Παρασκευή νανοδομημένων λιπιδικών φορέων φαρμάκων με υπερήχους

Οι νανοδομημένοι λιπιδικοί φορείς (NLCs) αποτελούν μια προηγμένη μορφή συστημάτων χορήγησης φαρμάκων νανομεγέθους, με λιπιδικό πυρήνα και υδατοδιαλυτό περίβλημα. Οι NLCs παρουσιάζουν υψηλή σταθερότητα, προστατεύουν τα ενεργά βιομόρια από την αποδόμηση και προσφέρουν παρατεταμένη αποδέσμευση του φαρμάκου. Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη, αποτελεσματική και απλή τεχνική για την παραγωγή νανοδομημένων λιπιδικών φορέων με ενσωματωμένες δραστικές ουσίες.

Παρασκευή νανοδομημένων λιπιδικών φορέων με υπερήχους

Οι νανοδομημένοι λιπιδικοί φορείς (NLCs) περιέχουν στερεό λιπίδιο, υγρό λιπίδιο και επιφανειοδραστική ουσία σε υδατικό μέσο, γεγονός που τους προσδίδει καλά χαρακτηριστικά διαλυτότητας και βιοδιαθεσιμότητας. Οι NLCs χρησιμοποιούνται ευρέως για την παρασκευή σταθερών συστημάτων φορέων φαρμάκων με υψηλή βιοδιαθεσιμότητα και παρατεταμένη αποδέσμευση του φαρμάκου. Οι NLCs έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών, από την από του στόματος έως την παρεντερική χορήγηση, συμπεριλαμβανομένης της τοπικής/διαδερμικής, της οφθαλμικής και της πνευμονικής χορήγησης.
Η διασπορά και η γαλακτωματοποίηση με υπερήχους αποτελούν μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική για την παρασκευή νανοδομημένων λιπιδικών φορέων με ενσωματωμένες δραστικές ενώσεις. Η παρασκευή NLCs με υπερήχους έχει το σημαντικό πλεονέκτημα ότι δεν απαιτεί οργανικό διαλύτη, μεγάλες ποσότητες επιφανειοδραστικής ουσίας ή πρόσθετες ενώσεις. Η παρασκευή NLCs με υπερήχους είναι μια σχετικά απλή μέθοδος, καθώς το λιπίδιο που τήκεται προστίθεται στο διάλυμα της επιφανειοδραστικής ουσίας και στη συνέχεια υποβάλλεται σε κατεργασία με υπερήχους.

Ενδεικτικά πρωτόκολλα για νανοδομημένους λιπιδικούς φορείς με ενσωμάτωση δραστικών ουσιών μέσω υπερήχων

NLCs με ενσωματωμένη δεξαμεθαζόνη μέσω κατεργασίας με υπερήχους
Ένα μη τοξικό σύστημα NLC με δυνατότητα οφθαλμικής χρήσης παρασκευάστηκε με κατεργασία με υπερήχους, με αποτέλεσμα στενή κατανομή μεγέθους, υψηλή αποτελεσματικότητα εγκλωβισμού της δεξαμεθαζόνης και βελτιωμένη διείσδυση. Τα συστήματα NLC παρασκευάστηκαν με υπερήχους χρησιμοποιώντας τη συσκευή υπερήχων Hielscher UP200S και τα Compritol 888 ATO, Miglyol 812N και Cremophor RH60 ως συστατικά.
Το στερεό λιπίδιο, το υγρό λιπίδιο και η επιφανειοδραστική ουσία τήχθηκαν με τη χρήση θερμαινόμενου μαγνητικού αναδευτήρα στους 85ºC. Στη συνέχεια, προστέθηκε δεξαμεθαζόνη στο τηγμένο λιπιδικό μείγμα και διασπάρθηκε. Το καθαρό νερό θερμάνθηκε στους 85ºC και οι δύο φάσεις υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους (σε πλάτος ταλάντωσης 70% για 10 min) με τον ομογενοποιητή υπερήχων Hielscher UP200S . Το σύστημα NLC ψύχθηκε σε λουτρό πάγου.
Οι NLCs που παρασκευάζονται με υπερήχους παρουσιάζουν στενή κατανομή μεγέθους, υψηλή αποτελεσματικότητα εγκλωβισμού της DXM και βελτιωμένη διείσδυση.
Οι ερευνητές συνιστούν τη χρήση χαμηλής συγκέντρωσης επιφανειοδραστικής ουσίας και χαμηλής συγκέντρωσης λιπιδίων (π.χ. 2,5% για την επιφανειοδραστική ουσία και 10% για τα συνολικά λιπίδια), επειδή τότε οι κρίσιμες παράμετροι σταθερότητας (Z_ave, ZP, PDI) και η ικανότητα φόρτωσης φαρμάκου (EE%) είναι κατάλληλες, ενώ η συγκέντρωση του γαλακτωματοποιητή μπορεί να παραμείνει σε χαμηλά επίπεδα.
(πρβλ. Kiss et al. 2019)

NLCs με ενσωματωμένο παλμιτικό ρετινύλιο μέσω κατεργασίας με υπερήχους
Το ρετινοειδές είναι ένα συστατικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε δερματολογικές θεραπείες για τις ρυτίδες. Η ρετινόλη και το παλμιτικό ρετινύλιο είναι δύο ενώσεις της ομάδας των ρετινοειδών που έχουν την ικανότητα να αυξάνουν το πάχος της επιδερμίδας και είναι αποτελεσματικές ως αντιρυτιδικοί παράγοντες.
Το σκεύασμα NLC παρασκευάστηκε με τη μέθοδο της κατεργασίας με υπερήχους. Το σκεύασμα περιείχε 7,2% παλμιτικό κετύλιο, 4,8% ελαϊκό οξύ, 10% Tween 80, 10% γλυκερίνη και 2% παλμιτικό ρετινύλιο. Για την παραγωγή NLCs με ενσωματωμένο παλμιτικό ρετινύλιο ακολουθήθηκαν τα παρακάτω βήματα: Το μείγμα τηγμένων λιπιδίων αναμειγνύεται με την επιφανειοδραστική ουσία, τη συνεπιφανειοδραστική ουσία, τη γλυκερίνη και το απιονισμένο νερό στους 60–70°C. Το μείγμα αυτό αναδεύεται με αναμείκτη υψηλής διάτμησης στις 9800rpm για 5 min. Αφού σχηματιστεί το προγαλάκτωμα, υποβάλλεται αμέσως σε κατεργασία με υπερήχους με τη χρήση ομογενοποιητή υπερήχων τύπου ακίδας για 2 min. Στη συνέχεια, ο NLC που προέκυψε διατηρήθηκε σε θερμοκρασία δωματίου για 24 h. Το γαλάκτωμα αποθηκεύτηκε σε θερμοκρασία δωματίου για 24 h και μετρήθηκε το μέγεθος των νανοσωματιδίων. Η σύνθεση NLC παρουσίασε μεγέθη σωματιδίων στην περιοχή των 200–300nm. Ο NLC που προέκυψε έχει ανοιχτό κίτρινο χρώμα, μέγεθος σταγονιδίων 258±15,85 nm και δείκτη πολυδιασποράς 0,31±0,09. Η παρακάτω εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (TEM) δείχνει τους NLCs με ενσωματωμένο παλμιτικό ρετινύλιο που παρασκευάστηκαν με υπερήχους.
(πρβλ. Pamudji et al. 2015)

NLCs φορτωμένοι με Zingiber zerumbet μέσω κατεργασίας με υπερήχους
Οι νανοδομημένοι λιπιδικοί φορείς αποτελούνται από ένα μείγμα στερεού λιπιδίου, υγρού λιπιδίου και επιφανειοδραστικής ουσίας. Αποτελούν εξαιρετικά συστήματα χορήγησης φαρμάκων για τη χορήγηση βιοδραστικών ουσιών με χαμηλή υδατοδιαλυτότητα και τη σημαντική αύξηση της βιοδιαθεσιμότητάς τους.
Για την παρασκευή NLCs φορτωμένων με Zingiber zerumbet ακολουθήθηκαν τα παρακάτω βήματα. Αναμείχθηκαν 1% στερεό λιπίδιο, δηλαδή μονοστεατικός εστέρας της γλυκερόλης, και 4% υγρό λιπίδιο, δηλαδή παρθένο έλαιο καρύδας, και τήχθηκαν στους 50°C, ώστε να ληφθεί μια ομοιογενής, διαυγής λιπιδική φάση. Στη συνέχεια, προστέθηκε 1% έλαιο Zingiber zerumbet στη λιπιδική φάση, ενώ η θερμοκρασία διατηρούνταν συνεχώς 10°C πάνω από τη θερμοκρασία τήξης του μονοστεατικού εστέρα της γλυκερόλης. Για την παρασκευή της υδατικής φάσης, αναμείχθηκαν απεσταγμένο νερό, Tween 80 και λεκιθίνη σόγιας στη σωστή αναλογία. Το υδατικό μείγμα προστέθηκε αμέσως στο λιπιδικό μείγμα, ώστε να σχηματιστεί ένα μείγμα προγαλακτώματος. Το προγαλάκτωμα ομογενοποιήθηκε κατόπιν με ομογενοποιητή υψηλής διάτμησης στις 11.000 rpm για 1 min. Στη συνέχεια, το προγαλάκτωμα υποβλήθηκε σε κατεργασία με υπερήχους με συσκευή υπερήχων τύπου ακίδας, σε πλάτος ταλάντωσης 50% για 20 min. Τέλος, η διασπορά των NLCs ψύχθηκε σε λουτρό παγωμένου νερού μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου (25±1°C), ώστε το εναιώρημα να ψυχθεί απότομα στο ψυχρό λουτρό και να αποτραπεί η συσσωμάτωση των σωματιδίων. Οι NLCs αποθηκεύτηκαν στους 4°C.
Οι NLCs που είναι φορτωμένοι με Zingiber zerumbet εμφανίζουν μέγεθος σε νανόμετρα 80,47±1,33, σταθερό δείκτη πολυδιασποράς 0,188±2,72 και φορτίο δυναμικού ζήτα -38,9±2,11. Η απόδοση ενθυλάκωσης δείχνει την ικανότητα του λιπιδικού φορέα να ενθυλακώνει έλαιο Zingiber zerumbet με απόδοση μεγαλύτερη από 80%.
(πρβλ. Rosli et al. 2015)

NLCs φορτωμένοι με βαλσαρατάνη μέσω κατεργασίας με υπερήχους
Η βαλσαρατάνη είναι ένας αποκλειστής των υποδοχέων της αγγειοτενσίνης II που χρησιμοποιείται σε αντιυπερτασικό φάρμακο. Η βαλσαρτάνη έχει χαμηλή βιοδιαθεσιμότητα, περίπου 23% μόνο, λόγω της χαμηλής υδατοδιαλυτότητάς της. Η χρήση της μεθόδου γαλακτωματοποίησης τήγματος με υπερήχους επέτρεψε την παρασκευή NLCs φορτωμένων με βαλσαρατάνη που παρουσιάζουν σημαντικά βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα.
Η διαδικασία ήταν απλή: ελαιώδες διάλυμα Val αναμείχθηκε με ορισμένη ποσότητα τετηγμένου λιπιδικού υλικού σε θερμοκρασία 10°C πάνω από το σημείο τήξης του λιπιδίου. Παρασκευάστηκε υδατικό διάλυμα επιφανειοδραστικών ουσιών με διάλυση ορισμένων μαζών Tween 80 και δεοξυχολικού νατρίου. Το διάλυμα των επιφανειοδραστικών ουσιών θερμάνθηκε στη συνέχεια στην ίδια θερμοκρασία και αναμείχθηκε με το ελαιώδες λιπιδικό διάλυμα του φαρμάκου μέσω κατεργασίας με υπερήχους με ακίδα για 3 min, ώστε να σχηματιστεί γαλάκτωμα. Έπειτα, το γαλάκτωμα που σχηματίστηκε διασπάρθηκε σε ψυχρό νερό με μαγνητική ανάδευση για 10 min. Οι NLCs που σχηματίστηκαν διαχωρίστηκαν με φυγοκέντρηση. Ελήφθησαν δείγματα από το υπερκείμενο και αναλύθηκαν ως προς τη συγκέντρωση της Val με επικυρωμένη μέθοδο HPLC.
Η μέθοδος γαλακτωματοποίησης τήγματος με υπερήχους έχει αρκετά πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων η απλότητα, οι ελάχιστα καταπονητικές συνθήκες και η απουσία τοξικών οργανικών διαλυτών. Η μέγιστη απόδοση παγίδευσης που επιτεύχθηκε ήταν 75,04%
(πρβλ. Albekery et al. 2017)

Άλλες δραστικές ενώσεις, όπως η πακλιταξέλη, η κλοτριμαζόλη, η δομπεριδόνη, η πουεραρίνη και η μελοξικάμη, ενσωματώθηκαν επίσης επιτυχώς σε νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων και νανοδομημένους λιπιδικούς φορείς με τεχνικές υπερήχων. (πρβλ. Bahari and Hamishehkar 2016)

Η κατεργασία με υπερήχους ως μέθοδος παρασκευής νανολιπιδικών φορέων (NLCs) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τεχνική ψυχρής ή θερμής ομογενοποίησης. Η ομογενοποίηση με υπερήχους οδηγεί σε στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων, η οποία βελτιώνει τη σταθερότητα και τις ιδιότητες αποθήκευσης των NLCs.

