Formulation par ultrasons de vecteurs lipidiques nanostructurés de médicaments

Les vecteurs lipidiques nanostructurés (NLCs) sont une forme avancée de systèmes d’administration de médicaments de taille nanométrique, dotés d’un cœur lipidique et d’une enveloppe hydrosoluble. Les NLCs présentent une grande stabilité, protègent les biomolécules actives contre la dégradation et permettent une libération prolongée du médicament. La sonication est une technique fiable, efficace et simple pour produire des vecteurs lipidiques nanostructurés chargés en principes actifs.

Préparation par ultrasons de vecteurs lipidiques nanostructurés

Les vecteurs lipidiques nanostructurés (NLCs) contiennent un lipide solide, un lipide liquide et un tensioactif dans un milieu aqueux, ce qui leur confère de bonnes caractéristiques de solubilité et de biodisponibilité. Les NLCs sont largement utilisés pour formuler des systèmes stables de transport de médicaments présentant une biodisponibilité élevée et une libération prolongée du médicament. Les NLCs couvrent un large éventail d’applications, de l’administration orale à l’administration parentérale, y compris les voies topique/transdermique, ophtalmique (oculaire) et pulmonaire.
La dispersion et l’émulsification par ultrasons constituent une technique fiable et efficace pour préparer des vecteurs lipidiques nanostructurés chargés en composés actifs. La préparation des NLCs par ultrasons présente l’avantage majeur de ne nécessiter ni solvant organique, ni grandes quantités de tensioactif, ni composés additifs. La formulation des NLCs par ultrasons est une méthode relativement simple : le lipide en fusion est ajouté à la solution de tensioactif, puis soumis à la sonication.

Exemples de protocoles de chargement de vecteurs lipidiques nanostructurés par ultrasons

NLCs chargés en dexaméthasone par sonication
Un système de NLCs non toxique destiné à une utilisation ophtalmique potentielle a été préparé par sonication, permettant d’obtenir une distribution étroite des tailles, une efficacité élevée d’encapsulation de la dexaméthasone et une meilleure pénétration. Les systèmes de NLCs ont été préparés par ultrasons à l’aide d’un appareil à ultrasons Hielscher UP200S , avec Compritol 888 ATO, Miglyol 812N et Cremophor RH60 comme composants.
Le lipide solide, le lipide liquide et le tensioactif ont été fondus à l’aide d’un agitateur magnétique chauffant à 85ºC. La dexaméthasone a ensuite été ajoutée au mélange lipidique fondu et dispersée. L’eau pure a été chauffée à 85ºC et les deux phases ont été soumises à la sonication (à 70% d’amplitude pendant 10 min) à l’aide de l’homogénéisateur à ultrasons Hielscher UP200S . Le système de NLCs a été refroidi dans un bain de glace.
Les NLCs préparés par ultrasons présentent une distribution étroite des tailles, une efficacité élevée d’encapsulation de la DXM et une meilleure pénétration.
Les chercheurs recommandent d’utiliser une faible concentration de tensioactif et une faible concentration de lipides (par exemple, 2,5% de tensioactif et 10% de lipides totaux), car les paramètres critiques de stabilité (Z_ave, ZP, PDI) et la capacité de chargement en médicament (EE%) sont alors appropriés, tandis que la concentration d’émulsifiant peut rester faible.
(cf. Kiss et al. 2019)

NLCs chargés en palmitate de rétinyle par sonication
Les rétinoïdes sont des ingrédients largement utilisés dans les traitements dermatologiques des rides. Le rétinol et le palmitate de rétinyle sont deux composés du groupe des rétinoïdes capables d’augmenter l’épaisseur de l’épiderme et efficaces comme agents antirides.
La formulation de NLCs a été préparée par sonication. Elle contenait 7,2% de palmitate de cétyle, 4,8% d’acide oléique, 10% de Tween 80, 10% de glycérine et 2% de palmitate de rétinyle. Les étapes suivantes ont été réalisées pour produire des NLCs chargés en palmitate de rétinyle : le mélange de lipides fondus est mélangé avec le tensioactif, le cotensioactif, la glycérine et l’eau déionisée à 60–70°C. Ce mélange est agité à l’aide d’un mélangeur à fort cisaillement à 9800rpm pendant 5 min. Dès que la préémulsion s’est formée, elle est immédiatement soumise à la sonication à l’aide d’un homogénéisateur à ultrasons à sonde pendant 2 min. Les NLCs obtenus ont ensuite été maintenus à température ambiante pendant 24 h. L’émulsion a été conservée à température ambiante pendant 24 h et la taille des nanoparticules a été mesurée. La formulation de NLCs présentait des tailles de particules comprises entre 200–300nm. Les NLCs obtenus ont un aspect jaune pâle, une taille de globules de 258±15,85 nm et un indice de polydispersité de 0,31±0,09. L’image de microscopie électronique en transmission (MET) ci-dessous montre les NLCs chargés en palmitate de rétinyle préparés par ultrasons.
(cf. Pamudji et al. 2015)

NLCs chargés en Zingiber zerumbet par sonication
Les vecteurs lipidiques nanostructurés sont constitués d’un mélange de lipide solide, de lipide liquide et de tensioactif. Ce sont d’excellents systèmes d’administration de médicaments pour administrer des substances bioactives peu solubles dans l’eau et augmenter considérablement leur biodisponibilité.
Les étapes suivantes ont été réalisées pour formuler des NLCs chargés en Zingiber zerumbet. Un lipide solide à 1%, à savoir le monostéarate de glycéryle, et un lipide liquide à 4%, à savoir l’huile de coco vierge, ont été mélangés et fondus à 50°C afin d’obtenir une phase lipidique homogène et limpide. Ensuite, 1% d’huile de Zingiber zerumbet a été ajouté à la phase lipidique, tandis que la température était maintenue en permanence à 10°C au-dessus de la température de fusion du monostéarate de glycéryle. Pour préparer la phase aqueuse, de l’eau distillée, du Tween 80 et de la lécithine de soja ont été mélangés dans les proportions appropriées. Le mélange aqueux a été immédiatement ajouté au mélange lipidique pour former une préémulsion. La préémulsion a ensuite été homogénéisée à l’aide d’un homogénéisateur à fort cisaillement à 11 000 rpm pendant 1 min. Elle a ensuite été soumise à la sonication à l’aide d’un appareil à ultrasons à sonde à 50% d’amplitude pendant 20 min. Enfin, la dispersion de NLCs a été refroidie dans un bain d’eau glacée jusqu’à température ambiante (25±1°C), afin de refroidir rapidement la suspension dans le bain froid et d’empêcher l’agrégation des particules. Les NLCs ont été conservés à 4°C.
Les NLCs chargés en Zingiber zerumbet présentent une taille nanométrique de 80,47±1,33, un indice de polydispersité stable de 0,188±2,72 et une charge de potentiel zêta de -38,9±2,11. L’efficacité d’encapsulation montre que le vecteur lipidique peut encapsuler l’huile de Zingiber zerumbet avec une efficacité supérieure à 80%.
(cf. Rosli et al. 2015)

NLCs chargés en Valsaratan par sonication
Le Valsaratan est un antagoniste des récepteurs de l’angiotensine II utilisé comme médicament antihypertenseur. Le Valsartan présente une faible biodisponibilité, d’environ 23% seulement, en raison de sa faible solubilité dans l’eau. L’utilisation de la méthode d’émulsification à l’état fondu par ultrasons a permis de préparer des NLCs chargés en Valsaratan présentant une biodisponibilité considérablement améliorée.
Une solution huileuse de Val a simplement été mélangée à une certaine quantité de matière lipidique fondue à une température de 10°C au-dessus du point de fusion du lipide. Une solution aqueuse de tensioactifs a été préparée en dissolvant certaines masses de Tween 80 et de désoxycholate de sodium. La solution de tensioactifs a ensuite été chauffée à la même température et mélangée à la solution huileuse lipidique contenant le médicament par sonication à sonde pendant 3 min, afin de former une émulsion. L’émulsion formée a ensuite été dispersée dans de l’eau refroidie par agitation magnétique pendant 10 min. Les NLCs formés ont été séparés par centrifugation. Des échantillons du surnageant ont été prélevés et analysés pour déterminer la concentration de Val à l’aide d’une méthode HPLC validée.
La méthode d’émulsification à l’état fondu par ultrasons présente plusieurs avantages, notamment sa simplicité, des conditions peu contraignantes et l’absence de solvants organiques toxiques. L’efficacité maximale d’encapsulation obtenue était de 75,04%.
(cf. Albekery et al. 2017)

D’autres composés actifs, tels que le paclitaxel, le clotrimazol, la dompéridone, la puérarine et le méloxicam, ont également été incorporés avec succès dans des nanoparticules lipidiques solides et des vecteurs lipidiques nanostructurés à l’aide de techniques ultrasonores. (cf. Bahari and Hamishehkar 2016)

La sonication, utilisée comme méthode de préparation pour la formulation de nanovecteurs lipidiques (NLCs), peut être employée comme technique d’homogénéisation à froid ou à chaud. L’homogénéisation par ultrasons produit une distribution étroite des tailles de particules, ce qui améliore la stabilité et les propriétés de conservation des NLCs.

Homogénéisation à froid par ultrasons

Lorsque la technique d’homogénéisation à froid est utilisée pour préparer des vecteurs lipidiques nanostructurés, les molécules pharmacologiquement actives, c’est-à-dire le médicament, sont dissoutes dans le lipide fondu, puis rapidement refroidies à l’aide d’azote liquide ou de glace carbonique. Pendant le refroidissement, les lipides se solidifient. La masse lipidique solide est ensuite broyée jusqu’à obtenir des particules de taille nanométrique. Les nanoparticules lipidiques sont dispersées dans une solution froide de tensioactif, donnant une présuspension froide. Enfin, cette suspension est soumise à la sonication à température ambiante, souvent à l’aide d’un réacteur ultrasonore à cellule à circulation.
Comme les substances ne sont chauffées qu’une seule fois lors de la première étape, l’homogénéisation à froid par ultrasons est principalement utilisée pour formuler des médicaments thermosensibles. De nombreuses molécules bioactives et de nombreux composés pharmaceutiques étant sujets à une dégradation thermique, l’homogénéisation à froid par ultrasons est largement utilisée. Un autre avantage de la technique d’homogénéisation à froid est l’absence de phase aqueuse, ce qui facilite l’encapsulation de molécules hydrophiles qui pourraient autrement passer de la phase lipidique liquide à la phase aqueuse lors de l’homogénéisation à chaud.

Homogénéisation à chaud par ultrasons

Lorsque la sonication est utilisée comme technique d’homogénéisation à chaud, les lipides fondus et le composé actif (c’est-à-dire le principe pharmacologiquement actif) sont dispersés dans un tensioactif chaud sous agitation intense afin d’obtenir une préémulsion. Pour le procédé d’homogénéisation à chaud, il est important que les deux solutions, la suspension lipide/médicament et le tensioactif, aient été chauffées à la même température (environ 5–10°C au-dessus du point de fusion du lipide solide). Lors de la deuxième étape, la préémulsion est ensuite traitée par sonication haute performance tout en maintenant la température.

Appareils à ultrasons haute performance pour les vecteurs lipidiques nanostructurés

Les puissants systèmes à ultrasons de Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier en R&D et en production pharmaceutiques pour produire des nanovecteurs de médicaments de haute qualité, tels que les nanoparticules lipidiques solides (SLNs), les vecteurs lipidiques nanostructurés (NLCs), les nanoémulsions et les nanocapsules. Pour répondre aux besoins de ses clients, Hielscher fournit des appareils à ultrasons allant de l’homogénéisateur de laboratoire portatif compact mais puissant et des appareils à ultrasons de paillasse aux systèmes à ultrasons entièrement industriels destinés à la production de grands volumes de formulations pharmaceutiques. Une vaste gamme de sonotrodes et de réacteurs ultrasonores est disponible pour assurer une configuration optimale de votre production de vecteurs lipidiques nanostructurés (NLCs). La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24/7 sous forte sollicitation et dans des environnements exigeants.
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Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasonores sur mesure sont disponibles. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24/7 sous forte sollicitation et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :