Formulación ultrasónica de transportadores de fármacos lipídicos nanoestructurados

Los portadores lipídicos nanoestructurados (NLC) son una forma avanzada de sistemas nanométricos de administración de fármacos con un núcleo lipídico y una cubierta hidrosoluble. Los NLC tienen una gran estabilidad, protegen las biomoléculas activas contra la degradación y ofrecen una liberación sostenida del fármaco. La ultrasonicación es una técnica fiable, eficaz y sencilla para producir portadores lipídicos nanoestructurados cargados.

Preparación por ultrasonidos de portadores lipídicos nanoestructurados

Los portadores lipídicos nanoestructurados (NLC) contienen lípidos sólidos, lípidos líquidos y tensioactivos en un medio acuoso, lo que les confiere buenas características de solubilidad y biodisponibilidad. Los NLC se utilizan ampliamente para formular sistemas portadores de fármacos estables con una elevada biodisponibilidad y una liberación sostenida del fármaco. Las CLN tienen una amplia gama de aplicaciones que van desde la administración oral a la parenteral, pasando por la administración tópica/transdérmica, oftálmica (ocular) y pulmonar.
La dispersión y emulsificación por ultrasonidos es una técnica fiable y eficaz para preparar portadores lipídicos nanoestructurados cargados con compuestos activos. La preparación de NLC por ultrasonidos tiene la gran ventaja de no requerir un disolvente orgánico, grandes cantidades de tensioactivos ni compuestos aditivos. La formulación de NLC por ultrasonidos es un método relativamente sencillo, ya que el lípido en fusión se añade a la solución de tensioactivo y, a continuación, se somete a sonicación.

Protocolos ejemplares para portadores lipídicos nanoestructurados cargados por ultrasonidos

NLC cargados con dexametasona mediante sonicación
Se preparó un sistema NLC oftálmico potencial no tóxico bajo ultrasonidos, que dio lugar a una distribución de tamaño estrecha, una alta eficacia de atrapamiento de la Dexametasona y una penetración mejorada. Los sistemas NLC se prepararon por ultrasonidos utilizando un Hielscher UP200S ultrasonicador y Compritol 888 ATO, Miglyol 812N y Cremophor RH60 como componentes.
El lípido sólido, el lípido líquido y el tensioactivo se fundieron utilizando un agitador magnético de calentamiento a 85ºC. A continuación, se añadió Dexametasona a la mezcla de lípidos fundidos y se dispersó. El agua pura se calentó a 85ºC y las dos fases se sonicaron (a una amplitud del 70% durante 10 min) con el Hielscher UP200S homogeneizador ultrasónico. El sistema NLC se enfrió en un baño de hielo.
Los NLCs preparados por ultrasonidos presentan una distribución de tamaños estrecha, una alta eficacia de atrapamiento del DXM y una penetración mejorada.
Los investigadores recomiendan utilizar una concentración baja de tensioactivo y una concentración baja de lípidos (por ejemplo, 2,5% de tensioactivo y 10% de lípidos totales) porque entonces los parámetros críticos de estabilidad (Z_ave, ZP, PDI) y la capacidad de carga del fármaco (EE%) son adecuados, mientras que la concentración de emulsionante puede permanecer en niveles bajos.
(cf. Kiss et al. 2019)

NLC cargados con palmitato de retinol mediante sonicación
El retinoide es un ingrediente muy utilizado en las terapias dermatológicas de las arrugas. El retinol y el palmitato de retinilo son dos compuestos del grupo de los retinoides que tienen la capacidad de inducir el grosor de la epidermis y son eficaces como agentes antiarrugas.
La formulación NLC se preparó utilizando el método de ultrasonidos. La formulación contenía un 7,2% de palmitato de cetilo, un 4,8% de ácido oleico, un 10% de Tween 80, un 10% de glicerina y un 2% de palmitato de retinilo. Para producir NLC cargados con palmitato de retinilo se siguieron los siguientes pasos: La mezcla de lípidos fundidos se mezcla con el surfactante, el co-surfactante, la glicerina y el agua desionizada a 60-70°C. Esta mezcla se agita con un mezclador de alto cizallamiento a 9800rpm durante 5 min. Una vez formada la preemulsión, ésta se sonicó inmediatamente con un homogeneizador ultrasónico tipo sonda durante 2 min. A continuación, la NLC obtenida se mantuvo a temperatura ambiente durante 24 h. La emulsión se almacenó a temperatura ambiente durante 24 h y se midió el tamaño de las nanopartículas. La fórmula de NLC mostró tamaños de partícula en el rango de 200-300 nm. El NLC obtenido tiene un aspecto amarillo pálido, un tamaño globular de 258±15,85 nm, y un índice de polidispersidad de 0,31±0,09. La siguiente imagen TEM muestra los NLC cargados con palmitato de retinilo preparados por ultrasonidos.
(cf. Pamudji et al. 2015)

NLC cargados con Zingiber zerumbet mediante sonicación
Los portadores lipídicos nanoestructurados consisten en una mezcla de lípido sólido, lípido líquido y tensioactivo. Son excelentes sistemas de administración de fármacos para administrar sustancias bioactivas poco solubles en agua y aumentar considerablemente su biodisponibilidad.
Para formular los NLC cargados con Zingiber zerumbet se siguieron los siguientes pasos. El 1% de lípido sólido, es decir, monoestearato de glicerilo, y el 4% de lípido líquido, es decir, aceite de coco virgen, se mezclaron y fundieron a 50°C para obtener una fase lipídica homogénea y clara. Posteriormente, se añadió a la fase lipídica un 1% de aceite de Zingiber zerumbet, mientras la temperatura se mantenía continuamente 10°C por encima de la temperatura de fusión del monoestearato de glicerilo. Para la preparación de la fase acuosa, se mezclaron agua destilada, Tween 80 y lecitina de soja en la proporción correcta. La mezcla acuosa se añadió inmediatamente a la mezcla lipídica para formar una mezcla de preemulsión. A continuación, la preemulsión se homogeneizó utilizando un homogeneizador de alto cizallamiento a 11.000 rpm durante 1 minuto. Por último, la dispersión de NLC se enfrió en un baño de agua helada hasta alcanzar la temperatura ambiente (25±1°C) para enfriar la suspensión en el baño frío y evitar la agregación de partículas. Las NLC se almacenaron a 4°C.
Las NLC cargadas con Zingiber zerumbet presentan un tamaño nanométrico de 80,47±1,33, un índice de polidispersidad estable de 0,188±2,72 y una carga potencial zeta de -38,9±2,11. La eficacia de la encapsulación muestra la capacidad del portador lipídico para encapsular el aceite de Zingiber zerumbet con una eficacia superior al 80%.
(cf. Rosli et al. 2015)

NLC cargados con Valsaratan mediante sonicación
El valsartán es un bloqueante de los receptores de la angiotensina II utilizado como antihipertensivo. El valsartán tiene una biodisponibilidad baja, de aproximadamente el 23%, debido únicamente a su escasa hidrosolubilidad. El uso del método de emulsificación por fusión ultrasónica permitió la preparación de NLC cargados con Valsartán, con una biodisponibilidad significativamente mejorada.
Simplemente, se mezcló una solución oleosa de Val con cierta cantidad de un material lipídico fundido a una temperatura 10°C por encima del punto de fusión del lípido. Se preparó una solución acuosa de tensioactivo disolviendo determinados pesos de Tween 80 y desoxicolato sódico. La solución tensioactiva se calentó además hasta el mismo grado de temperatura y se mezcló con la solución oleosa del fármaco lipídico mediante sonda-sonicación durante 3 min. para formar una emulsión. A continuación, la emulsión formada se dispersó en agua enfriada mediante agitación magnética durante 10 min. Las CLN formadas se separaron por centrifugación. Se tomaron muestras del sobrenadante y se analizó la concentración de Val mediante un método validado de HPLC.
El método de fusión-emulsificación por ultrasonidos presenta una serie de ventajas, entre las que se incluyen la simplicidad con condiciones de estrés mínimas y la ausencia de disolventes orgánicos tóxicos. La máxima eficacia de atrapamiento alcanzada fue del 75,04%.
(cf. Albekery et al. 2017)

Otros compuestos activos como paclitaxel, clotrimazol, domperidona, puerarina y meloxicam también se incorporaron con éxito a nanopartículas de lípidos sólidos y portadores lipídicos nanoestructurados mediante técnicas ultrasónicas. (cf. Bahari y Hamishehkar 2016)

La ultrasonicación como método de preparación para la formulación de nanotransportadores lipídicos (NLC) puede utilizarse como técnica de homogeneización en frío o en caliente. La homogeneización ultrasónica da lugar a una distribución estrecha del tamaño de las partículas, lo que mejora la estabilidad y las propiedades de almacenamiento de los NLC.

Homogeneización en frío por ultrasonidos

Cuando se utiliza la técnica de homogeneización en frío para preparar portadores lipídicos nanoestructurados, las moléculas farmacológicamente activas, es decir, el fármaco, se disuelven en el lípido fundido y luego se enfrían rápidamente utilizando nitrógeno líquido o hielo seco. Durante el enfriamiento, los lípidos se solidifican. A continuación, la masa lipídica sólida se tritura en nanopartículas. Las nanopartículas lipídicas se dispersan en una solución fría de tensioactivo, obteniéndose una presuspensión fría. Por último, esta suspensión se somete a sonicación, a menudo mediante un reactor de celda de flujo ultrasónico, a temperatura ambiente.
Dado que las sustancias sólo se calientan una vez en el primer paso, la homogeneización en frío por ultrasonidos se utiliza principalmente para formular fármacos sensibles al calor. Dado que muchas moléculas bioactivas y compuestos farmacéuticos son propensos a la degradación por calor, la homogeneización ultrasónica en frío es una aplicación muy utilizada. Otra ventaja de la técnica de homogeneización en frío es que evita la fase acuosa, lo que facilita la encapsulación de moléculas hidrófilas que, de otro modo, podrían pasar de la fase líquida lipídica a la fase acuosa durante la homogeneización en caliente.

Homogeneización en caliente por ultrasonidos

Cuando se utiliza la sonicación como técnica de homogeneización en caliente, los lípidos fundidos y el compuesto activo (es decir, el principio farmacológicamente activo) se dispersan en un tensioactivo caliente bajo agitación intensa para obtener una preemulsión. Para el proceso de homogeneización en caliente es importante que ambas soluciones, la suspensión de lípidos/fármaco y el tensioactivo, se hayan calentado a la misma temperatura (aprox. 5-10°C por encima del punto de fusión del lípido sólido). En el segundo paso, la preemulsión se trata con sonicación de alto rendimiento mientras se mantiene la temperatura.

Ultrasonicadores de alto rendimiento para soportes lipídicos nanoestructurados

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En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores: