Formulation de niosomes par ultrasons

Les niosomes sont des vésicules de taille nanométrique qui peuvent servir de vecteurs pour des médicaments (par exemple, des médicaments anticancéreux) et d’autres substances bioactives. L’émulsification par ultrasons est une méthode simple et rapide pour formuler de petits niosomes à forte charge médicamenteuse.

Vésicules niosomales comme nanovecteurs de principes actifs

Un niosome est une vésicule à base de tensioactifs non ioniques, principalement formée par l’incorporation d’un tensioactif non ionique et de cholestérol comme excipient. Les niosomes résistent mieux à la dégradation chimique ou à l’oxydation et se conservent longtemps par rapport aux liposomes. Grâce aux tensioactifs utilisés pour leur préparation, ils sont biodégradables, biocompatibles et non immunogènes. Les niosomes sont osmotiquement actifs, chimiquement stables et offrent une durée de conservation plus longue que les liposomes. Selon leur taille et leur lamellarité, différentes méthodes de préparation sont disponibles, telles que la sonication, l’évaporation en phase inverse, l’hydratation d’un film mince ou le processus de chargement du médicament par gradient de pH transmembranaire. La préparation de niosomes par ultrasons est la technique privilégiée pour produire des vésicules unilamellaires de petite taille et de taille uniforme.

Formulation de niosomes par ultrasons

Pour formuler des niosomes, une émulsion huile dans eau (o/w) doit être préparée à partir d’une solution organique de tensioactif, 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 soumettant les gouttelettes des deux phases à un cisaillement et en les fragmentant jusqu’à une taille nanométrique, on obtient une nanoémulsion. Le solvant organique est ensuite évaporé, ce qui permet d’obtenir des niosomes chargés d’agents thérapeutiques, dispersés dans la phase aqueuse. Par rapport à l’agitation mécanique, la technique de formulation de niosomes par ultrasons se distingue par la formation rapide de niosomes présentant une taille moyenne plus petite et un indice de polydispersité plus faible. L’utilisation de vésicules plus petites est généralement préférable, car elles ont tendance à mieux échapper aux mécanismes d’élimination de l’organisme que les particules plus grandes et à rester plus longtemps dans la circulation sanguine. (cf. Bragagni et al. 2014)
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Protocoles de préparation de niosomes par ultrasons

La formulation de niosomes par sonication a fait l’objet de recherches approfondies ; de nombreux protocoles scientifiquement validés sont donc disponibles pour la production de niosomes par ultrasons.
Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de quelques protocoles de formulation permettant de préparer et de charger des niosomes par sonication.

Niosomes chargés d’extraits de Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) ont formulé un extrait brut de Withania somnifera dans des niosomes destinés à une application topique. Les composés bioactifs ont été encapsulés par injection de solvant. Pour ce faire, les phases organique et aqueuse ont été soumises à une agitation magnétique continue, et la température a été maintenue à 60°C ± 2°C jusqu’à l’élimination du solvant organique. La formulation obtenue a été refroidie puis soumise à une sonication sur glace à l’aide du sonicateur Hielscher UP200ST. Les niosomes présentaient une taille moyenne d’environ 165,9 ± 9,4 et une efficacité d’encapsulation (EE%) élevée pour le 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), de Span 60 (65 mg), de cholestérol (58 mg) et de 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, puis en appliquant une sonication par sonde pendant 10 min (75% du maximum).
Des vésicules de palmitoyl glycol chitosane (GCP) ont été préparées comme décrit précédemment (11) en soumettant du glycol chitosane (10 mg) et du cholestérol (4 mg) à une sonication par sonde dans une solution de doxorubicine (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Autres méthodes de préparation des niosomes

D’autres méthodes de formulation des niosomes, telles que la technique d’évaporation en phase inverse ou le processus de chargement du médicament par gradient de pH transmembranaire, font intervenir l’application d’énergie ultrasonore. Les deux techniques sont principalement utilisées pour formuler des vésicules multilamellaires (MLVs). Vous trouverez ci-dessous une brève description de ces deux techniques et de l’étape de sonication qu’elles comportent.

Sonication lors de 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, puis ajoutés à la phase aqueuse contenant le médicament. L’émulsification par ultrasons permet de transformer le mélange en une émulsion à fines gouttelettes. La phase organique est ensuite évaporée. Les niosomes obtenus lors de l’évaporation du solvant organique sont des vésicules unilamellaires de grande taille.

Processus de chargement du médicament par gradient de pH transmembranaire

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

Réduction de la taille des niosomes par ultrasons

La taille des niosomes se situe généralement entre 10nm et 1000nm. Selon la technique de préparation, les niosomes sont souvent de taille relativement importante et ont tendance à former des agrégats. Toutefois, la taille des niosomes est un facteur important pour le type de système d’administration visé. Par exemple, des niosomes de très petite taille, à l’échelle nanométrique, conviennent le mieux à l’administration systémique de médicaments, où le médicament doit traverser les membranes cellulaires pour atteindre le site cible cellulaire, tandis que des niosomes plus grands sont recommandés pour l’administration intramusculaire et intracavitaire de médicaments ou pour des applications ophtalmiques. La réduction de la taille des niosomes par ultrasons est une étape courante lors de la préparation de niosomes à forte efficacité. Les forces de cisaillement ultrasonore désagglomèrent et dispersent les niosomes en nanoniosomes monodispersés.

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 Tween 60: cholestérol: DPPC (dans un rapport de 55 : 30 : 15 : 3) avec 3% de DSPE-mPEG. Pour réduire la taille des LipoNiosomes préparés, ils ont, après hydratation, soumis la suspension à une sonication pendant 45 min (15 secondes de fonctionnement et 10 secondes d’arrêt, amplitude de 70% à 100 watts) afin de minimiser l’agrégation des particules, à l’aide de l’homogénéisateur à ultrasons UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Allemagne). Pour la méthode du gradient de pH, les films séchés de CUR, de tensioactifs et de lipides ont été hydratés avec 1300 mL de sulfate d’ammonium (pH 1⁄4 4) à 63 C pendant 47 min. Les nanoparticules ont ensuite été soumises à une sonication au-dessus d’un bain de glace afin de produire de petites vésicules.

Appareils à ultrasons pour la préparation de niosomes

Hielscher Ultrasonic possède une longue expérience dans la conception, la fabrication, la distribution et la maintenance d’homogénéisateurs à ultrasons haute performance destinés aux industries pharmaceutique, alimentaire et cosmétique.
La préparation de niosomes, de liposomes, de nanoparticules lipidiques solides, de nanoparticules polymériques, de complexes de cyclodextrines et d’autres vecteurs médicamenteux nanostructurés de haute qualité fait partie des procédés dans lesquels les sonicateurs Hielscher excellent grâce à leur grande fiabilité, à leur puissance de sortie constante et à leur contrôlabilité précise. Les appareils à ultrasons Hielscher permettent de contrôler avec précision tous les paramètres du procédé, tels que l’amplitude, la température, la pression et l’énergie de sonication. Le logiciel intelligent enregistre automatiquement tous les paramètres de sonication (heure, date, amplitude, énergie nette, énergie totale, température, pression) sur la carte SD intégrée.
La robustesse des sonicateurs Hielscher permet un fonctionnement 24/7 en service intensif et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :