Nanorakenteisten lipidipohjaisten lääkekantajien formulointi ultraäänellä
Nanorakenteiset lipidikantajat (NLC:t) ovat nanokokoisten lääkkeenantojärjestelmien kehittynyt muoto, jossa on lipidiydin ja vesiliukoinen kuori. NLC:t ovat erittäin stabiileja, suojaavat aktiivisia biomolekyylejä hajoamiselta ja mahdollistavat lääkeaineen pitkäkestoisen vapautumisen. Ultraäänikäsittely on luotettava, tehokas ja yksinkertainen tekniikka lääkeaineella ladattujen nanorakenteisten lipidikantajien valmistamiseen.
Nanorakenteisten lipidikantajien valmistus ultraäänellä
Nanorakenteiset lipidikantajat (NLC:t) sisältävät kiinteää lipidiä, nestemäistä lipidiä ja pinta-aktiivista ainetta vesipohjaisessa väliaineessa, mikä antaa niille hyvät liukoisuus- ja biologisen hyötyosuuden ominaisuudet. NLC:itä käytetään laajalti stabiilien lääkekantajajärjestelmien formulointiin, joissa biologinen hyötyosuus on suuri ja lääkeaine vapautuu pitkäkestoisesti. NLC:illä on laaja käyttöalue suun kautta tapahtuvasta annostelusta parenteraaliseen annosteluun, mukaan lukien paikallinen/transdermaalinen annostelu sekä annostelu silmään ja keuhkoihin.
Dispergointi ja emulgointi ultraäänellä on luotettava ja tehokas tekniikka aktiivisilla yhdisteillä ladattujen nanorakenteisten lipidikantajien valmistamiseen. NLC:iden ultraäänivalmistuksen merkittävä etu on, ettei se edellytä orgaanista liuotinta, suuria määriä pinta-aktiivista ainetta tai lisäaineyhdisteitä. NLC:iden formulointi ultraäänellä on suhteellisen yksinkertainen menetelmä, sillä sulava lipidi lisätään pinta-aktiivisen aineen liuokseen ja käsitellään sitten ultraäänellä.
Esimerkkiprotokollia ultraäänellä ladatuille nanorakenteisille lipidikantajille
Deksametasonilla ladatut NLC:t ultraäänikäsittelyllä
Ultraäänikäsittelyllä valmistettiin myrkytön, mahdollisesti silmään annosteltavaksi soveltuva NLC-järjestelmä, jolla oli kapea kokojakauma, suuri deksametasonin sitoutumistehokkuus ja parempi penetraatio. NLC-järjestelmät valmistettiin ultraäänellä käyttäen laitetta Hielscher UP200S sekä komponentteina Compritol 888 ATO:ta, Miglyol 812N:ää ja Cremophor RH60:tä.
Kiinteä lipidi, nestemäinen lipidi ja pinta-aktiivinen aine sulatettiin lämmittävällä magneettisekoittimella 85ºC:ssa. Tämän jälkeen sulaan lipidiseokseen lisättiin deksametasonia, joka dispergoitiin. Puhdas vesi lämmitettiin 85ºC:seen, ja molempia faaseja käsiteltiin ultraäänellä (70%:n amplitudilla 10 min ajan) käyttäen ultraäänihomogenisaattoria Hielscher UP200S . NLC-järjestelmä jäähdytettiin jäähauteessa.
Ultraäänellä valmistetuilla NLC:illä on kapea kokojakauma, suuri DXM:n sitoutumistehokkuus ja parempi penetraatio.
Tutkijat suosittelevat pientä pinta-aktiivisen aineen pitoisuutta ja pientä lipidipitoisuutta (esim. pinta-aktiivista ainetta 2,5% ja lipidejä yhteensä 10%), koska tällöin kriittiset stabiilisuusparametrit (Zave, ZP, PDI) ja lääkeaineen latauskapasiteetti (EE%) ovat sopivia, ja emulgointiaineen pitoisuus voi pysyä pienenä.
(vrt. Kiss et al. 2019)
Retinyylipalmitaatilla ladatut NLC:t ultraäänikäsittelyllä
Retinoidi on laajalti käytetty ainesosa ryppyjen dermatologisissa hoidoissa. Retinoli ja retinyylipalmitaatti ovat kaksi retinoidiryhmän yhdistettä, jotka voivat lisätä orvaskeden paksuutta ja toimivat tehokkaina ryppyjä vähentävinä aineina.
NLC-formulaatio valmistettiin ultraäänikäsittelymenetelmällä. Formulaatio sisälsi 7,2% setyylipalmitaattia, 4,8% öljyhappoa, 10% Tween 80:tä, 10% glyserolia ja 2% retinyylipalmitaattia. Retinyylipalmitaatilla ladatut NLC:t valmistettiin seuraavasti: Sulien lipidien seos sekoitetaan pinta-aktiivisen aineen, apupinta-aktiivisen aineen, glyserolin ja deionisoidun veden kanssa 60–70°C:ssa. Tätä seosta sekoitetaan suuria leikkausvoimia tuottavalla sekoittimella nopeudella 9 800 rpm 5 min ajan. Es emulsion muodostumisen jälkeen sitä käsitellään välittömästi ultraäänellä anturityyppisellä ultraäänihomogenisaattorilla 2 min ajan. Tämän jälkeen saatua NLC:tä pidettiin huoneenlämmössä 24 h ajan. Emulsiota säilytettiin huoneenlämmössä 24 h ajan, ja nanohiukkasten koko mitattiin. NLC-formulaation hiukkaskoot olivat alueella 200–300 nm. Saatu NLC on ulkonäöltään vaaleankeltainen, sen pisarakoko on 258±15,85 nm ja polydispersiteetti-indeksi 0,31±0,09. Alla oleva TEM-kuva esittää ultraäänellä valmistettuja, retinyylipalmitaatilla ladattuja NLC:itä.
(vrt. Pamudji et al. 2015)
UP400St, tehokas 400 watin ultraäänihomogenisaattori nanorakenteisten lipidikantajien (NLC:iden) valmistamiseen
Ultraäänellä formuloitujen retinyylipalmitaatti-NLC:iden morfologia: (A) suurennos 10000x, (B) suurennos 20000x ja (C) suurennos 40000x
lähde: Pamudji et al. 2016
Zingiber zerumbetilla ladatut NLC:t ultraäänikäsittelyllä
Nanorakenteiset lipidikantajat koostuvat kiinteän lipidin, nestemäisen lipidin ja pinta-aktiivisen aineen seoksesta. Ne ovat erinomaisia lääkkeenantojärjestelmiä heikosti vesiliukoisten bioaktiivisten aineiden annosteluun ja niiden biologisen hyötyosuuden merkittävään suurentamiseen.
Zingiber zerumbetilla ladatut NLC:t formuloitiin seuraavasti. Kiinteää lipidiä eli glyseryylimonostearaattia 1% ja nestemäistä lipidiä eli neitsytkookosöljyä 4% sekoitettiin ja sulatettiin 50°C:ssa homogeenisen, kirkkaan lipidifaasin aikaansaamiseksi. Tämän jälkeen lipidifaasiin lisättiin 1% Zingiber zerumbet -öljyä, ja lämpötila pidettiin jatkuvasti 10°C glyseryylimonostearaatin sulamislämpötilan yläpuolella. Vesifaasin valmistamiseksi tislattua vettä, Tween 80:tä ja soijalesitiiniä sekoitettiin keskenään oikeassa suhteessa. Vesiseos lisättiin välittömästi lipidiseokseen esiemulsioseoksen muodostamiseksi. Esiemulsio homogenisoitiin sitten suuria leikkausvoimia tuottavalla homogenisaattorilla nopeudella 11 000 rpm 1 min ajan. Tämän jälkeen esiemulsiota käsiteltiin ultraäänellä anturityyppisellä ultraäänilaitteella 50%:n amplitudilla 20 min ajan. Lopuksi NLC-dispersio jäähdytettiin jäävesihauteessa huoneenlämpöön (25±1°C), jotta suspensio jäähtyisi nopeasti kylmähauteessa ja hiukkasten aggregoituminen estyisi. NLC:itä säilytettiin 4°C:ssa.
Zingiber zerumbetilla ladattujen NLC:iden koko nanometreinä on 80,47±1,33, stabiili polydispersiteetti-indeksi 0,188±2,72 ja zetapotentiaalin arvo -38,9±2,11. Kapselointitehokkuus osoittaa lipidikantajan kyvyn kapseloida Zingiber zerumbet -öljyä yli 80%:n tehokkuudella.
(vrt. Rosli et al. 2015)
Valsaratanilla ladatut NLC:t ultraäänikäsittelyllä
Valsaratan on angiotensiini II -reseptorin salpaaja, jota käytetään verenpainetta alentavassa lääkkeessä. Valsartanin biologinen hyötyosuus on pieni, vain noin 23%, sen heikon vesiliukoisuuden vuoksi. Ultraääniavusteisella sulaemulgointimenetelmällä voitiin valmistaa Valsaratanilla ladattuja NLC:itä, joiden biologinen hyötyosuus oli merkittävästi parempi.
Yksinkertaisesti kuvattuna Val:n öljyliuosta sekoitettiin tiettyyn määrään sulatettua lipidimateriaalia lämpötilassa, joka oli 10°C lipidin sulamispisteen yläpuolella. Pinta-aktiivisen aineen vesiliuos valmistettiin liuottamalla tietyt massat Tween 80:tä ja natriumdeoksikolaattia. Pinta-aktiivisen aineen liuos lämmitettiin edelleen samaan lämpötilaan ja sekoitettiin öljymäiseen lipidi-lääkeaineliuokseen anturilla tehtävällä ultraäänikäsittelyllä 3 min ajan emulsion muodostamiseksi. Muodostunut emulsio dispergoitiin sitten jäähdytettyyn veteen magneettisekoittimella 10 min ajan. Muodostuneet NLC:t erotettiin sentrifugoimalla. Supernatantista otettiin näytteitä, ja niiden Val-pitoisuus analysoitiin validoidulla HPLC-menetelmällä.
Ultraääniavusteisella sulaemulgointimenetelmällä on useita etuja, kuten yksinkertaisuus, mahdollisimman vähän kuormittavat olosuhteet ja myrkyllisten orgaanisten liuottimien puuttuminen. Suurin saavutettu sitoutumistehokkuus oli 75,04%
(vrt. Albekery et al. 2017)
Myös muita aktiivisia yhdisteitä, kuten paklitakselia, klotrimatsolia, domperidonia, puerariinia ja meloksikaamia, sisällytettiin onnistuneesti kiinteisiin lipidinanohiukkasiin ja nanorakenteisiin lipidikantajiin ultraäänitekniikoilla. (vrt. Bahari and Hamishehkar 2016)
Kylmähomogenointi ultraäänellä
Kun nanorakenteisten lipidikantajien valmistuksessa käytetään kylmähomogenointitekniikkaa, farmakologisesti aktiiviset molekyylit eli lääkeaine liuotetaan lipidisulaan ja jäähdytetään sitten nopeasti nestemäisellä typellä tai kuivajäällä. Jäähtymisen aikana lipidit jähmettyvät. Kiinteä lipidimassa jauhetaan tämän jälkeen nanohiukkaskokoon. Lipidinanohiukkaset dispergoidaan kylmään pinta-aktiivisen aineen liuokseen, jolloin saadaan kylmä esisuspensio. Lopuksi tätä suspensiota käsitellään ultraäänellä huoneenlämmössä, usein ultraäänivirtauskennoreaktorilla.
Koska aineita lämmitetään vain kerran ensimmäisessä vaiheessa, ultraäänellä tehtävää kylmähomogenointia käytetään pääasiassa lämpöherkkien lääkeaineiden formulointiin. Monet bioaktiiviset molekyylit ja farmaseuttiset yhdisteet hajoavat herkästi lämmön vaikutuksesta, joten kylmähomogenointi ultraäänellä on laajalti käytetty sovellus. Kylmähomogenointitekniikan lisäetu on vesifaasin välttäminen, mikä helpottaa hydrofiilisten molekyylien kapselointia. Nämä molekyylit saattaisivat muutoin siirtyä nestemäisestä lipidifaasista vesifaasiin kuumahomogenoinnin aikana.
Kuumahomogenointi ultraäänellä
Kun ultraäänikäsittelyä käytetään kuumahomogenointitekniikkana, sulat lipidit ja aktiivinen yhdiste (eli farmakologisesti aktiivinen ainesosa) dispergoidaan kuumaan pinta-aktiiviseen aineeseen voimakkaasti sekoittaen esiemulsion aikaansaamiseksi. Kuumahomogenointiprosessissa on tärkeää, että molemmat liuokset, lipidi-lääkeainesuspensio ja pinta-aktiivinen aine, on lämmitetty samaan lämpötilaan (noin 5–10°C kiinteän lipidin sulamispisteen yläpuolelle). Toisessa vaiheessa esiemulsiota käsitellään tehokkaalla ultraäänikäsittelyllä pitäen lämpötila vakiona.
Tehokkaat ultraäänilaitteet nanorakenteisille lipidikantajille
Hielscher Ultrasonicsin tehokkaita ultraäänijärjestelmiä käytetään maailmanlaajuisesti lääketeollisuuden tutkimuksessa, kehityksessä ja tuotannossa korkealaatuisten nanokokoisten lääkekantajien, kuten kiinteiden lipidinanohiukkasten (SLN:ien), nanorakenteisten lipidikantajien (NLC:iden), nanoemulsioiden ja nanokapselien, valmistamiseen. Asiakkaidensa tarpeisiin vastaamiseksi Hielscher toimittaa ultraäänilaitteita kompaktista mutta tehokkaasta käsikäyttöisestä laboratoriohomogenisaattorista ja pöytämallisista ultraäänilaitteista täysin teollisiin ultraäänijärjestelmiin, joilla tuotetaan suuria määriä farmaseuttisia formulaatioita. Saatavilla on laaja valikoima ultraäänisonotrodeja ja reaktoreita, joiden avulla voidaan varmistaa optimaalinen laitekokoonpano nanorakenteisten lipidikantajien (NLC:iden) tuotantoon. Hielscherin ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa ympärivuorokautisen käytön 24/7 kovassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Jotta asiakkaamme voivat noudattaa hyviä tuotantotapoja (GMP) ja luoda standardoituja prosesseja, kaikki digitaaliset ultraäänilaitteet on varustettu älykkäällä ohjelmistolla ultraäänikäsittelyparametrin tarkkaan säätöön, jatkuvaan prosessinohjaukseen ja kaikkien tärkeiden prosessiparametrien automaattiseen tallennukseen sisäänrakennetulle SD-kortille. Tuotteen korkea laatu riippuu prosessinohjauksesta ja jatkuvasti korkeista käsittelystandardeista. Hielscherin ultraäänilaitteet auttavat sinua valvomaan ja standardoimaan prosessiasi!
Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200 µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa ympärivuorokautisen käytön 24/7 kovassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit laboratoriomittakaavasta aina pilottimittakaavaan ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus / Viitteet
- Eszter L. Kiss, Szilvia Berkó, Attila Gácsi, Anita Kovács, Gábor Katona, Judit Soós, Erzsébet Csányi, Ilona Gróf, András Harazin, Mária A. Deli, Mária Budai-Szűcs (2019): Design and Optimization of Nanostructured Lipid Carrier Containing Dexamethasone for Ophthalmic Use. Pharmaceutics. 2019 Dec; 11(12): 679.
- Iti Chauhan , Mohd Yasir, Madhu Verma, Alok Pratap Singh (2020): Nanostructured Lipid Carriers: A Groundbreaking Approach for Transdermal Drug Delivery. Adv Pharm Bull, 2020, 10(2), 150-165.
