultralydapparater fra den kompakte, men alligevel kraftfulde håndholdte laboratoriehomogenisator og bord-top ultralydsapparater til fuldt industrielle ultralydssystemer til produktion af store mængder farmaceutiske formuleringer. En bred vifte af ultralydssonotroder og reaktorer er tilgængelige for at sikre en optimal opsætning til din produktion af nanostrukturerede lipidbærere (NLC'er). Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
For at gøre det muligt for vores kunder at opfylde Good Manufacturing Practices (GMP) og etablere standardiserede processer, er alle digitale ultralydapparater udstyret med intelligent software til præcis indstilling af sonikeringsparameteren, kontinuerlig proceskontrol og automatisk registrering af alle vigtige procesparametre på et indbygget SD-kort. Høj produktkvalitet afhænger af processtyring og konstant høje forarbejdningsstandarder. Hielscher ultralydapparater hjælper dig med at overvåge og standardisere din proces!

Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: