Ultraheli abil niosoomide tootmine nanomeditsiini jaoks
Niosoomid on mitteioonsetel pindaktiivsetel ainetel põhinevad vesikulaarsed süsteemid, mis on pälvinud üha suuremat tähelepanu mitmekülgsete kandjatena bioaktiivsetele ühenditele ja farmatseutilistele toimeainetele. Nende võime kapseldada nii hüdrofiilseid kui ka lipofiilseid molekule koos soodsa biosobivuse ja stabiilsusega teeb neist atraktiivsed alternatiivid liposoomidele. Ultraheli töötlusel on niosoomide moodustumisel ja optimeerimisel keskne roll, eelkõige vesiikulite suuruse, lamellaarsuse ja kapseldamise efektiivsuse kontrollimisel.
Niosoomid – parem moodustumine ja kapseldamine ultraheli töötlusega
Niosoomid on vesikulaarsed nanokandjad, mis koosnevad peamiselt mitteioonsetest pindaktiivsetest ainetest (nt Span®, Tween®) ja kolesteroolist ning mis iseorganiseeruvad hüdratatsioonil kaksikkihilisteks struktuurideks. Tavapärase õhukese kile hüdratatsiooni käigus tekivad algul multilamellaarsed vesiikulid, millel on tavaliselt lai suurusjaotus ja piiratud reprodutseeritavus. Seetõttu kasutatakse ultraheli töötlust laialdaselt moodustumisjärgse etapina vesiikulite omaduste täpsustamiseks.
Sonikeerimine tekitab suure energiaga akustilise kavitatsiooni, mis põhjustab lokaalseid nihkejõude ja mikrojuge, mis killustavad suured multilamellaarsed vesiikulid väiksemateks ja ühtlasemateks unilamellaarseteks või oligolamellaarseteks struktuurideks. Mitmed uuringud on näidanud, et sondtüüpi sonikeerimine vähendab oluliselt keskmist osakeste suurust nanomeetrilisse vahemikku (tavaliselt 150–300 nm), langetades samal ajal polüdisperssusindeksi alla 0,3, mis viitab parenenud homogeensusele.
Lisaks suuruse kontrollile suurendab sonikeerimine kapseldamise efektiivsust (EE), parandades ravimi jaotumist kaksikkihis või vesisüdamikus. Lipofiilsed ühendid, nagu simvastatiin, artemisoon ja kurkumiin, jaotuvad eelistatult pindaktiivse aine kaksikkihti, hüdrofiilsed ravimid, nagu tseftisoksiim, aga paiknevad vesifaasi sektsioonides. On näidatud, et optimeeritud sonikeerimisajad (tavaliselt 4–7 minutit) annavad EE väärtusi, mis ületavad 75–95%, olenevalt pindaktiivse aine koostisest ja kolesterooli suhtest.
Niosoomid, mis on valmistatud ultraheli töötlusega UP400St abil
Niosoomid: rakendused farmaatsias ja kosmeetikas
Sonikeeritud niosoomide farmatseutiline tähtsus on hästi tõestatud mitmetes ravivaldkondades. Antimikroobses ravis suurendab niosomaalne kapseldamine märkimisväärselt antibiootikumide ja looduslike antimikroobsete ainete toimet resistentsete patogeenide vastu. Näiteks tseftisoksiimi ja kurkumiini koos kapseldamine niosoomidesse vähendas minimaalseid inhibeerivaid kontsentratsioone enam kui 64 korda multiresistentsete Staphylococcus aureus’e ja Klebsiella pneumoniae vastu, millega kaasnes ravimi püsiv vabanemine 72 tunni jooksul.
Onkoloogias on niosoomide puhul näidatud, et need parandavad halvasti lahustuvate vähivastaste ainete terapeutilist indeksit. Artemisooniga laetud niosoomid näitasid oluliselt tugevnenud tsütotoksilisust melanoomirakkude vastu, vähendades samal ajal toksilisust normaalsete keratinotsüütide suhtes; seda eelist seostatakse kontrollitud vabanemise ja vesiikulite vahendatud rakulise omastamisega.
Kosmeetilistes ja dermatoloogilistes rakendustes on niosoomid eriti väärtuslikud paikseks manustamiseks. Withania somnifera ekstraktide kapseldamine niosoomidesse parandas naha läbitungimist, kaitses tundlikke fütokemikaale lagunemise eest ja võimaldas kontrollitud vabanemist kindlatesse nahakihtidesse, toetades rakendusi vananemisvastases ja dermaalses ravis.
Kokkuvõttes näitavad need uuringud, et ultraheli abil optimeeritud niosoomid parandavad biosaadavust, stabiilsust ja terapeutilist toimivust nii farmaatsia- kui ka kosmeetikavaldkonnas.
Sondtüüpi sonikaatorite eelised ultrahelivannide ees niosoomide tootmisel
Kuigi nii sondiga kui ka vanni tüüpi sonikaatorid põhinevad akustilisel kavitatsioonil, on need põhimõtteliselt erinevad seadmed, millel on märgatavalt erinevad töövõimalused. Ultrahelivanne on peamiselt ette nähtud puhastamiseks ja gaasieemalduseks, samas kui sondiga sonikaatorid toimivad suure jõudlusega homogenisaatoritena ning pakuvad seetõttu otsustavaid eeliseid niosoomide tõhusaks ja kontrollitud valmistamiseks.
Sondiga sonikaatorid juhivad akustilist energiat otse proovi, mille tulemuseks on oluliselt suurem võimsustihedus ja tõhusam kavitatsioon. See tagab vesiikulite kiirema suuruse vähenemise, parema reprodutseeritavuse ja parema kontrolli osakeste lõplike omaduste üle.
Katselised võrdlused näitavad, et sondiga ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab väiksemad vesiikulite suurused ja suurema kapseldamistõhususe mõne minuti jooksul, samas kui ultrahelivannid vajavad sageli pikemat kokkupuudet ja annavad siiski laiema suurusjaotuse. Lisaks võimaldavad sondisüsteemid amplituudi, impulsstsüklite ja energiasisendi täpset reguleerimist, mis on oluline skaleerimisel ja protsessi optimeerimisel.
Teine oluline eelis on järjepidevus. Sondiga sonikaatorid minimeerivad partiidevahelist varieeruvust, mis on farmaatsiatoodangu ja regulatiivse nõuetele vastavuse seisukohalt otsustav tegur. Nagu on näidatud mitmes Hielscheri ultraheliprotsessoreid kasutanud uuringus, annab sondiga ultraheli töötlus usaldusväärselt nanomõõtmelisi niosoome kitsa polüdisperssuse ja suure stabiilsusega.
Näidisjuhend samm-sammult
Järgnev üldistatud protokoll võtab kokku viidatud uuringutes esitatud parimad tavad:
- Orgaanilise faasi ettevalmistamine
Lahustage valitud mitteioonne(d) pindaktiivne(d) aine(d) (nt Span 60, Tween 60), kolesterool ning lipofiilne ravimiaine või bioaktiivne ühend lenduvas orgaanilises lahustis, näiteks kloroformis või kloroformi–metanooli segus. - Õhukese kile moodustamine
Eemaldage lahusti alandatud rõhul rotatsioonaurustiga kõrgendatud temperatuuril (≈60 °C), et moodustada kolvi seinale ühtlane õhuke lipiidikile. - Hüdratatsioon
Hüdrateerige kuivatatud kile vesifaasiga (nt fosfaatpuhverdatud soolalahus), mis sisaldab vajaduse korral hüdrofiilseid ravimeid, kontrollitud temperatuuril ja segamisel, et saada mitmekihilisi vesiikuleid. - Ultraheli töötlus (sonikeerimine)
Töödelge dispersiooni sondiga ultraheli töötlusega (nt 50–200 W, impulssrežiim) 5–7 minutit, jahutades samal ajal ülekuumenemise vältimiseks. See etapp vähendab vesiikulite suurust ja parandab kapseldamist. - Puhastamine ja iseloomustamine
Eemaldage kapseldamata ravimiaine tsentrifuugimise või ultrafiltratsiooni teel. Iseloomustage suurus, polüdisperssus, zeeta-potentsiaal ja kapseldamistõhusus DLS-i, TEM-i ning spektroskoopiliste meetodite abil.
Seda töövoogu on edukalt rakendatud antibiootikumide, vähivastaste ainete ja fütokemikaalide puhul, andes stabiilseid nanomõõtmelisi niosoome suure jõudlusega.
Hankige sonikaator, et valmistada paremaid niosoome!
Ultraheli töötlus on oluline võimaldav tehnoloogia niosoomide tõhusaks moodustamiseks ning ravimite ja bioaktiivsete ühendite suure jõudlusega kapseldamiseks. Hielscheri sonikaatorid võimaldavad suurepärast kontrolli vesiikulite suuruse, ühtluse ja kapseldamistõhususe üle. Antimikroobsete, vähivastaste ja paikse manustamise uuringute tulemused näitavad järjekindlalt, et ultrahelil optimeeritud niosoomid parandavad biosaadavust, ravitoimet ja stabiilsust, vähendades samal ajal toksilisust. Kuna koostiseteadus areneb skaleeritavate ja reprodutseeritavate nanokandursüsteemide suunas, on niosoomide ultrahelitootmine töökindel ja tööstuslikult asjakohane platvorm farmaatsia- ja kosmeetikarakenduste jaoks.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 mL | 10 kuni 200 mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000 mL | 20 kuni 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20 L | 0,2 kuni 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 L | 2 kuni 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150 L | 3 kuni 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000hdT |
Disain, tootmine ja konsulteerimine – kvaliteet, mis on valmistatud Saksamaal
Hielscheri ultraheli seadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultraheli seadmeid probleemideta tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultraheli seadmed saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultraheli seadmetele, mis põhinevad uusimal tehnoloogial ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheli seadmed CE nõuetele ning UL-i, CSA ja RoHs nõuetele.
Sonikaator UP200St koos sonotroodi S26d7D ja läbivoolukambriga FC7GK niosoomide in-line valmistamiseks
Kirjandus / viited
- Asalipisheh, A., Ashrafi, F., Ghane, M. et al. (2025): Enhanced antibacterial activity of 3D-printed niosome-curcumin/ceftizoxime scaffolds against drug-resistant pathogens. BMC Microbiol 25, 650 (2025).
- Anupma Dwivedi, Anisha Mazumder, Lissinda du Plessis, Jan L. du Preez, Richard K. Haynes, Jeanetta du Plessis (2015): In vitro anti-cancer effects of artemisone nano-vesicular formulations on melanoma cells. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Volume 11, Issue 8, 2015. 2041-2050.
- Akbarzadeh I., Keramati M., Azadi A., Afzali E., Shahbazi R., Chiani M., Norouzian D., Bakhshandeh H. (2021): Optimization, physicochemical characterization, and antimicrobial activity of a novel simvastatin nano-niosomal gel against E. coli and S. aureus. Chem Phys Lipids. 2021 Jan;234:105019.
- 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.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on niosoomid?
Niosoomid on nanomõõtmelised vesikulaarsed ravimikandesüsteemid, mis koosnevad mitteioonsetest pindaktiivsetest ainetest ja kolesteroolist ning iseorganiseeruvad kaksikkihilisteks struktuurideks, mis suudavad kapseldada nii hüdrofiilseid ühendeid oma vesisüdamikus kui ka lipofiilseid ühendeid kaksikkihi sees. Neid kasutatakse ravimite ja bioaktiivsete molekulide stabiilsuse, biosaadavuse, kontrollitud vabanemise ja suunatud kohaletoimetamise parandamiseks.
Mis vahe on niosoomidel ja liposoomidel?
Peamine erinevus niosoomide ja liposoomide vahel seisneb nende membraani koostises: niosoomid moodustuvad mitteioonsetest pindaktiivsetest ainetest, liposoomid aga koosnevad peamiselt fosfolipiididest. Seetõttu on niosoomidel üldiselt suurem keemiline stabiilsus, madalamad tootmiskulud ja parem säilivusaeg kui liposoomidel, samas kui liposoomid jäljendavad täpsemalt bioloogilisi membraane ja neid peetakse sageli biosobivamaks, kuid need on altid oksüdatiivsele lagunemisele ja nende koostise väljatöötamine on kulukam.
Millised on kõige levinumad nanokandjad?
Ravimite ja bioaktiivsete ühendite kohaletoimetamisel kasutatavate kõige levinumate nanokandjate hulka kuuluvad liposoomid, niosoomid, polümeersed nanoosakesed, tahked lipiidsed nanoosakesed, nanostruktuursed lipiidikandjad, nanoemulsioonid, micellid, dendrimeerid ja anorgaanilised nanoosakesed, millest igaüks pakub eristatavaid eeliseid laadimismahtuvuse, vabanemiskäitumise, stabiilsuse ja sihtimispotentsiaali osas.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laboriskaalast kuni tööstusliku mastaabini.