Formulación ultrasónica de niosomas

Los niosomas son vesículas de tamaño nanométrico que pueden utilizarse como vehículos de fármacos (p. ej., fármacos contra el cáncer) y otras sustancias bioactivas. La emulsificación ultrasónica es un método sencillo y rápido para formular niosomas pequeños con una elevada carga de fármaco.

Vesículas niosomales como nanovehículos de principios activos

Un niosoma es una vesícula basada en tensioactivos no iónicos, formada principalmente por un tensioactivo no iónico y la incorporación de colesterol como excipiente. Los niosomas son más estables frente a la degradación química o la oxidación y tienen un tiempo de almacenamiento prolongado en comparación con los liposomas. Gracias a los tensioactivos utilizados en su preparación, son biodegradables, biocompatibles y no inmunogénicos. Los niosomas son osmóticamente activos, químicamente estables y ofrecen un tiempo de almacenamiento más largo que los liposomas. Según el tamaño y la lamelaridad, existen diversos métodos de preparación, como la sonicación, la evaporación en fase inversa, la hidratación de película delgada o el proceso de incorporación de fármacos mediante un gradiente de pH transmembrana. La preparación ultrasónica de niosomas es la técnica preferida para producir vesículas unilamelares pequeñas y de tamaño uniforme.

Formulación ultrasónica de niosomas

Para formular niosomas, debe prepararse una emulsión de aceite en agua (o/w) a partir de una solución orgánica de tensioactivo y colesterol, y una solución acuosa que contenga el compuesto bioactivo, es decir, el fármaco. La emulsificación ultrasónica es la técnica superior para mezclar líquidos inmiscibles como el aceite y el agua. Al someter las gotas de ambas fases a cizallamiento y fragmentarlas hasta alcanzar un tamaño nanométrico, se obtiene una nanoemulsión. Posteriormente, se evapora el disolvente orgánico, lo que da lugar a niosomas cargados con agentes terapéuticos y dispersos en la fase acuosa. En comparación con la agitación mecánica, la técnica de formulación ultrasónica de niosomas destaca por formar niosomas con un tamaño medio menor y un índice de polidispersidad más bajo mediante un proceso rápido. En general, es preferible utilizar vesículas más pequeñas, ya que suelen eludir los mecanismos de eliminación del organismo mejor que las partículas más grandes y permanecen durante más tiempo en el torrente sanguíneo. (cf. Bragagni et al. 2014)
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Protocolos de preparación ultrasónica de niosomas

La formulación de niosomas mediante sonicación se ha investigado ampliamente, por lo que existen numerosos protocolos científicamente validados para la producción ultrasónica de niosomas.
A continuación, encontrará una breve descripción de algunos protocolos de formulación para preparar y cargar niosomas mediante sonicación.

Niosomas cargados con extractos de Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formularon un extracto crudo de Withania somnifera en niosomas destinados a la aplicación tópica. Los compuestos bioactivos se encapsularon mediante inyección de disolvente. Para ello, las fases orgánica y acuosa se mantuvieron bajo agitación magnética continua, y la temperatura se mantuvo a 60 °C ± 2 °C hasta eliminar el disolvente orgánico. La formulación resultante se enfrió y se sometió a sonicación sobre hielo utilizando el sonicador Hielscher UP200ST. Los niosomas presentaron un tamaño medio de aproximadamente 165,9 ± 9,4 y mostraron una elevada eficiencia de encapsulación (EE%) de withanólido A.

Niosomas cargados con doxorrubicina
Los niosomas de N-palmitoil glucosamina (Glu) cargados con doxorrubicina, un fármaco contra el cáncer, se prepararon agitando una mezcla de NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), colesterol (58 mg) y Solulan C24 (54 mg) en una solución de doxorrubicina (1,5 mg/ml, 2 ml, preparada en PBS) a 90 °C durante 1 h, seguida de sonicación con sonda durante 10 min (75% del máximo).
Las vesículas de palmitoil glicol quitosano (GCP) se prepararon como se describió anteriormente (11), mediante sonicación con sonda de glicol quitosano (10 mg) y colesterol (4 mg) en una solución de doxorrubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Métodos alternativos de preparación de niosomas

Los métodos alternativos de formulación de niosomas, como la técnica de evaporación en fase inversa o el proceso de incorporación de fármacos mediante un gradiente de pH transmembrana, implican la aplicación de energía ultrasónica. Ambas técnicas se utilizan principalmente para formular vesículas multilamelares (MLVs). A continuación, encontrará una breve descripción de ambas técnicas y de la etapa de sonicación correspondiente.

Sonicación en la preparación de niosomas mediante evaporación en fase inversa

En el método de evaporación en fase inversa (REV), los componentes de la formulación niosomal se disuelven en una mezcla de éter y cloroformo y se añaden a la fase acuosa, que contiene el fármaco. La emulsificación ultrasónica se utiliza para convertir la mezcla en una emulsión de gotas finas. Posteriormente, se evapora la fase orgánica. Los niosomas obtenidos durante la evaporación del disolvente orgánico son vesículas unilamelares de gran tamaño.

Proceso de incorporación de fármacos mediante un gradiente de pH transmembrana

Para el proceso de incorporación de fármacos mediante un gradiente de pH transmembrana (con un interior ácido) y carga remota, el tensioactivo y el colesterol se disuelven en cloroformo. A continuación, el disolvente se evapora al vacío para obtener una película delgada sobre la pared del matraz de fondo redondo. La película se hidrata con ácido cítrico 300 mM (pH 4,0) mediante agitación de la suspensión en vórtex. Las vesículas multilamelares se congelan y descongelan tres veces y posteriormente se someten a sonicación utilizando un ultrasonicador de sonda. A esta suspensión niosomal se añade una solución acuosa que contiene 10 mg/ml de fármaco y se agita en vórtex. A continuación, el pH de la muestra se eleva a pH 7,0-7,2 con fosfato disódico 1M. Después, la mezcla se calienta a 60 °C durante 10 minutos. Esta técnica da lugar a vesículas multilamelares. (cf. Kazi et al. 2010)

Reducción ultrasónica del tamaño de los niosomas

Los niosomas suelen tener un tamaño comprendido entre 10 nm y 1000 nm. Según la técnica de preparación, los niosomas suelen ser relativamente grandes y tienden a formar agregados. Sin embargo, el tamaño específico de los niosomas es un factor importante para el tipo de sistema de administración previsto. Por ejemplo, los niosomas muy pequeños, de tamaño nanométrico, son los más adecuados para la administración sistémica de fármacos, en la que el fármaco debe atravesar las membranas celulares para alcanzar su diana celular, mientras que los niosomas más grandes se recomiendan para la administración intramuscular e intracavitaria de fármacos o para aplicaciones oftálmicas. La reducción ultrasónica del tamaño de los niosomas es una etapa habitual en la preparación de niosomas de elevada potencia terapéutica. Las fuerzas de cizallamiento ultrasónicas desaglomeran y dispersan los niosomas para obtener nanoniosomas monodispersos.

Protocolo – Reducción ultrasónica del tamaño de LipoNiosomes

Naderinezhad et al. (2017) formularon LipoNiosomes biocompatibles (una combinación de niosoma y liposoma) que contenían Tween 60: colesterol: DPPC (en una proporción de 55 : 30 : 15 : 3) con 3% de DSPE-mPEG. Para reducir el tamaño de los LipoNiosomes preparados, después de la hidratación sometieron la suspensión a sonicación durante 45 min (15 segundos de funcionamiento y 10 segundos de pausa, amplitud del 70% a 100 vatios) para minimizar la agregación de partículas utilizando el homogeneizador ultrasónico UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Alemania). Para el método de gradiente de pH, las películas secas de CUR, tensioactivos y lípidos se hidrataron con 1300 mL de sulfato de amonio (pH 1⁄4 4) a 63 C durante 47 min. A continuación, las nanopartículas se sometieron a sonicación sobre un baño de hielo para producir vesículas pequeñas.

Ultrasonicadores para la preparación de niosomas

Hielscher Ultrasonic cuenta con una amplia experiencia en el diseño, la fabricación, la distribución y el servicio técnico de homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para las industrias farmacéutica, alimentaria y cosmética.
La preparación de niosomas de alta calidad, liposomas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas, complejos de ciclodextrina y otros vehículos nanoestructurados de fármacos son procesos en los que los sonicadores Hielscher destacan por su elevada fiabilidad, su potencia de salida constante y su capacidad de control preciso. Los ultrasonicadores Hielscher permiten controlar con precisión todos los parámetros del proceso, como la amplitud, la temperatura, la presión y la energía de sonicación. El software inteligente registra automáticamente todos los parámetros de sonicación (hora, fecha, amplitud, energía neta, energía total, temperatura y presión) en la tarjeta SD integrada.
La robustez de los sonicadores Hielscher permite su funcionamiento 24/7 bajo condiciones de trabajo intensivo y en entornos exigentes.
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores: