فرمولاسیون فراصوتی نیوزوم‌ها
نیوزوم‌ها وزیکول‌هایی در ابعاد نانو هستند که می‌توان از آن‌ها به‌عنوان حامل داروها (برای مثال داروهای سرطان) و سایر مواد زیست‌فعال استفاده کرد. امولسیون‌سازی فراصوتی روشی ساده و سریع برای فرمولاسیون نیوزوم‌های کوچک با بار دارویی بالا است.
وزیکول‌های نیوزومی به‌عنوان نانوحامل مواد مؤثره
نیوزوم وزیکولی مبتنی بر سورفکتانت غیریونی است که عمدتاً با وارد کردن سورفکتانت غیریونی و کلسترول به‌عنوان مواد جانبی تشکیل می‌شود. نیوزوم‌ها در مقایسه با لیپوزوم‌ها در برابر تخریب شیمیایی یا اکسیداسیون پایدارترند و زمان نگهداری طولانی‌تری دارند. به‌دلیل سورفکتانت‌های مورد استفاده در تهیهٔ نیوزوم‌ها، این وزیکول‌ها زیست‌تخریب‌پذیر، زیست‌سازگار و غیرایمنی‌زا هستند. نیوزوم‌ها از نظر اسمزی فعال و از نظر شیمیایی پایدارند و در مقایسه با لیپوزوم‌ها زمان نگهداری طولانی‌تری دارند. بسته به اندازه و تعداد لایه‌ها، روش‌های مختلفی برای تهیهٔ آن‌ها وجود دارد؛ از جمله فراصوت‌دهی، تبخیر فاز معکوس، آب‌پوشانی فیلم نازک یا فرایند جذب دارو با گرادیان pH دو سوی غشا. تهیهٔ فراصوتی نیوزوم‌ها روش ترجیحی برای تولید وزیکول‌های تک‌لایه با اندازهٔ کوچک و یکنواخت است.
فرمولاسیون فراصوتی نیوزوم‌ها
برای فرمولاسیون نیوزوم‌ها، باید از محلول آلی سورفکتانت و کلسترول و یک محلول آبی حاوی ترکیب زیست‌فعال، یعنی دارو، امولسیون روغن در آب (o/w) تهیه شود. امولسیون‌سازی فراصوتی روشی برتر برای مخلوط کردن مایعات امتزاج‌ناپذیر مانند روغن و آب است. با اعمال برش به قطرات هر دو فاز و شکستن آن‌ها تا ابعاد نانو، نانوامولسیون به دست می‌آید. سپس حلال آلی تبخیر می‌شود و نیوزوم‌های بارگذاری‌شده با عوامل درمانی حاصل می‌شوند که در فاز آبی پراکنده‌اند. در مقایسه با هم‌زدن مکانیکی، روش فرمولاسیون فراصوتی نیوزوم‌ها با تشکیل نیوزوم‌هایی با اندازهٔ متوسط کوچک‌تر و شاخص چندپراکندگی پایین‌تر در فرایندی سریع، عملکرد برتری دارد. استفاده از وزیکول‌های کوچک‌تر عموماً ترجیح داده می‌شود، زیرا آن‌ها معمولاً بهتر از ذرات بزرگ‌تر از سازوکارهای پاک‌سازی بدن می‌گریزند و مدت طولانی‌تری در جریان خون باقی می‌مانند. (رجوع کنید به Bragagni et al. 2014)
دربارهٔ فراصوت‌دهی برای بهبود فرمولاسیون‌های نیوزومی بیشتر بخوانید!
- وزیکول‌های تک‌لایه، کوچک و یکنواخت
- فرایندی ساده و سریع
- تکرارپذیر
- قابل‌کنترل با دقت بالا
- ایمن
- قابل افزایش مقیاس به‌آسانی
پروتکل‌های تهیهٔ فراصوتی نیوزوم‌ها
فرمولاسیون نیوزوم‌ها با استفاده از فراصوت‌دهی به‌طور گسترده بررسی شده است؛ ازاین‌رو، پروتکل‌های متعدد و از نظر علمی اعتبارسنجی‌شده‌ای برای تولید فراصوتی نیوزوم‌ها در دسترس است.
در ادامه، مرور کوتاهی بر چند پروتکل فرمولاسیون برای تهیه و بارگذاری نیوزوم‌ها با استفاده از فراصوت‌دهی ارائه شده است.
نیوزوم‌های بارگذاری‌شده با عصاره‌های Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) عصارهٔ خام Withania somnifera را در نیوزوم‌هایی برای کاربرد موضعی فرمولاسیون کردند. ترکیبات زیست‌فعال از طریق تزریق حلال کپسوله شدند. برای این منظور، فازهای آلی و آبی به‌طور پیوسته با همزن مغناطیسی هم زده شدند و دما در 60°C ± 2°C نگه داشته شد تا حلال آلی خارج شود. فرمولاسیون حاصل سرد شد و با استفاده از سونیکاتور Hielscher UP200ST روی یخ تحت فراصوت‌دهی قرار گرفت. نیوزوم‌ها اندازهٔ متوسطی در حدود 165٫9 ± 9٫4 داشتند و بازده به‌دام‌اندازی (EE%) بالایی برای ویتانولید A نشان دادند.
نیوزوم‌های بارگذاری‌شده با دوکسوروبیسین
نیوزوم‌های N-پالمیتوئیل گلوکوزآمین (Glu) بارگذاری‌شده با دوکسوروبیسین، یک داروی ضدسرطان، با تکان دادن مخلوطی از NPG (16 mg)، Span 60 (65 mg)، کلسترول (58 mg) و Solulan C24 (54 mg) در محلول دوکسوروبیسین (1٫5 mg/ml، 2 ml، تهیه‌شده در PBS) در دمای 90°C به‌مدت 1 h و سپس فراصوت‌دهی با پروب به‌مدت 10 min (75% مقدار حداکثر) تهیه شدند.
وزیکول‌های پالمیتوئیل گلیکول کیتوسان (GCP)، همان‌گونه که پیش‌تر شرح داده شده است (11)، با فراصوت‌دهی گلیکول کیتوسان (10 mg) و کلسترول (4 mg) در محلول دوکسوروبیسین (1٫5 mg/ml) با استفاده از پروب تهیه شدند. (Dufes et al. 2004)
UP400St – دستگاه فراصوتی 400W برای فرمولاسیون نانوحامل‌هایی مانند نیوزوم‌ها
روش‌های جایگزین تهیهٔ نیوزوم‌ها
روش‌های جایگزین فرمولاسیون نیوزوم‌ها، مانند روش تبخیر فاز معکوس یا فرایند جذب دارو با گرادیان pH دو سوی غشا، شامل به‌کارگیری انرژی فراصوتی هستند. هر دو روش عمدتاً برای فرمولاسیون وزیکول‌های چندلایه (MLVs) استفاده می‌شوند. در ادامه، شرح کوتاهی از هر دو روش و مرحلهٔ فراصوت‌دهی آن‌ها ارائه شده است.
فراصوت‌دهی در تهیهٔ نیوزوم‌ها از طریق تبخیر فاز معکوس
در روش تبخیر فاز معکوس (REV)، اجزای فرمولاسیون نیوزومی در مخلوطی از اتر و کلروفرم حل و به فاز آبی حاوی دارو افزوده می‌شوند. از امولسیون‌سازی فراصوتی برای تبدیل این مخلوط به امولسیونی با قطرات ریز استفاده می‌شود. سپس فاز آلی تبخیر می‌شود. نیوزوم‌های حاصل از تبخیر حلال آلی، وزیکول‌های تک‌لایه با اندازهٔ بزرگ هستند.
فرایند جذب دارو با گرادیان pH دو سوی غشا
برای فرایند جذب دارو با گرادیان pH دو سوی غشا (با محیط داخلی اسیدی) و بارگذاری از راه دور، سورفکتانت و کلسترول در کلروفرم حل می‌شوند. سپس حلال تحت خلأ تبخیر می‌شود تا فیلم نازکی روی دیوارهٔ بالن ته‌گرد تشکیل شود. فیلم با اسید سیتریک 300 mM (pH 4٫0) و از طریق ورتکس کردن سوسپانسیون آب‌پوشانی می‌شود. وزیکول‌های چندلایه سه بار منجمد و ذوب می‌شوند و سپس با استفاده از دستگاه فراصوتی پروبی تحت فراصوت‌دهی قرار می‌گیرند. محلول آبی حاوی 10 mg/ml دارو به این سوسپانسیون نیوزومی افزوده و ورتکس می‌شود. سپس pH نمونه با دی‌سدیم فسفات 1M به pH 7٫0–7٫2 افزایش داده می‌شود. پس از آن، مخلوط به‌مدت 10 دقیقه تا 60°C گرم می‌شود. این روش وزیکول‌های چندلایه تولید می‌کند. (رجوع کنید به Kazi et al. 2010)
کاهش فراصوتی اندازهٔ نیوزوم‌ها
نیوزوم‌ها معمولاً در محدودهٔ اندازهٔ 10nm تا 1000nm قرار دارند. بسته به روش تهیه، نیوزوم‌ها اغلب نسبتاً بزرگ هستند و تمایل به تشکیل تجمعات دارند. بااین‌حال، اندازه‌های مشخص نیوزوم‌ها عامل مهمی در انتخاب نوع سامانهٔ دارورسانی مورد نظر هستند. برای مثال، نیوزوم‌های بسیار کوچک در محدودهٔ نانومتر برای دارورسانی سیستمیک مناسب‌ترین گزینه‌اند؛ در این حالت، دارو باید از غشاهای سلولی عبور کند تا به محل هدف سلولی برسد. در مقابل، نیوزوم‌های بزرگ‌تر برای دارورسانی داخل‌عضلانی و داخل‌حفره‌ای یا کاربردهای چشمی توصیه می‌شوند. کاهش فراصوتی اندازهٔ نیوزوم‌ها مرحله‌ای رایج در تهیهٔ نیوزوم‌های بسیار مؤثر است. نیروهای برشی فراصوتی نیوزوم‌ها را کلوخه‌زدایی کرده و به‌صورت نانونیوزوم‌های تک‌پراکنش پراکنده می‌کنند.
پروتکل – کاهش فراصوتی اندازهٔ LipoNiosomes
Naderinezhad et al. (2017) فرمولاسیونی از LipoNiosomes زیست‌سازگار (ترکیبی از نیوزوم و لیپوزوم) حاوی Tween 60: کلسترول: DPPC (با نسبت 55 : 30 : 15 : 3) همراه با 3% DSPE-mPEG تهیه کردند. برای کاهش اندازهٔ LipoNiosomes تهیه‌شده، پس از آب‌پوشانی، سوسپانسیون را با استفاده از هموژنایزر فراصوتی UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH، آلمان) به‌مدت 45 min (15 ثانیه روشن و 10 ثانیه خاموش، دامنهٔ 70% در توان 100 وات) تحت فراصوت‌دهی قرار دادند تا تجمع ذرات به حداقل برسد. در روش گرادیان pH، فیلم‌های خشک‌شدهٔ CUR، سورفکتانت‌ها و لیپیدها با 1300 mL سولفات آمونیوم (pH 1⁄4 4) در دمای 63 C به‌مدت 47 min آب‌پوشانی شدند. سپس نانوذرات روی حمام یخ تحت فراصوت‌دهی قرار گرفتند تا وزیکول‌های کوچک تولید شوند.
دستگاه‌های فراصوتی برای تهیهٔ نیوزوم‌ها
Hielscher Ultrasonic سابقه‌ای طولانی در طراحی، ساخت، توزیع و خدمات هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای صنایع دارویی، غذایی و آرایشی دارد.
تهیهٔ نیوزوم‌های باکیفیت، لیپوزوم‌ها، نانوذرات لیپیدی جامد، نانوذرات پلیمری، کمپلکس‌های سیکلودکسترین و سایر حامل‌های دارویی نانوساختار، از جمله فرایندهایی است که سونیکاتورهای Hielscher به‌دلیل قابلیت اطمینان بالا، توان خروجی پایدار و کنترل‌پذیری دقیق در آن‌ها عملکردی برجسته دارند. دستگاه‌های فراصوتی Hielscher امکان کنترل دقیق تمام پارامترهای فرایند، مانند دامنه، دما، فشار و انرژی فراصوت‌دهی را فراهم می‌کنند. نرم‌افزار هوشمند به‌طور خودکار تمام پارامترهای فراصوت‌دهی (زمان، تاریخ، دامنه، انرژی خالص، انرژی کل، دما و فشار) را روی کارت SD داخلی ثبت می‌کند.
ساختار مستحکم سونیکاتورهای Hielscher امکان کارکرد 24/7 تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار را فراهم می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت پردازش تقریبی دستگاه‌های فراصوتی ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع و مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
نیوزوم‌ها در مقایسه با لیپوزوم‌ها
لیپوزوم‌ها و نیوزوم‌ها وزیکول‌های میکروسکوپی هستند که می‌توان آن‌ها را برای دارورسانی با ترکیبات زیست‌فعال بارگذاری کرد. نیوزوم‌ها شبیه لیپوزوم‌ها هستند، اما ترکیب دولایهٔ آن‌ها متفاوت است. لیپوزوم‌ها دارای دولایهٔ فسفولیپیدی هستند، درحالی‌که دولایهٔ نیوزوم از سورفکتانت‌های غیریونی ساخته شده است و این امر به تفاوت شیمیایی در واحدهای ساختاری منجر می‌شود. این تفاوت ساختاری به نیوزوم‌ها پایداری شیمیایی بیشتر، توانایی نفوذ پوستی برتر و ناخالصی کمتری می‌بخشد.
نیوزوم‌ها بر اساس اندازه به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند: وزیکول‌های تک‌لایهٔ کوچک (SUV) دارای قطر متوسط 10–100 nm هستند، وزیکول‌های تک‌لایهٔ بزرگ (LUV) اندازهٔ متوسط 100–3000nm دارند و وزیکول‌های چندلایه (MLV) با داشتن بیش از یک دولایه مشخص می‌شوند.
«نیوزوم‌ها در بدن زنده مانند لیپوزوم‌ها رفتار می‌کنند؛ مدت حضور داروی به‌دام‌افتاده در گردش خون را افزایش می‌دهند و توزیع اندامی و پایداری متابولیکی آن را تغییر می‌دهند. همانند لیپوزوم‌ها، ویژگی‌های نیوزوم‌ها به ترکیب دولایه و نیز روش تولید آن‌ها بستگی دارد. گزارش شده است که جای‌گیری کلسترول در میان دولایه‌ها، حجم به‌دام‌اندازی را هنگام فرمولاسیون و در نتیجه بازده به‌دام‌اندازی را کاهش می‌دهد.» (Kazi et al. 2010)
نیوزوم‌ها را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند آب‌پوشانی فیلم نازک، فراصوت‌دهی، تبخیر فاز معکوس، انجماد و ذوب، میکروسیال‌سازی یا آب‌زدایی و آب‌پوشانی مجدد تهیه کرد. با انتخاب روش مناسب تهیه، سورفکتانت، مقدار کلسترول، افزودنی‌های بار سطحی و غلظت سوسپانسیون، می‌توان ترکیب، تعداد لایه‌ها، پایداری و بار سطحی نیوزوم‌ها را به‌گونه‌ای تنظیم کرد که الزامات خاص حامل دارو برآورده شوند.
برای تولید نیوزوم‌هایی با زیست‌سازگاری بالا و سمیت سلولی بسیار پایین، سورفکتانت‌های مورد استفاده در تهیهٔ نیوزوم‌ها باید زیست‌تخریب‌پذیر، زیست‌سازگار و غیرایمنی‌زا باشند.