- Pamudji J. S., Mauludin R, Indriani N. (2015): Development of Nanostructure Lipid Carrier Formulation Containing of Retinyl Palmitate. Int J Pharm Pharm Sci, Vol 8, Issue 2, 256-26.
- Akanksha Garud, Deepti Singh, Navneet Garud (2012): Solid Lipid Nanoparticles (SLN): Method, Characterization and Applications. International Current Pharmaceutical Journal 2012, 1(11): 384-393.
- Rosli N. A., Hasham R., Abdul Azizc A., Aziz R. (2015): Formulation and characterization of nanostructured lipid carrier encapsulated Zingiber zerumbet oil using ultrasonication. Journal of Advanced Research in Applied Mechanics Vol. 11, No. 1, 2015. 16-23.
- Albekery M. A., Alharbi K. T. , Alarifi S., Ahmad D., Omer M. E, Massadeh S., Yassin A. E. (2017): Optimization of a nanostructured Lipid Carrier System for Enhancing the Biopharmaceutical Properties of Valsaratan. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures Vol. 12, No. 2, April – June 2017. 381-389.
- Leila Azhar Shekoufeh Bahari; Hamed Hamishehkar (2016): The Impact of Variables on Particle Size of Solid Lipid Nanoparticles and Nanostructured Lipid Carriers; A Comparative Literature Review. Advanced Pharmaceutical Bulletin 6(2), 2016. 143-151.
Hyödyllistä tietoa
Kehittyneet nanokokoiset lääkekantajat
Nanoemulsioita, liposomeja, niosomeja, polymeerinanohiukkasia, kiinteitä lipidinanohiukkasia ja nanorakenteisia lipidinanohiukkasia käytetään kehittyneinä lääkkeenantojärjestelminä biologisen hyötyosuuden parantamiseen, sytotoksisuuden vähentämiseen ja lääkeaineen pitkäkestoisen vapautumisen saavuttamiseen.
Kaaviokuva rakenteesta: a) kiinteä lipidinanohiukkanen b) nanorakenteinen lipidikantaja
Lähde: Bahari and Hamishehkar 2016
Termi kiinteisiin lipideihin perustuvat nanohiukkaset (SLBN:t) käsittää kaksi nanokokoisten lääkekantajien tyyppiä: kiinteät lipidinanohiukkaset (SLN:t) ja nanorakenteiset lipidikantajat (NLC:t). SLN:t ja NLC:t eroavat toisistaan kiinteän hiukkasmatriisin koostumuksen perusteella:
Kiinteät lipidinanohiukkaset (SLN:t), joita kutsutaan myös liposfääreiksi tai kiinteiksi lipidinanosfääreiksi, ovat submikronikokoisia hiukkasia, joiden keskimääräinen koko on 50–100 nm. SLN:t valmistetaan lipideistä, jotka pysyvät kiinteinä huoneenlämmössä ja kehon lämpötilassa. Kiinteää lipidiä käytetään matriisimateriaalina, johon lääkeaineet kapseloidaan. SLN:ien valmistukseen käytettävät lipidit voidaan valita monista erilaisista lipideistä, kuten mono-, di- tai triglyserideistä, glyseridiseoksista ja lipidihapoista. Lipidimatriisi stabiloidaan sitten bioyhteensopivilla pinta-aktiivisilla aineilla.
Nanorakenteiset lipidikantajat (NLC:t) ovat lipidipohjaisia nanohiukkasia, jotka on valmistettu kiinteästä lipidimatriisista, johon yhdistetään nestemäisiä lipidejä tai öljyä. Kiinteä lipidi muodostaa stabiilin matriisin, joka immobilisoi bioaktiiviset molekyylit eli lääkeaineen ja estää hiukkasten aggregoitumisen. Kiinteän lipidimatriisin sisällä olevat nestemäisen lipidin tai öljyn pisarat lisäävät hiukkasten lääkeaineen latauskapasiteettia.