Niosoomide ultraheliga valmistamine
Niosoomid on nanomõõtmetega vesiikulid, mida saab kasutada ravimite (nt vähiravimite) ja muude bioaktiivsete ainete kandjana. Ultraheliemulgeerimine on lihtne ja kiire meetod väikeste, suure ravimikoormusega niosoomide valmistamiseks.
Niosoomvesiikulid toimeainete nanokandjana
Niosoom on mitteioonsel pindaktiivsel ainel põhinev vesiikul, mis moodustub enamasti mitteioonse pindaktiivse aine ja abiainena lisatud kolesterooli koostoimel. Niosoomid on liposoomidega võrreldes keemilise lagunemise ja oksüdeerumise suhtes stabiilsemad ning neil on pikk säilivusaeg. Niosoomide valmistamisel kasutatavate pindaktiivsete ainete tõttu on need biolagunevad, biosobivad ja mitteimmunogeensed. Niosoomid on osmootselt aktiivsed, keemiliselt stabiilsed ja neil on liposoomidega võrreldes pikem säilivusaeg. Sõltuvalt suurusest ja lamellaarsusest on kasutatavad erinevad valmistamismeetodid, näiteks sonikeerimine, pöördfaasiline aurustamine, õhukese kile hüdratatsioon või transmembraanse pH-gradiendi abil toimuv ravimi omastamine. Niosoomide ultrahelivalmistus on eelistatud tehnika väikeste ja ühtlase suurusega unilamellaarsete vesiikulite saamiseks.
Niosoomide ultraheli abil valmistamine
Niosoomide valmistamiseks tuleb pindaktiivse aine ja kolesterooli orgaanilisest lahusest ning bioaktiivset ühendit, st ravimit sisaldavast vesilahusest valmistada õli-vees (o/w) emulsioon. Ultraheliemulgeerimine on parim tehnika segunematute vedelike, näiteks õli ja vee segamiseks. Mõlema faasi tilgad nihutatakse ja purustatakse nanomõõtmeteni, mille tulemusena saadakse nanoemulsioon. Seejärel aurustatakse orgaaniline lahusti, mille tulemusel tekivad terapeutiliste toimeainetega laetud niosoomid, mis on dispergeeritud vesifaasis. Võrreldes mehaanilise segamisega on niosoomide ultrahelivalmistuse tehnika eelis see, et kiires protsessis tekivad väiksema keskmise mõõtmega ja madalama polüdisperssusindeksiga niosoomid. Väiksemate vesiikulite kasutamine on üldiselt eelistatum, sest need väldivad keha puhastusmehhanisme paremini kui suuremad osakesed ja püsivad vereringes kauem. (vrd Bragagni et al. 2014)
Lugege lähemalt, kuidas sonikeerimine parandab niosoomide valmistamist!
- unilamellaarsed, väikesed, ühtlased vesiikulid
- lihtne ja kiire protsess
- reprodutseeritav
- täpselt juhitav
- ohutu
- hõlpsasti skaleeritav
Niosoomide ultrahelivalmistuse protokollid
Niosoomide valmistamist sonikeerimise abil on põhjalikult uuritud, mistõttu on saadaval arvukalt teaduslikult valideeritud protokolle niosoomide ultrahelivalmistuseks.
Allpool on lühike ülevaade mõnest protokollist, mille järgi valmistatakse ja laetakse niosoome sonikeerimise abil.
Withania somnifera ekstraktidega laetud niosoomid
Chinembiri et al. (2017) valmistasid Withania somnifera toorekstrakti paikseks kasutamiseks mõeldud niosoomideks. Bioaktiivsed ühendid kapseldati lahusti sissepritsega. Selleks segati orgaanilist ja vesifaasi pidevalt magnetmisegistiga ning temperatuuri hoiti 60°C ± 2°C juures, kuni orgaaniline lahusti oli eemaldatud. Saadud preparaat jahutati ja sonikeeriti jääl Hielscher UP200ST sonikaatoriga. Niosoomide keskmine suurus jäi vahemikku ligikaudu 165,9 ± 9,4 ning need näitasid withanoliid A suurt kapseldumise efektiivsust (EE%).
Doksorubitsiiniga laetud niosoomid
Doksorubitsiiniga, vähivastase ravimiga, laetud N-palmitoüülglükoosamiini niosoomid (Glu) valmistati, loksutades NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), kolesterooli (58 mg) ja Solulan C24 (54 mg) segu doksorubitsiini lahuses (1,5 mg/ml, 2 ml, valmistatud PBS-is) temperatuuril 90°C 1 tund, millele järgnes sondiga sonikeerimine 10 minutit (75% maksimumist).
Palmitoüülglükoolkitosaani (GCP) vesiikulid valmistati nagu eelnevalt kirjeldatud (11), sonikeerides sondiga glükoolkitosaani (10 mg) ja kolesterooli (4 mg) doksorubitsiini lahuses (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400 W ultraheliseade niosoomide taoliste nanokandjate valmistamiseks
Niosoomide alternatiivsed valmistamismeetodid
Alternatiivsed niosoomide valmistamismeetodid, nagu pöördfaasi aurustamise tehnika või transmembraanse pH gradiendi abil toimuv ravimi omastamise protsess, hõlmavad ultraheli energia kasutamist. Mõlemat tehnikat kasutatakse peamiselt multilamellaarsete vesiikulite (MLV) valmistamiseks. Allpool leiate lühikirjelduse mõlemast tehnikast ja neis kasutatavast ultraheli töötluse (sonikeerimise) etapist.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) niosoomide valmistamisel pöördfaasi aurustamise teel
Pöördfaasi aurustamise (REV) meetodi korral lahustatakse niosomaalse koostise komponendid eetri ja kloroformi segus ning lisatakse ravimit sisaldavale vesifaasile. Segu muudetakse peenedispersseks emulsiooniks ultraheli emulgeerimise abil. Seejärel orgaaniline faas aurustatakse. Orgaanilise lahusti aurustamisel saadud niosoomid on suure suurusega unilamellaarsed vesiikulid.
Transmembraanse pH gradiendi abil toimuv ravimi omastamise protsess
Transmembraanse pH gradiendi (seest happeline) abil toimuva ravimi omastamise protsessi (kaugлaadimisega) jaoks lahustatakse pindaktiivne aine ja kolesterool kloroformis. Seejärel aurustatakse lahusti vaakumis, et saada ümarkolvi seinale õhuke kile. Kile hüdreeritakse 300 mM sidrunhappega (pH 4,0), suspensiooni vortexiga segades. Multilamellaarsed vesiikulid külmutatakse ja sulatatakse kolm korda ning seejärel töödeldakse need ultraheliga (sonikeeritakse) sondtüüpi ultraheli seadmega. Sellele niosomaalsele suspensioonile lisatakse ravimi vesilahus, mis sisaldab 10 mg/ml ravimit, ning segatakse vortexiga. Seejärel tõstetakse proovi pH väärtuseni pH 7,0-7,2 1M dinaatriumfosfaadiga. Siis kuumutatakse segu 10 minutit temperatuurini 60°C. Selle tehnikaga saadakse multilamellaarseid vesiikuleid. (vrd Kazi et al. 2010)
Niosoomide suuruse vähendamine ultraheliga
Niosoomide suurus jääb tavaliselt vahemikku 10nm kuni 1000nm. Sõltuvalt valmistamistehnikast on niosoomid sageli suhteliselt suured ja kalduvad moodustama agregaate. Sihtotstarbelise manustamissüsteemi tüübi puhul on aga kindlad niosoomide suurused oluline tegur. Näiteks on väga väike, nanomeetrivahemikku jääv niosoomi suurus kõige sobivam süsteemseks ravimi manustamiseks, kus ravim tuleb toimetada läbi rakumembraanide rakulise sihtmärgini, samas kui suuremaid niosoome soovitatakse lihasesiseseks ja õõnsusesiseseks ravimi manustamiseks või oftalmoloogilisteks rakendusteks. Niosoomide suuruse vähendamine ultraheliga on tavaline etapp väga toimivate niosoomide valmistamisel. Ultraheli nihkejõud deaglomereerivad niosoomid ja dispergeerivad need monodispersseteks nanoniosoomideks.
Protokoll – LipoNiosoomide suuruse vähendamine ultraheliga
Naderinezhad et al. (2017) valmistasid biosobivaid LipoNiosoome (niosoomi ja liposoomi kombinatsioon), mis sisaldasid Tween 60: kolesterool: DPPC (vahekorras 55 : 30 : 15 : 3) koos 3% DSPE-mPEG-ga. Valmistatud LipoNiosoomide suuruse vähendamiseks töötlesid nad pärast hüdreerimist suspensiooni ultraheliga (sonikeerisid) 45 min (15 sekundit sees ja 10 sekundit väljas, amplituud 70% võimsusel 100 vatti), et minimeerida osakeste agregeerumist, kasutades ultraheli homogenisaatorit UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Saksamaa). pH-gradiendi meetodi puhul hüdreeriti CUR-i, pindaktiivsete ainete ja lipiidide kuivatatud kiled 1300 mL ammooniumsulfaadiga (pH 1⁄4 4) temperatuuril 63 C 47 min jooksul. Seejärel töödeldi nanoosakesi ultraheliga (sonikeeriti) jäävannis, et saada väikeseid vesiikuleid.
Ultraheli seadmed niosoomide valmistamiseks
Hielscher Ultrasonics omab pikaajalist kogemust ultraheli homogenisaatorite projekteerimisel, tootmisel, müügil ja hooldusel farmaatsia-, toidu- ja kosmeetikatööstuse jaoks.
Kvaliteetsete niosoomide, liposoomide, tahkete lipiidsete nanoosakeste, polümeersete nanoosakeste, tsüklodekstriini komplekside ja muude nanostruktuursete ravimikandjate valmistamine on protsessid, milles Hielscheri sonikaatorid paistavad silma oma suure töökindluse, ühtlase väljundvõimsuse ja täpse juhitavuse poolest. Hielscheri ultrahelisonikaatorid võimaldavad täpselt kontrollida kõiki protsessiparameetreid, näiteks amplituudi, temperatuuri, rõhku ja ultraheli töötluse energiat. Intelligentne tarkvara protokollib automaatselt kõik ultraheli töötluse parameetrid (aeg, kuupäev, amplituud, netoenergia, koguenergia, temperatuur, rõhk) sisseehitatud SD-kaardile.
Hielscheri sonikaatorite töökindlus võimaldab neid kasutada ööpäevaringselt 24/7 suure koormusega ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab ülevaate meie ultrahelisonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid laboriskaalast kuni pilootskaalani ja tööstusliku skaalani.
Kirjandus/viited
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
Teada väärt fakte
Niosoomid vs liposoomid
Liposoomid ja niosoomid on mikroskoopilised vesiikulid, mida saab ravimite kohaletoimetamiseks laadida bioaktiivsete ühenditega. Niosoomid on liposoomidega sarnased, kuid erinevad oma kaksikkihi koostise poolest. Kui liposoomidel on fosfolipiidne kaksikkiht, siis niosoomi kaksikkiht koosneb mitteioonsetest pindaktiivsetest ainetest, mis toob kaasa keemilise erinevuse struktuuriüksustes. See struktuurne erinevus annab niosoomidele suurema keemilise stabiilsuse, parema naha läbitungimisvõime ja vähem lisandeid.
Niosoomid jaotatakse suuruse järgi kolme põhirühma: väikeste unilamellaarsete vesiikulite (SUV) keskmine läbimõõt on 10–100 nm, suurte unilamellaarsete vesiikulite (LUV) keskmine suurus on 100–3000nm ning multilamellaarseid vesiikuleid (MLV) iseloomustab rohkem kui üks kaksikkiht.
“Niosoomid käituvad in vivo nagu liposoomid, pikendades kinnistatud ravimi ringlust ning muutes selle jaotumist organites ja metaboolset stabiilsust. Nagu liposoomide puhul, sõltuvad niosoomide omadused kaksikkihi koostisest ja nende valmistamise meetodist. On teatatud, et kolesterooli interkaleerumine kaksikkihtidesse vähendab formuleerimise ajal sulgumahtu ja seega ka sulgumise efektiivsust.” (Kazi et al. 2010)
Niosoome saab valmistada erinevate meetoditega, näiteks õhukese kile hüdratatsiooni meetodil, ultraheli töötlusega (ultrahelitöötlus), pöördfaasi aurustamise meetodil, külmutamise-sulatamise meetodil, mikrofluidiseerimisega või dehüdratsiooni-rehüdratsiooni meetodil. Valides sobiva valmistamisviisi, pindaktiivse aine, kolesterooli sisalduse, pinnalaengut mõjutavad lisandid ja suspensiooni kontsentratsiooni, saab niosoomide koostist, lamellaarsust, stabiilsust ja pinnalaengut kujundada nii, et need vastaksid konkreetsetele ravimikandjate nõuetele.
Selleks et toota väga biosobivaid niosoome, millel on väga madal tsütotoksilisus, peaksid niosoomide valmistamisel kasutatavad pindaktiivsed ained olema biolagunevad, biosobivad ja mitteimmunogeensed.