Ψυχρή ομογενοποίηση με υπερήχους

Όταν χρησιμοποιείται η τεχνική της ψυχρής ομογενοποίησης για την παρασκευή νανοδομημένων λιπιδικών φορέων, τα φαρμακολογικά δραστικά μόρια, δηλαδή το φάρμακο, διαλύονται στο τήγμα λιπιδίων και στη συνέχεια ψύχονται γρήγορα με υγρό άζωτο ή ξηρό πάγο. Κατά την ψύξη, τα λιπίδια στερεοποιούνται. Η στερεή λιπιδική μάζα αλέθεται στη συνέχεια μέχρι να αποκτήσει μέγεθος νανοσωματιδίων. Τα λιπιδικά νανοσωματίδια διασπείρονται σε ψυχρό διάλυμα επιφανειοδραστικής ουσίας, σχηματίζοντας ένα ψυχρό προεναιώρημα. Τέλος, αυτό το εναιώρημα υποβάλλεται σε κατεργασία με υπερήχους σε θερμοκρασία δωματίου, συχνά με τη χρήση αντιδραστήρα υπερήχων με κυψελίδα ροής.
Επειδή οι ουσίες θερμαίνονται μόνο μία φορά, στο πρώτο στάδιο, η ψυχρή ομογενοποίηση με υπερήχους χρησιμοποιείται κυρίως για τη διαμόρφωση θερμοευαίσθητων φαρμάκων. Καθώς πολλά βιοδραστικά μόρια και φαρμακευτικές ενώσεις είναι επιρρεπή σε θερμική αποδόμηση, η ψυχρή ομογενοποίηση με υπερήχους αποτελεί ευρέως χρησιμοποιούμενη εφαρμογή. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα της τεχνικής της ψυχρής ομογενοποίησης είναι η αποφυγή υδατικής φάσης, η οποία διευκολύνει την ενθυλάκωση υδρόφιλων μορίων που διαφορετικά θα μπορούσαν να κατανεμηθούν από την υγρή λιπιδική φάση στην υδατική φάση κατά τη θερμή ομογενοποίηση.

Θερμή ομογενοποίηση με υπερήχους

Όταν η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται ως τεχνική θερμής ομογενοποίησης, τα τηγμένα λιπίδια και η δραστική ένωση (δηλαδή το φαρμακολογικά δραστικό συστατικό) διασπείρονται σε θερμή επιφανειοδραστική ουσία υπό έντονη ανάδευση, ώστε να ληφθεί ένα προγαλάκτωμα. Για τη διαδικασία της θερμής ομογενοποίησης είναι σημαντικό και τα δύο διαλύματα, το εναιώρημα λιπιδίου/φαρμάκου και η επιφανειοδραστική ουσία, να έχουν θερμανθεί στην ίδια θερμοκρασία (περίπου 5–10°C πάνω από το σημείο τήξης του στερεού λιπιδίου). Στο δεύτερο στάδιο, το προγαλάκτωμα υποβάλλεται στη συνέχεια σε κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης, ενώ η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή.

Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης για νανοδομημένους λιπιδικούς φορείς

Τα ισχυρά συστήματα υπερήχων της Hielscher Ultrasonics χρησιμοποιούνται παγκοσμίως στη φαρμακευτική έρευνα και ανάπτυξη και στην παραγωγή για την παρασκευή νανοφορέων φαρμάκων υψηλής ποιότητας, όπως στερεά λιπιδικά νανοσωματίδια (SLNs), νανοδομημένοι λιπιδικοί φορείς (NLCs), νανογαλακτώματα και νανοκάψουλες. Για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις των πελατών της, η Hielscher προμηθεύει συσκευές υπερήχων που καλύπτουν όλο το φάσμα, από τον συμπαγή αλλά ισχυρό εργαστηριακό ομογενοποιητή χειρός και τις επιτραπέζιες συσκευές υπερήχων έως τα πλήρως βιομηχανικά συστήματα υπερήχων για την παραγωγή μεγάλων όγκων φαρμακευτικών σκευασμάτων. Διατίθεται ευρεία γκάμα ηχοτροδίων και αντιδραστήρων υπερήχων, ώστε να εξασφαλίζεται η βέλτιστη διάταξη για την παραγωγή σας νανοδομημένων λιπιδικών φορέων (NLCs). Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Για να μπορούν οι πελάτες μας να τηρούν τις Ορθές Πρακτικές Παραγωγής (GMP) και να καθιερώνουν τυποποιημένες διαδικασίες, όλες οι ψηφιακές συσκευές υπερήχων είναι εξοπλισμένες με έξυπνο λογισμικό για την ακριβή ρύθμιση της παραμέτρου κατεργασίας με υπερήχους, τον συνεχή έλεγχο της διεργασίας και την αυτόματη καταγραφή όλων των σημαντικών παραμέτρων της διεργασίας σε ενσωματωμένη κάρτα SD. Η υψηλή ποιότητα του προϊόντος εξαρτάται από τον έλεγχο της διεργασίας και τη συνεχή διατήρηση υψηλών προτύπων επεξεργασίας. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher σας βοηθούν να παρακολουθείτε και να τυποποιείτε τη διεργασία σας!

Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm μπορούν εύκολα να διατηρούνται συνεχώς σε λειτουργία 24/7. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης, διατίθενται ηχοτρόδια υπερήχων προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις σας. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας: