Nanostruktureeritud lipiidsete ravimikandjate ultraheli abil valmistamine

Nanostruktureeritud lipiidkandjad (NLC-d) on nanomõõtmeliste ravimikandesüsteemide arenenud vorm, mille tuum on lipiidne ja kest vees lahustuv. NLC-d on väga stabiilsed, kaitsevad aktiivseid biomolekule lagunemise eest ja tagavad ravimi pikaajalise vabanemise. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on usaldusväärne, tõhus ja lihtne meetod laetud nanostruktureeritud lipiidkandjate valmistamiseks.

Nanostruktureeritud lipiidkandjate valmistamine ultraheli abil

Nanostruktureeritud lipiidkandjad (NLC-d) sisaldavad vesikeskkonnas tahket lipiidi, vedelat lipiidi ja pindaktiivset ainet, mis annab neile head lahustuvus- ja biosaadavusomadused. NLC-sid kasutatakse laialdaselt stabiilsete ravimikandesüsteemide valmistamiseks, millel on kõrge biosaadavus ja pikaajaline ravimi vabanemine. NLC-del on lai kasutusvaldkond alates suukaudsest kuni parenteraalse manustamiseni, sealhulgas paikne/transdermaalne, oftalmoloogiline (silma) ja pulmonaalne manustamine.
Ultraheli abil dispergeerimine ja emulgeerimine on usaldusväärne ja tõhus meetod toimeainetega laetud nanostruktureeritud lipiidkandjate valmistamiseks. Ultraheli abil NLC-de valmistamise suur eelis on see, et see ei vaja orgaanilist lahustit, suurt kogust pindaktiivset ainet ega lisandühendeid. Ultraheli abil NLC-de valmistamine on suhteliselt lihtne meetod, kuna sulatatud lipiid lisatakse pindaktiivse aine lahusele ja seejärel töödeldakse ultrahelitöötlusega (sonikeeritakse).

Näidisprotokollid ultraheli abil laetud nanostruktureeritud lipiidkandjate jaoks

Deksametasooniga laetud NLC-d sonikeerimise teel
Ultraheli töötluse abil valmistati mittetoksiline potentsiaalne oftalmoloogiline NLC-süsteem, mille tulemuseks oli kitsas suurusjaotus, deksametasooni kõrge sidumistõhusus ja parem läbitungimine. NLC-süsteemid valmistati ultraheli abil, kasutades Hielscher UP200S ultrasonikaatorit ning komponentidena Compritol 888 ATO-d, Miglyol 812N-i ja Cremophor RH60-d.
Tahke lipiid, vedel lipiid ja pindaktiivne aine sulatati kuumutatava magnetsegistiga temperatuuril 85ºC. Seejärel lisati sulatatud lipiidisegule deksametasoon ja see dispergeeriti. Puhast vett kuumutati temperatuurini 85ºC ning mõlemat faasi töödeldi ultrahelitöötlusega (70% amplituudil 10 min) ultraheli homogenisaatoriga Hielscher UP200S . NLC-süsteem jahutati jäävannis.
Ultraheli abil valmistatud NLC-del on kitsas suurusjaotus, DXM-i kõrge sidumistõhusus ja parem läbitungimine.
Uurijad soovitavad kasutada madalat pindaktiivse aine kontsentratsiooni ja madalat lipiidi kontsentratsiooni (nt 2,5% pindaktiivse aine ja 10% kogulipiidi puhul), sest siis on kriitilised stabiilsusparameetrid (Z_ave, ZP, PDI) ja ravimi kandevõime (EE%) sobivad, samal ajal kui emulgaatori kontsentratsioon võib jääda madalaks.
(vrd Kiss et al. 2019)

Retinüülpalmitaadiga laetud NLC-d sonikeerimise teel
Retinoid on laialdaselt kasutatav koostisosa kortsude dermatoloogilises ravis. Retinool ja retinüülpalmitaat on kaks retinoidide rühma kuuluvat ühendit, mis suudavad suurendada epidermi paksust ja toimivad tõhusa kortsudevastase ainena.
NLC-preparaat valmistati ultraheli töötluse meetodil. Preparaat sisaldas 7,2% tsetüülpalmitaati, 4,8% oleiinhapet, 10% Tween 80, 10% glütseriini ja 2% retinüülpalmitaati. Retinüülpalmitaadiga laetud NLC-de valmistamiseks tehti järgmised sammud: sulanud lipiidide segu segati pindaktiivse aine, kaaspindaktiivse aine, glütseriini ja deioniseeritud veega temperatuuril 60-70°C. Seda segu segati suure nihkejõuga segistiga kiirusel 9800rpm 5 min. Pärast eelemulsiooni moodustumist töödeldi see eelemulsioon kohe ultrahelitöötlusega, kasutades sondtüüpi ultraheli homogenisaatorit, 2 min. Seejärel hoiti saadud NLC-d toatemperatuuril 24 h. Emulsiooni hoiti toatemperatuuril 24 h ja mõõdeti nanoosakeste suurus. NLC-preparaadi osakeste suurus oli vahemikus 200-300nm. Saadud NLC on kahvatukollase väljanägemisega, globuli suurusega 258±15,85 nm ja polüdisperssusindeksiga 0,31±0,09. Allolev TEM-kujutis näitab ultraheli abil valmistatud retinüülpalmitaadiga laetud NLC-sid.
(vrd Pamudji et al. 2015)

Ultrahelitöötlusega valmistatud retinüülpalmitaadi NLC-de morfoloogia: (A) suurendus 10000x, (B) suurendus 20000x ja (C) suurendus 40000x
allikas: Pamudji et al. 2016

Zingiber zerumbet’iga laetud NLC-d sonikeerimise teel
Nanostruktuursed lipiidkandjad koosnevad tahke lipiidi, vedela lipiidi ja pindaktiivse aine segust. Need on suurepärased ravimikandesüsteemid halvasti vees lahustuvate bioaktiivsete ainete manustamiseks ning nende biosaadavuse märkimisväärseks suurendamiseks.
Zingiber zerumbet’iga laetud NLC-de valmistamiseks tehti järgmised sammud. 1% tahket lipiidi, st glütserüülmonostearaati, ja 4% vedelat lipiidi, st neitsikookosõli, segati ja sulatati temperatuuril 50°C, et saada homogeenne, selge lipiidifaas. Seejärel lisati lipiidifaasile 1% Zingiber zerumbet’i õli, hoides temperatuuri pidevalt 10°C võrra glütserüülmonostearaadi sulamistemperatuurist kõrgemal. Vesifaasi valmistamiseks segati destilleeritud vesi, Tween 80 ja sojaletsitiin õiges vahekorras. Vesisegu lisati kohe lipiidisegule, et moodustada eelemulsioon. Seejärel homogeniseeriti eelemulsiooni suure nihkejõuga homogenisaatoriga kiirusel 11 000 rpm 1 min jooksul. Pärast seda töödeldi eelemulsiooni sondtüüpi ultraheli homogenisaatoriga 50% amplituudil 20 min, lõpuks jahutati NLC dispersioon jäävee vannis toatemperatuurini (25±1°C), et suspensioon külmas vannis järsult jahutada ja vältida osakeste agregeerumist. NLC-sid säilitati temperatuuril 4°C.
Zingiber zerumbet’iga laetud NLC-de suurus on nanomeetrites 80,47±1,33, stabiilne polüdisperssusindeks 0,188±2,72 ja zeta-potentsiaali laeng -38,9±2,11. Kapseldamise efektiivsus näitab lipiidkandja võimet kapseldada Zingiber zerumbet’i õli üle 80% efektiivsusega.
(vrd Rosli et al. 2015)

Valsarataaniga laetud NLC-d sonikeerimise teel
Valsaratan on angiotensiin II retseptori blokaator, mida kasutatakse vererõhku langetavas ravimis. Valsartaani biosaadavus on halva vees lahustuvuse tõttu madal, vaid ca 23%. Ultraheli sulaemulgeerimismeetod võimaldas valmistada Valsaratan-laetud NLC-sid, mille biosaadavus on märkimisväärselt paranenud.
Lihtsalt: Val õline lahus segati teatud koguse sulatatud lipiidmaterjaliga temperatuuril, mis oli 10°C võrra lipiidi sulamistemperatuurist kõrgem. Vesine pindaktiivse aine lahus valmistati, lahustades teatud kaalutised Tween 80 ja naatriumdeoksükolaati. Pindaktiivse aine lahust kuumutati edasi samale temperatuurile ning segati õlise lipiid-ravimilahusega sondiga sonikeerides 3 min, et moodustada emulsioon. Seejärel dispergeeriti tekkinud emulsioon jahutatud vees magnetsegamisega 10 min jooksul. Tekkinud NLC eraldati tsentrifuugimisega. Supernatandist võeti proovid ja analüüsiti Val kontsentratsiooni valideeritud HPLC meetodiga.
Ultraheli sulaemulgeerimismeetodil on mitmeid eeliseid, sealhulgas lihtsus minimaalsete stressitingimustega ning toksiliste orgaaniliste lahustite puudumine. Saavutatud maksimaalne kinnipüüdmise efektiivsus oli 75,04%
(vrd Albekery et al. 2017)

Muid toimeaineid, nagu paklitakseel, klotrimasool, domperidoon, puerariin ja meloksikaam, on samuti edukalt inkorporeeritud tahkete lipiidide nanoosakestesse ja nanostruktuursetesse lipiidkandjatesse ultraheli meetodeid kasutades. (vrd Bahari and Hamishehkar 2016)

Ultraheli külmhomogeniseerimine

Kui nanostruktuursete lipiidikandjate valmistamiseks kasutatakse külmhomogeniseerimise tehnikat, lahustatakse farmakoloogiliselt aktiivsed molekulid, s.o ravim, lipiidisulamis ning jahutatakse seejärel kiiresti vedela lämmastiku või kuiva jää abil. Jahutamise ajal lipiidid tahkuvad. Tahke lipiidimass jahvatatakse seejärel nanoosakeste suuruseni. Lipiidsed nanoosakesed dispergeeritakse külmas pindaktiivse aine lahuses, mille tulemuseks on külm eelsuspensioon. Lõpuks töödeldakse seda suspensiooni ultraheliga (sonikeeritakse), sageli ultraheli läbivoolukambriga reaktoris, toatemperatuuril.
Kuna aineid kuumutatakse ainult üks kord esimeses etapis, kasutatakse ultraheli külmhomogeniseerimist peamiselt kuumustundlike ravimite formuleerimiseks. Kuna paljud bioaktiivsed molekulid ja farmatseutilised ühendid on altid kuumuslikule lagunemisele, on ultraheli külmhomogeniseerimine laialdaselt kasutatav rakendus. Külmhomogeniseerimise tehnika täiendav eelis on vesifaasi vältimine, mis muudab hüdrofiilsete molekulide kapseldamise lihtsamaks, sest need võivad kuumhomogeniseerimise ajal muidu jaguneda vedelast lipiidifaasist veefaasi.

Ultraheli kuumhomogeniseerimine

Kui ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutatakse kuumhomogeniseerimise tehnikana, dispergeeritakse sulalipiidid ja aktiivühend (s.o farmakoloogiliselt aktiivne koostisosa) kuumas pindaktiivses aines intensiivse segamise all, et saada eelemulsioon. Kuumhomogeniseerimise protsessi puhul on oluline, et mõlemad lahused, lipiidi/ravimi suspensioon ja pindaktiivne aine, oleksid kuumutatud samale temperatuurile (ligikaudu 5–10°C üle tahke lipiidi sulamispunkti). Teises etapis töödeldakse eelemulsiooni seejärel suure võimsusega ultraheli töötlusega (sonikeerimisega), säilitades samal ajal temperatuuri.

Suure võimsusega sonikaatorid nanostruktuursete lipiidikandjate jaoks

Hielscher Ultrasonicsi võimsaid ultraheli süsteeme kasutatakse kogu maailmas farmaatsia teadus- ja arendustegevuses ning tootmises kvaliteetsete nano-ravimikandjate, nagu tahked lipiidsed nanoosakesed (SLN-id), nanostruktuursed lipiidikandjad (NLC-d), nanoemulsioonid ja nanokapslid, valmistamiseks. Klientide vajaduste täitmiseks pakub Hielscher sonikaatoreid alates kompaktsetest, kuid võimsatest käsi-laborihomogenisaatoritest ja lauaseadmetest kuni täielikult tööstuslike ultraheli süsteemideni farmatseutiliste formulatsioonide suurte koguste tootmiseks. Saadaval on lai valik ultraheli sonotroode ja reaktoreid, mis tagavad optimaalse seadistuse teie nanostruktuursete lipiidikandjate (NLC-de) tootmiseks. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Selleks et võimaldada meie klientidel täita head tootmistava (GMP) ja kehtestada standardiseeritud protsesse, on kõik digitaalsed sonikaatorid varustatud intelligentse tarkvaraga ultraheli töötluse (sonikeerimise) parameetrite täpseks seadistamiseks, pidevaks protsessikontrolliks ja kõigi oluliste protsessiparameetrite automaatseks salvestamiseks sisseehitatud SD-kaardile. Kõrge tootekvaliteet sõltub protsessikontrollist ja pidevalt kõrgetest töötlemisstandarditest. Hielscheri sonikaatorid aitavad teil oma protsessi jälgida ja standardiseerida!

Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid suudavad anda väga suuri amplituude. Amplituude kuni 200µm saab hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töös. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemismahust: