Formulering af niosomer med ultralyd

Niosomer er vesikler i nanostørrelse, som kan bruges som bærere for lægemidler (f.eks. kræftlægemidler) og andre bioaktive stoffer. Ultralydsemulgering er en enkel og hurtig metode til at formulere små niosomer med et højt lægemiddelindhold.

Niosomvesikler som nanobærere for aktive stoffer

Et niosom er en vesikel baseret på ikke-ioniske overfladeaktive stoffer, som hovedsageligt dannes ved inkorporering af et ikke-ionisk overfladeaktivt stof og kolesterol som hjælpestof. Niosomer er mere stabile over for kemisk nedbrydning eller oxidation og har lang opbevaringstid sammenlignet med liposomer. På grund af de overfladeaktive stoffer, der anvendes til fremstilling af niosomer, er de biologisk nedbrydelige, biokompatible og ikke-immunogene. Niosomer er osmotisk aktive, kemisk stabile og har længere opbevaringstid sammenlignet med liposomer. Afhængigt af størrelse og lamellaritet findes der forskellige fremstillingsmetoder såsom sonikering, omvendt fasefordampning, tyndfilmshydrering eller en proces til lægemiddeloptagelse ved hjælp af en transmembran pH-gradient. Fremstilling af niosomer med ultralyd er den foretrukne teknik til at producere unilamellære vesikler, som er små og ensartede i størrelse.

Formulering af niosomer med ultralyd

For at formulere niosomer skal der fremstilles en olie-i-vand-emulsion (o/w) af en organisk opløsning af overfladeaktivt stof og kolesterol samt en vandig opløsning, der indeholder det bioaktive stof, dvs. lægemidlet. Ultralydsemulgering er den overlegne teknik til at blande ikke-blandbare væsker såsom olie og vand. Ved at udsætte dråberne i begge faser for forskydningskræfter og bryde dem ned til nanostørrelse opnås en nanoemulsion. Derefter fordampes det organiske opløsningsmiddel, hvilket resulterer i niosomer fyldt med terapeutiske stoffer, som er dispergeret i den vandige fase. Sammenlignet med mekanisk omrøring udmærker teknikken til formulering af niosomer med ultralyd sig ved i en hurtig proces at danne niosomer med en mindre gennemsnitlig størrelse og et lavere polydispersitetsindeks. Anvendelse af mindre vesikler er generelt at foretrække, da de har tendens til bedre at undgå kroppens clearance-mekanismer end større partikler og forbliver længere i blodbanen. (jf. Bragagni et al. 2014)
Læs mere om sonikering til forbedrede niosomformuleringer!

Protokoller til fremstilling af niosomer med ultralyd

Formulering af niosomer ved hjælp af sonikering er blevet undersøgt grundigt, så der findes adskillige videnskabeligt validerede protokoller til produktion af niosomer med ultralyd.
Nedenfor finder du en kort oversigt over nogle få formuleringsprotokoller til fremstilling og fyldning af niosomer ved hjælp af sonikering.

Niosomer fyldt med ekstrakter af Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formulerede råekstrakt af Withania somnifera i niosomer beregnet til topikal anvendelse. De bioaktive stoffer blev indkapslet ved injektion af opløsningsmiddel. Derfor blev den organiske og den vandige fase kontinuerligt omrørt magnetisk, og temperaturen blev holdt på 60°C ± 2°C, indtil det organiske opløsningsmiddel var drevet af. Den resulterende formulering blev afkølet og sonikeret på is ved hjælp af sonikatoren Hielscher UP200ST. Niosomerne havde gennemsnitlige størrelser på ca. 165,9 ± 9,4 og viste en høj indkapslingseffektivitet (EE%) for withanolide A.

Niosomer fyldt med doxorubicin
N-palmitoylglukosamin-niosomer (Glu) fyldt med doxorubicin, et kræftlægemiddel, blev fremstillet ved at ryste en blanding af NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), kolesterol (58 mg) og Solulan C24 (54 mg) i en doxorubicinopløsning (1,5 mg/ml, 2 ml, fremstillet i PBS) ved 90°C i 1 h, efterfulgt af sonikering med en sonde i 10 min (75% af maks.).
Palmitoylglykolchitosan-vesikler (GCP) blev fremstillet som tidligere beskrevet (11) ved at sonikere glykolchitosan (10 mg) og kolesterol (4 mg) i en doxorubicinopløsning (1,5 mg/ml) med en sonde. (Dufes et al. 2004)

Alternative metoder til fremstilling af niosomer

Alternative metoder til formulering af niosomer, såsom teknikken med omvendt fasefordampning eller processen til lægemiddeloptagelse ved hjælp af en transmembran pH-gradient, indebærer tilførsel af ultralydsenergi. Begge teknikker anvendes hovedsageligt til at formulere multilamellære vesikler (MLVs). Nedenfor finder du en kort beskrivelse af begge teknikker og det tilhørende sonikeringstrin.

Sonikering ved fremstilling af niosomer via omvendt fasefordampning

Ved metoden med omvendt fasefordampning (REV) opløses komponenterne i niosomformuleringen i en blanding af ether og chloroform og tilsættes den vandige fase, som indeholder lægemidlet. Ultralydsemulgering anvendes til at omdanne blandingen til en emulsion med fine dråber. Derefter fordampes den organiske fase. De niosomer, der opnås under fordampningen af det organiske opløsningsmiddel, er store unilamellære vesikler.

Proces til lægemiddeloptagelse ved hjælp af en transmembran pH-gradient

Ved processen til lægemiddeloptagelse ved hjælp af en transmembran pH-gradient (surt indre) med fjernindlæsning opløses overfladeaktivt stof og kolesterol i chloroform. Opløsningsmidlet fordampes derefter under vakuum for at opnå en tynd film på rundkolbens væg. Filmen hydreres med 300 mM citronsyre (pH 4,0) ved at vortexblande suspensionen. De multilamellære vesikler fryses og optøs tre gange og sonikeres derefter ved hjælp af en ultralydsbehandler med sonde. Til denne niosomsuspension tilsættes en vandig opløsning, der indeholder 10 mg/ml lægemiddel, hvorefter der vortexblandes. Prøvens pH hæves derefter til pH 7,0–7,2 med 1M dinatriumfosfat. Derefter opvarmes blandingen til 60°C i 10 minutter. Denne teknik giver multilamellære vesikler. (jf. Kazi et al. 2010)

Størrelsesreduktion af niosomer med ultralyd

Niosomer ligger sædvanligvis i størrelsesintervallet fra 10nm til 1000nm. Afhængigt af fremstillingsteknikken er niosomer ofte relativt store og har tendens til at danne aggregater. Specifikke niosomstørrelser er dog en vigtig faktor i forhold til den tilsigtede type leveringssystem. For eksempel er en meget lille niosomstørrelse i nanometerområdet bedst egnet til systemisk lægemiddellevering, hvor lægemidlet skal transporteres gennem cellemembraner for at nå det cellulære målsted, mens større niosomer anbefales til intramuskulær og intrakavitær lægemiddellevering eller oftalmiske anvendelser. Størrelsesreduktion af niosomer med ultralyd er et almindeligt trin under fremstillingen af meget potente niosomer. Ultralydens forskydningskræfter deagglomererer og dispergerer niosomerne til monodisperse nanoniosomer.

Protokol – størrelsesreduktion af LipoNiosomes med ultralyd

Naderinezhad et al. (2017) formulerede biokompatible LipoNiosomes (en kombination af niosom og liposom) indeholdende Tween 60: kolesterol: DPPC (i forholdet 55 : 30 : 15 : 3) med 3% DSPE-mPEG. For at reducere størrelsen af de fremstillede LipoNiosomes sonikerede de efter hydrering suspensionen i 45 min (15 sekunder til og 10 sekunder fra, amplitude 70% ved 100 watt) for at minimere partikelaggregering ved hjælp af ultralydshomogenisatoren UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Tyskland). Ved pH-gradientmetoden blev de tørrede film af CUR, overfladeaktive stoffer og lipider hydreret med 1300 mL ammoniumsulfat (pH 1⁄4 4) ved 63 C i 47 min. Derefter blev nanopartiklerne sonikeret over et isbad for at producere små vesikler.

Ultralydsbehandlere til fremstilling af niosomer

Hielscher Ultrasonics har mange års erfaring med design, fremstilling, distribution og service af højtydende ultralydshomogenisatorer til lægemiddel-, fødevare- og kosmetikindustrien.
Fremstilling af niosomer, liposomer, faste lipidnanopartikler, polymere nanopartikler, cyclodextrinkomplekser og andre nanostrukturerede lægemiddelbærere af høj kvalitet er processer, hvor Hielschers sonikatorer udmærker sig på grund af deres høje pålidelighed, konstante udgangseffekt og præcise kontrollerbarhed. Hielschers ultralydsbehandlere muliggør præcis kontrol over alle procesparametre såsom amplitude, temperatur, tryk og sonikeringsenergi. Den intelligente software registrerer automatisk alle sonikeringsparametre (tid, dato, amplitude, nettoenergi, samlet energi, temperatur, tryk) på det indbyggede SD-kort.
Hielschers sonikatorers robusthed muliggør drift 24/7 under høj belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsbehandleres omtrentlige behandlingskapacitet: