تولید نیوزوم با کمک فراصوت برای نانوپزشکی
نیوزوم‌ها سامانه‌های وزیکولی مبتنی بر سورفکتانت‌های غیریونی هستند که به‌عنوان حامل‌هایی چندمنظوره برای ترکیبات زیست‌فعال و عوامل دارویی، توجه روزافزونی را به خود جلب کرده‌اند. توانایی آن‌ها در کپسوله‌سازی مولکول‌های آب‌دوست و چربی‌دوست، همراه با زیست‌سازگاری و پایداری مطلوب، آن‌ها را به جایگزین‌هایی جذاب برای لیپوزوم‌ها تبدیل می‌کند. فراصوت‌دهی نقشی محوری در تشکیل و بهینه‌سازی نیوزوم‌ها، به‌ویژه در کنترل اندازهٔ وزیکول، تعداد لایه‌ها و بازده کپسوله‌سازی دارد.
نیوزوم‌ها – بهبود تشکیل و کپسوله‌سازی با فراصوت‌دهی
نیوزوم‌ها نانوحامل‌های وزیکولی هستند که عمدتاً از سورفکتانت‌های غیریونی (مانند Span®، Tween®) و کلسترول تشکیل شده‌اند و هنگام آب‌پوشی، به‌صورت ساختارهای دولایه خودآرایی می‌کنند. در روش متداول آب‌پوشی لایهٔ نازک، ابتدا وزیکول‌های چندلایه تشکیل می‌شوند که معمولاً توزیع اندازهٔ گسترده و تکرارپذیری محدودی دارند. ازاین‌رو، فراصوت‌دهی به‌طور گسترده به‌عنوان مرحله‌ای پس از تشکیل، برای بهبود ویژگی‌های وزیکول به کار می‌رود.
فراصوت‌دهی با ایجاد کاویتاسیون آکوستیکی پرانرژی، نیروهای برشی موضعی و ریزجت‌هایی تولید می‌کند که وزیکول‌های بزرگ چندلایه را به ساختارهای تک‌لایه یا کم‌لایهٔ کوچک‌تر و یکنواخت‌تر می‌شکنند. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که فراصوت‌دهی با پروب، میانگین اندازهٔ ذرات را به‌طور چشمگیری تا محدودهٔ نانومقیاس (معمولاً 150–300 nm) کاهش می‌دهد و هم‌زمان شاخص‌های چندپراکندگی را به کمتر از 0٫3 می‌رساند که نشان‌دهندهٔ بهبود همگنی است.
فراصوت‌دهی علاوه بر کنترل اندازه، با بهبود توزیع دارو در دولایه یا هستهٔ آبی، بازده کپسوله‌سازی (EE) را افزایش می‌دهد. ترکیبات چربی‌دوست مانند سیمواستاتین، آرتمیسون و کورکومین ترجیحاً در دولایهٔ سورفکتانتی توزیع می‌شوند، درحالی‌که داروهای آب‌دوست مانند سفتی‌زوکسیم در بخش‌های آبی جای می‌گیرند. نشان داده شده است که زمان‌های بهینه‌شدهٔ فراصوت‌دهی (معمولاً 4–7 دقیقه)، بسته به ترکیب سورفکتانت و نسبت کلسترول، مقادیر EE بالاتر از 75–95% به دست می‌دهند.
نیوزوم‌های تهیه‌شده با فراصوت‌دهی توسط UP400St
نیوزوم‌ها: کاربردها در داروسازی و محصولات آرایشی
اهمیت دارویی نیوزوم‌های فراصوت‌دهی‌شده در حوزه‌های درمانی متعدد به‌خوبی اثبات شده است. در درمان ضدمیکروبی، کپسوله‌سازی نیوزومی اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌ها و مواد ضدمیکروبی طبیعی را در برابر عوامل بیماری‌زای مقاوم به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. برای مثال، کپسوله‌سازی هم‌زمان سفتی‌زوکسیم و کورکومین در نیوزوم‌ها، ضمن رهایش پایدار دارو طی 72 ساعت، به کاهش بیش از 64 برابری حداقل غلظت‌های مهارکننده در برابر Staphylococcus aureus و Klebsiella pneumoniae مقاوم به چند دارو منجر شد.
در انکولوژی، نشان داده شده است که نیوزوم‌ها شاخص درمانی عوامل ضدسرطان کم‌محلول را بهبود می‌بخشند. نیوزوم‌های بارگذاری‌شده با آرتمیسون، سمیت سلولی به‌مراتب بیشتری علیه سلول‌های ملانوما نشان دادند و هم‌زمان سمیت در برابر کراتینوسیت‌های طبیعی را کاهش دادند؛ این مزیت به رهایش کنترل‌شده و جذب سلولی با واسطهٔ وزیکول نسبت داده می‌شود.
در کاربردهای آرایشی و پوست‌پزشکی، نیوزوم‌ها به‌ویژه برای رسانش موضعی ارزشمند هستند. کپسوله‌سازی عصاره‌های Withania somnifera در نیوزوم‌ها، نفوذ به پوست را بهبود بخشید، از ترکیبات فیتوشیمیایی حساس در برابر تخریب محافظت کرد و رهایش کنترل‌شده در لایه‌های مشخص پوست را امکان‌پذیر ساخت؛ این ویژگی‌ها از کاربرد آن‌ها در مقابله با پیری و درمان‌های پوستی پشتیبانی می‌کنند.
در مجموع، این مطالعات نشان می‌دهند که نیوزوم‌های بهینه‌شده با فراصوت، فراهمی زیستی، پایداری و عملکرد درمانی را در حوزه‌های دارویی و آرایشی بهبود می‌بخشند.
مزایای سونیکاتورهای پروبی نسبت به حمام‌های فراصوتی برای تولید نیوزوم
اگرچه سونیکاتورهای پروبی و حمامی هر دو بر کاویتاسیون آکوستیکی متکی هستند، از اساس دستگاه‌های متفاوتی با قابلیت‌های عملکردی به‌وضوح متفاوت‌اند. حمام‌های فراصوتی عمدتاً برای کاربردهای تمیزکاری و گاززدایی طراحی شده‌اند، درحالی‌که سونیکاتورهای پروبی به‌عنوان هموژنایزرهایی با عملکرد بالا عمل می‌کنند و بنابراین مزایای تعیین‌کننده‌ای برای ساخت کارآمد و کنترل‌شدهٔ نیوزوم‌ها ارائه می‌دهند.
سونیکاتورهای پروبی انرژی آکوستیکی را مستقیماً به نمونه منتقل می‌کنند که به چگالی توان به‌مراتب بالاتر و کاویتاسیون کارآمدتر منجر می‌شود. نتیجه، کاهش سریع‌تر اندازهٔ وزیکول، بهبود تکرارپذیری و کنترل بهتر ویژگی‌های نهایی ذرات است.
مقایسه‌های تجربی نشان می‌دهند که فراصوت‌دهی با پروب، ظرف چند دقیقه اندازه‌های کوچک‌تر وزیکول و بازده‌های بالاتر کپسوله‌سازی را فراهم می‌کند، درحالی‌که حمام‌های فراصوتی اغلب به مواجههٔ طولانی‌مدت نیاز دارند و همچنان توزیع اندازهٔ گسترده‌تری ایجاد می‌کنند. افزون بر این، سامانه‌های پروبی امکان تنظیم دقیق دامنه، چرخه‌های پالسی و انرژی ورودی را فراهم می‌کنند که برای افزایش مقیاس و بهینه‌سازی فرایند حیاتی است.
مزیت کلیدی دیگر، یکنواختی نتایج است. سونیکاتورهای پروبی تغییرپذیری بین بچ‌ها را به حداقل می‌رسانند؛ عاملی حیاتی برای تولید دارویی و انطباق با الزامات مقرراتی. همان‌گونه که در مطالعات متعدد با استفاده از پردازشگرهای فراصوتی Hielscher نشان داده شده است، فراصوت‌دهی با پروب به‌طور قابل‌اعتماد نیوزوم‌های نانومقیاس با چندپراکندگی محدود و پایداری بالا تولید می‌کند.
نمونهٔ دستورالعمل گام‌به‌گام
پروتکل عمومی زیر، بهترین شیوه‌های گزارش‌شده در مطالعات مورد استناد را تلفیق می‌کند:
- آماده‌سازی فاز آلی
سورفکتانت یا سورفکتانت‌های غیریونی انتخاب‌شده (مانند Span 60، Tween 60)، کلسترول و دارو یا ترکیب زیست‌فعال چربی‌دوست را در یک حلال آلی فرّار مانند کلروفرم یا مخلوط کلروفرم–متانول حل کنید. - تشکیل لایهٔ نازک
حلال را تحت فشار کاهش‌یافته و با استفاده از تبخیرکنندهٔ چرخان در دمای بالا (≈60 °C) حذف کنید تا یک لایهٔ نازک لیپیدی یکنواخت روی دیوارهٔ بالن تشکیل شود. - آب‌پوشی
لایهٔ خشک‌شده را با یک فاز آبی (مانند محلول نمکی بافرشده با فسفات) که در صورت نیاز حاوی داروهای آب‌دوست است، تحت دما و هم‌زدن کنترل‌شده آب‌پوشی کنید تا وزیکول‌های چندلایه تولید شوند. - فراصوت‌دهی
سامانهٔ پراکنده را به‌مدت 5–7 دقیقه تحت فراصوت‌دهی با پروب (برای مثال، 50–200 W، حالت پالسی) قرار دهید و هم‌زمان آن را خنک کنید تا از گرم‌شدن بیش از حد جلوگیری شود. این مرحله اندازهٔ وزیکول را کاهش می‌دهد و کپسوله‌سازی را بهبود می‌بخشد. - خالص‌سازی و تعیین ویژگی‌ها
داروی کپسوله‌نشده را با سانتریفیوژ یا اولترافیلتراسیون حذف کنید. اندازه، چندپراکندگی، پتانسیل زتا و بازده کپسوله‌سازی را با استفاده از DLS، TEM و روش‌های طیف‌سنجی تعیین کنید.
این روند کار با موفقیت برای آنتی‌بیوتیک‌ها، عوامل ضدسرطان و ترکیبات فیتوشیمیایی به کار رفته و نیوزوم‌های نانومقیاس پایدار با عملکرد بالا به دست داده است.
برای ساخت نیوزوم‌های برتر، یک سونیکاتور تهیه کنید!
فراصوت‌دهی فناوری توانمندساز حیاتی برای تشکیل کارآمد نیوزوم‌ها و کپسوله‌سازی پربازده داروها و ترکیبات زیست‌فعال است. سونیکاتورهای Hielscher امکان کنترل بهتر اندازهٔ وزیکول، یکنواختی و بازده کپسوله‌سازی را فراهم می‌کنند. شواهد حاصل از مطالعات ضدمیکروبی، ضدسرطان و رسانش موضعی به‌طور پیوسته نشان می‌دهند که نیوزوم‌های بهینه‌شده با فراصوت، ضمن کاهش سمیت، فراهمی زیستی، اثربخشی درمانی و پایداری را افزایش می‌دهند. با پیشرفت علم فرمولاسیون به‌سوی سامانه‌های نانوحامل مقیاس‌پذیر و تکرارپذیر، تولید نیوزوم با فراصوت بستری قابل‌اتکا و مناسب برای استفادهٔ صنعتی در کاربردهای دارویی و آرایشی فراهم می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوتی ما ارائه می‌دهد:
| حجم 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 |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000hdT |
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های فراصوتی Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های فراصوتی ما در تأسیسات صنعتی را امکان‌پذیر می‌کنند. دستگاه‌های فراصوتی Hielscher به‌راحتی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر دستگاه‌های فراصوتی با عملکرد بالا، برخوردار از پیشرفته‌ترین فناوری و کاربری آسان، تأکید ویژه دارد. البته دستگاه‌های فراصوتی Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
سونیکاتور UP200St با سونوتْرود S26d7D و سلول جریان FC7GK برای تهیهٔ درون‌خطی نیوزوم‌ها
منابع علمی / مراجع
- 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.
پرسش‌های متداول
نیوزوم‌ها چیستند؟
نیوزوم‌ها سامانه‌های وزیکولی دارورسانی در مقیاس نانو هستند که از سورفکتانت‌های غیریونی و کلسترول تشکیل شده‌اند و به‌صورت ساختارهای دولایه خودآرایی می‌کنند. این ساختارها قابلیت کپسوله‌سازی ترکیبات آب‌دوست در هستهٔ آبی و ترکیبات چربی‌دوست درون دولایه را دارند. از آن‌ها برای بهبود پایداری، فراهمی زیستی، رهایش کنترل‌شده و رسانش هدفمند داروها و مولکول‌های زیست‌فعال استفاده می‌شود.
تفاوت نیوزوم‌ها و لیپوزوم‌ها چیست؟
تفاوت اصلی نیوزوم‌ها و لیپوزوم‌ها در ترکیب غشای آن‌هاست: نیوزوم‌ها از سورفکتانت‌های غیریونی تشکیل می‌شوند، درحالی‌که لیپوزوم‌ها عمدتاً از فسفولیپیدها ساخته شده‌اند. در نتیجه، نیوزوم‌ها عموماً در مقایسه با لیپوزوم‌ها پایداری شیمیایی بالاتر، هزینهٔ تولید کمتر و عمر ماندگاری بهتری دارند، درحالی‌که لیپوزوم‌ها شباهت بیشتری به غشاهای زیستی دارند و اغلب زیست‌سازگارتر در نظر گرفته می‌شوند، اما مستعد تخریب اکسیداتیو هستند و هزینه‌های فرمولاسیون بالاتری دارند.
رایج‌ترین نانوحامل‌ها کدام‌اند؟
رایج‌ترین نانوحامل‌های مورد استفاده در رسانش دارو و ترکیبات زیست‌فعال عبارت‌اند از لیپوزوم‌ها، نیوزوم‌ها، نانوذرات پلیمری، نانوذرات لیپیدی جامد، حامل‌های لیپیدی نانوساختار، نانوامولسیون‌ها، میسل‌ها، دندریمرها و نانوذرات معدنی که هر یک از نظر ظرفیت بارگذاری، رفتار رهایش، پایداری و قابلیت هدف‌گیری مزایای متمایزی ارائه می‌دهند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.