Formulation ultrasonique de niosomes

Les niosomes sont des vésicules de taille nanométrique qui peuvent être utilisées pour transporter des médicaments (par exemple des médicaments anticancéreux) et d'autres substances bioactives. L'émulsification ultrasonique est une méthode simple et rapide pour formuler de petits niosomes à forte charge médicamenteuse.

Les vésicules de niosomes comme nanoporteurs d'ingrédients actifs

Un niosome est une vésicule à base de surfactant non ionique, principalement formée par un surfactant non ionique et l'incorporation de cholestérol en tant qu'excipient. Les niosomes sont plus stables contre la dégradation chimique ou l'oxydation et ont une longue durée de stockage par rapport aux liposomes. Les surfactants utilisés pour la préparation des niosomes les rendent biodégradables, biocompatibles et non immunogènes. Les niosomes sont osmotiquement actifs, chimiquement stables et ont une durée de stockage plus longue que les liposomes. En fonction de la taille et de la lamellarité, diverses méthodes de préparation sont disponibles, telles que la sonication, l'évaporation en phase inverse, l'hydratation en couche mince ou le processus d'absorption de médicaments par gradient de pH transmembranaire. La préparation de niosomes par ultrasons est la technique préférée pour produire des vésicules unilamellaires, qui sont petites et de taille uniforme.

Formulation de niosomes par ultrasons

Pour formuler des niosomes, il faut préparer une émulsion huile dans eau (o/w) à partir d'une solution organique de surfactant, de cholestérol et d'une solution aqueuse contenant le composé bioactif, c'est-à-dire le médicament. L'émulsification par ultrasons est la technique la plus performante pour mélanger des liquides non miscibles tels que l'huile et l'eau. En cisaillant les gouttelettes des deux phases et en les réduisant à une taille nanométrique, on obtient une nano-émulsion. Comparée à l'agitation mécanique, la technique de formulation ultrasonique des niosomes excelle par la formation rapide de niosomes ayant une dimension moyenne plus petite et un indice de polydispersité plus faible. L'utilisation de vésicules plus petites est généralement préférable, étant donné qu'elles tendent à éviter les mécanismes d'élimination de l'organisme mieux que les particules plus grosses et qu'elles restent plus longtemps dans la circulation sanguine. (cf. Bragagni et al. 2014)

Protocoles de préparation des niosomes par ultrasons

La formulation des niosomes par sonication a fait l'objet de recherches approfondies, si bien que de nombreux protocoles validés scientifiquement pour la production de niosomes par ultrasons sont disponibles.
Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de quelques protocoles de formulation préparant et chargeant des niosomes par sonication.

Niosomes chargés d'extraits de Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) ont formulé l'extrait brut de Withania somnifera en niosomes destinés à une application topique. Les composés bioactifs ont été encapsulés par injection de solvant. Par conséquent, les phases organique et aqueuse ont été continuellement agitées magnétiquement, et la température maintenue à 60°C ± 2°C jusqu'à ce que le solvant organique soit chassé. La formulation résultante a été refroidie et soniquée sur glace à l'aide du sonicateur Hielscher UP200ST. Les niosomes avaient une taille moyenne d'environ 165,9 ± 9,4 et présentaient une efficacité de piégeage élevée (EE%) du withanolide A.

Niosomes chargés de doxorubicine
Des niosomes de N-palmitoyl glucosamine (Glu) chargés de doxorubicine, un médicament anticancéreux, ont été préparés en agitant un mélange de NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), cholestérol (58 mg) et Solulan C24 (54 mg) dans une solution de doxorubicine (1,5 mg/ml, 2 ml, préparée dans du PBS) à 90°C pendant 1 h, suivi d'une sonication de la sonde pendant 10 min (75% de la valeur maximale).
Les vésicules de palmitoyl glycol chitosan (GCP) ont été préparées comme décrit précédemment (11) en sondant le glycol chitosan (10 mg) et le cholestérol (4 mg) dans une solution de doxorubicine (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Méthodes alternatives de préparation des niosomes

D'autres méthodes de formulation des niosomes, telles que la technique d'évaporation en phase inverse ou le processus d'absorption de médicaments par gradient de pH transmembranaire, impliquent l'application d'énergie ultrasonique. Ces deux techniques sont principalement utilisées pour formuler des vésicules multilamellaires (VML). Vous trouverez ci-dessous une brève description de ces deux techniques et de l'étape de sonication qu'elles impliquent.

Sonication dans la préparation de niosomes par évaporation en phase inverse

Dans la méthode d'évaporation en phase inverse (REV), les composants de la formulation niosomale sont dissous dans un mélange d'éther et de chloroforme et ajoutés à la phase aqueuse, qui contient le médicament. L'émulsification par ultrasons est utilisée pour transformer le mélange en une émulsion de taille fine. La phase organique est ensuite évaporée. Le niosome obtenu lors de l'évaporation du solvant organique est une vésicule unilamellaire de grande taille.

Processus d'absorption de médicaments par gradient de pH transmembranaire

Pour le processus d'absorption transmembranaire du médicament par gradient de pH (intérieur acide) (avec chargement à distance), l'agent tensioactif et le cholestérol sont dissous dans le chloroforme. Le solvant est ensuite évaporé sous vide pour obtenir une fine pellicule sur la paroi du ballon à fond rond. Le film est hydraté avec de l'acide citrique 300 mM (pH 4,0) en agitant la suspension au vortex. Les vésicules multilamellaires sont congelées et décongelées trois fois, puis soniquées à l'aide d'un ultrasonateur à sonde. Une solution aqueuse contenant 10 mg/ml de médicament est ajoutée à cette suspension niosomale et agitée au vortex. Le pH de l'échantillon est ensuite porté à 7,0-7,2 avec du phosphate disodique 1M. Le mélange est ensuite chauffé à 60°C pendant 10 minutes. Cette technique permet d'obtenir des vésicules multilamellaires. (cf. Kazi et al. 2010)

Réduction de la taille des niosomes par ultrasons

En fonction de la technique de préparation, les niosomes sont souvent de taille relativement importante et ont tendance à former des agrégats. Cependant, la taille spécifique des niosomes est un facteur important lorsqu'il s'agit du type de système d'administration ciblé. Par exemple, un niosome de très petite taille, de l'ordre du nanomètre, convient mieux à l'administration de médicaments par voie systémique, où le médicament doit traverser les membranes cellulaires pour atteindre le site cellulaire cible, tandis que les niosomes de plus grande taille sont recommandés pour l'administration de médicaments par voie intramusculaire ou intra-cavitaire, ou pour les applications ophtalmiques. La réduction ultrasonique de la taille des niosomes est une étape courante de la préparation de niosomes très puissants. Les forces de cisaillement ultrasoniques désagglomèrent et dispersent les niosomes en nano-niosomes mono-dispersés.

protocole – Réduction de la taille des lipoNiosomes par ultrasons

Naderinezhad et al. (2017) ont formulé des LipoNiosomes biocompatibles (une combinaison de niosome et de liposome) contenant du Tween 60 : cholestérol : DPPC (à 55 : 30 : 15 : 3) avec 3% de DSPE-mPEG. Pour réduire la taille des LipoNiosomes préparés, après hydratation, la suspension a été soniquée pendant 45 minutes (15 secondes de marche et 10 secondes d'arrêt, amplitude 70% à 100 watts) pour minimiser l'agrégation des particules à l'aide de l'homogénéisateur ultrasonique UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Allemagne). Pour la méthode de gradient de pH, les films séchés de CUR, de surfactants et de lipides ont été hydratés avec 1300 mL de sulfate d'ammonium (pH 1⁄4 4) à 63 C pendant 47 min. Ensuite, les nanoparticules ont été soniquées sur un bain de glace pour produire de petites vésicules.

Ultrasons pour la préparation des niosomes

Hielscher Ultrasonic possède une longue expérience dans la conception, la fabrication, la distribution et le service après-vente d'homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour l'industrie pharmaceutique, alimentaire et cosmétique.
La préparation de niosomes, de liposomes, de nanoparticules de lipides solides, de nanoparticules polymères, de complexes de cyclodextrine et d'autres vecteurs de médicaments nanostructurés de haute qualité est un processus dans lequel les systèmes ultrasoniques Hielscher excellent en raison de leur grande fiabilité, de leur puissance de sortie constante et de leur contrôlabilité précise. Les appareils à ultrasons Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres du processus, tels que l'amplitude, la température, la pression et l'énergie de sonication. Le logiciel intelligent enregistre automatiquement tous les paramètres de sonification (heure, date, amplitude, énergie nette, énergie totale, température, pression) sur la carte SD intégrée.
La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :