ניסוח פורמולציות של נשאי תרופות ליפידיים ננו־מובנים באמצעות אולטרסאונד

נשאים ליפידיים ננו־מובנים (NLCs) הם צורה מתקדמת של מערכות להובלת תרופות בגודל ננומטרי, הכוללות ליבה ליפידית ומעטפת מסיסה במים. נשאים אלה מתאפיינים ביציבות גבוהה, מגינים על הביומולקולות הפעילות מפני פירוק ומאפשרים שחרור ממושך של התרופה. סוניקציה היא טכניקה אמינה, יעילה ופשוטה לייצור נשאים ליפידיים ננו־מובנים טעונים.

הכנת נשאים ליפידיים ננו־מובנים באמצעות אולטרסאונד

נשאים ליפידיים ננו־מובנים (NLCs) מכילים ליפיד מוצק, ליפיד נוזלי וחומר פעיל שטח בתווך מימי, המקנים להם מאפייני מסיסות וזמינות ביולוגית טובים. נשאים אלה משמשים בהיקף נרחב לניסוח מערכות יציבות להובלת תרופות בעלות זמינות ביולוגית גבוהה ושחרור ממושך של התרופה. לנשאים אלה מגוון רחב של יישומים, ממתן פומי ועד מתן פרנטרלי, לרבות מתן מקומי/דרך העור, מתן עיני ומתן ריאתי.
פיזור ותחלוב באמצעות אולטרסאונד הם טכניקה אמינה ויעילה להכנת נשאים ליפידיים ננו־מובנים הטעונים בתרכובות פעילות. היתרון המרכזי של הכנת נשאים אלה באמצעות אולטרסאונד הוא שאין צורך בממס אורגני, בכמויות גדולות של חומר פעיל שטח או בתרכובות נוספות כתוספים. ניסוח פורמולציות של NLC באמצעות אולטרסאונד הוא שיטה פשוטה יחסית, שכן מוסיפים את הליפיד המותך לתמיסת חומר פעיל השטח ולאחר מכן מבצעים סוניקציה.

פרוטוקולים לדוגמה להכנת נשאים ליפידיים ננו־מובנים הנטענים באמצעות אולטרסאונד

נשאי NLC טעונים בדקסמתזון באמצעות סוניקציה
מערכת NLC לא רעילה בעלת פוטנציאל לשימוש עיני הוכנה באמצעות סוניקציה, שהניבה התפלגות גדלים צרה, יעילות גבוהה של לכידת דקסמתזון וחדירה משופרת. מערכות NLC הוכנו באמצעות המכשיר האולטרסוני Hielscher UP200S ועם Compritol 888 ATO, Miglyol 812N ו־Cremophor RH60 כרכיבים.
הליפיד המוצק, הליפיד הנוזלי וחומר פעיל השטח הותכו באמצעות בוחש מגנטי מחמם ב־85ºC. לאחר מכן הוסף דקסמתזון לתערובת הליפידים המותכת ופוזר בה. המים הטהורים חוממו ב־85ºC ושתי הפאזות עברו סוניקציה (באמפליטודה של 70% למשך 10 min) באמצעות ההומוגנייזר האולטרסוני Hielscher UP200S . מערכת ה־NLC קוררה באמבט קרח.
נשאי ה־NLC שהוכנו באמצעות אולטרסאונד מציגים התפלגות גדלים צרה, יעילות גבוהה של לכידת DXM וחדירה משופרת.
החוקרים ממליצים להשתמש בריכוז נמוך של חומר פעיל שטח ובריכוז נמוך של ליפידים (למשל, 2.5% לחומר פעיל השטח ו־10% לכלל הליפידים), משום שבתנאים אלה פרמטרי היציבות הקריטיים (Z_ave, ZP, PDI) וקיבולת טעינת התרופה (EE%) מתאימים, בעוד שריכוז החומר המתחלב יכול להישאר נמוך.
(ראו Kiss et al. 2019)

נשאי NLC טעונים ברטיניל פלמיטט באמצעות סוניקציה
רטינואיד הוא מרכיב שנמצא בשימוש נרחב בטיפולים דרמטולוגיים בקמטים. רטינול ורטיניל פלמיטט הם שתי תרכובות מקבוצת הרטינואידים, המסוגלות להגדיל את עובי האפידרמיס ויעילות כחומרים נגד קמטים.
פורמולציית ה־NLC הוכנה בשיטת הסוניקציה. הפורמולציה הכילה 7.2% צטיל פלמיטט, 4.8% חומצה אולאית, 10% Tween 80, 10% גליצרין ו־2% רטיניל פלמיטט. השלבים הבאים בוצעו לייצור נשאי NLC טעונים ברטיניל פלמיטט: תערובת הליפידים המותכים מעורבבת עם חומר פעיל השטח, חומר פעיל שטח מסייע, גליצרין ומים נטולי יונים ב־60–70°C. תערובת זו מעורבבת במערבל בעל כוחות גזירה גבוהים במהירות של 9800rpm למשך 5 min. לאחר היווצרות הקדם־תחליב, הוא עובר מיד סוניקציה באמצעות הומוגנייזר אולטרסוני מסוג גשוש למשך 2 min. לאחר מכן ה־NLC שהתקבל נשמר בטמפרטורת החדר למשך 24 h. התחליב אוחסן בטמפרטורת החדר למשך 24 h וגודל הננו־חלקיקים נמדד. פורמולציית ה־NLC הציגה גדלי חלקיקים בטווח של 200–300nm. ל־NLC שהתקבל מראה צהוב בהיר, גודל טיפות של 258±15.85 nm ומדד פולידיספרסיות של 0.31±0.09. תמונת ה־TEM שלהלן מציגה את נשאי ה־NLC הטעונים ברטיניל פלמיטט שהוכנו באמצעות אולטרסאונד.
(ראו Pamudji et al. 2015)

מורפולוגיה של נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי (NLCs) המכילים רטיניל פלמיטט, שהוכנו באמצעות אולטרסאונד: (A) הגדלה של 10000x, ‏(B) הגדלה של 20000x, ו־(C) הגדלה של 40000x
מקור: Pamudji et al. 2016

נשאי NLCs טעונים ב־Zingiber zerumbet באמצעות סוניקציה
נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי מורכבים מתערובת של ליפיד מוצק, ליפיד נוזלי וחומר פעיל שטח. הם מערכות מצוינות להובלת תרופות, המאפשרות מתן חומרים פעילים ביולוגית בעלי מסיסות נמוכה במים והגדלה משמעותית של זמינותם הביולוגית.
השלבים הבאים בוצעו להכנת נשאי NLCs טעונים ב־Zingiber zerumbet. ליפיד מוצק בשיעור של 1%, כלומר גליצריל מונוסטארט, וליפיד נוזלי בשיעור של 4%, כלומר שמן קוקוס כתית, עורבבו והותכו ב־50°C כדי לקבל פאזה ליפידית הומוגנית וצלולה. לאחר מכן נוסף לפאזה הליפידית שמן Zingiber zerumbet בשיעור של 1%, תוך שמירה רציפה על טמפרטורה הגבוהה ב־10°C מטמפרטורת ההתכה של גליצריל מונוסטארט. להכנת הפאזה המימית, עורבבו יחד מים מזוקקים, Tween 80 ולציטין סויה ביחס הנכון. התערובת המימית נוספה מיד לתערובת הליפידים ליצירת תערובת קדם־תחליב. לאחר מכן עבר קדם־התחליב הומוגניזציה באמצעות הומוגנייזר בעל כוחות גזירה גבוהים ב־11,000 rpm במשך 1 min. בהמשך עבר קדם־התחליב סוניקציה באמצעות מכשיר אולטרסוני מסוג גשוש באמפליטודה של 50% במשך 20 min. לבסוף קורר פיזור ה־NLC באמבט מי קרח לטמפרטורת החדר (25±1°C), כדי לקרר את התרחיף במהירות באמבט הקר ולמנוע הצטברות חלקיקים. נשאי ה־NLCs אוחסנו ב־4°C.
נשאי ה־NLCs הטעונים ב־Zingiber zerumbet מציגים גודל של 80.47±1.33 ננומטרים, מדד פולידיספרסיות יציב של 0.188±2.72 ומטען פוטנציאל זטא של -38.9±2.11. יעילות הכימוס מצביעה על יכולתו של נשא הליפידים לכמס שמן Zingiber zerumbet ביעילות של יותר מ־80%.
(ראו Rosli et al. 2015)

נשאי NLCs טעונים ב־Valsaratan באמצעות סוניקציה
Valsaratan הוא חוסם קולטנים לאנגיוטנסין II המשמש בתרופה להורדת לחץ דם. ל־Valsartan זמינות ביולוגית נמוכה של כ־23% בלבד בשל מסיסותו הנמוכה במים. השימוש בשיטת התחלוב האולטרסוני בהתכה אפשר להכין נשאי NLCs טעונים ב־Valsaratan בעלי זמינות ביולוגית משופרת במידה משמעותית.
בפשטות, תמיסה שמנית של Val עורבבה עם כמות מסוימת של חומר ליפידי מותך בטמפרטורה הגבוהה ב־10°C מנקודת ההתכה של הליפיד. תמיסה מימית של חומרים פעילי שטח הוכנה באמצעות המסת כמויות שקולות מסוימות של Tween 80 ונתרן דאוקסיכולאט. תמיסת החומרים פעילי השטח חוממה גם היא לאותה טמפרטורה ועורבבה עם התמיסה השמנית של הליפיד והתרופה באמצעות סוניקציה בגשוש במשך 3 min. ליצירת תחליב. לאחר מכן פוזר התחליב שנוצר במים מקוררים באמצעות ערבול מגנטי במשך 10 min. נשאי ה־NLC שנוצרו הופרדו באמצעות צנטריפוגה. נלקחו דגימות מהנוזל העליון ונבדק בהן ריכוז ה־Val באמצעות שיטת HPLC מתוקפת.
לשיטת התחלוב האולטרסוני בהתכה יש כמה יתרונות, ובהם פשטות, תנאי עקה מזעריים והיעדר ממסים אורגניים רעילים. יעילות הלכידה המרבית שהושגה הייתה 75.04%
(ראו Albekery et al. 2017)

תרכובות פעילות נוספות, כגון פקליטקסל, קלוטרימזול, דומפרידון, פואררין ומלוקסיקם, שולבו אף הן בהצלחה בננו־חלקיקי ליפידים מוצקים ובנשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי באמצעות טכניקות אולטרסוניות. (ראו Bahari and Hamishehkar 2016)

הומוגניזציה אולטרסונית קרה

כאשר משתמשים בטכניקת הומוגניזציה קרה להכנת נשאים ליפידיים ננו־מובנים, המולקולות הפעילות מבחינה פרמקולוגית, כלומר התרופה, מומסות בנתך הליפידי ולאחר מכן מקוררות במהירות באמצעות חנקן נוזלי או קרח יבש. במהלך הקירור הליפידים מתמצקים. לאחר מכן טוחנים את מסת הליפיד המוצק לגודל של ננו־חלקיקים. ננו־החלקיקים הליפידיים מפוזרים בתמיסה קרה של חומר פעיל שטח, וכך מתקבל קדם־תרחיף קר. לבסוף, תרחיף זה עובר סוניקציה בטמפרטורת החדר, לעיתים קרובות באמצעות ריאקטור אולטרסוני עם תא זרימה.
מכיוון שהחומרים מחוממים פעם אחת בלבד בשלב הראשון, הומוגניזציה אולטרסונית קרה משמשת בעיקר להכנת פורמולציות של תרופות רגישות לחום. מאחר שמולקולות ביו־אקטיביות ותרכובות פרמצבטיות רבות נוטות להתפרק בחום, הומוגניזציה אולטרסונית קרה היא יישום נפוץ. יתרון נוסף של טכניקת ההומוגניזציה הקרה הוא ההימנעות מפאזה מימית, המקלה על כימוס מולקולות הידרופיליות, שאחרת עשויות לעבור מהפאזה הליפידית הנוזלית לפאזה המימית במהלך הומוגניזציה חמה.

הומוגניזציה אולטרסונית חמה

כאשר משתמשים בסוניקציה כטכניקת הומוגניזציה חמה, הליפידים המותכים והתרכובת הפעילה (כלומר החומר הפעיל מבחינה פרמקולוגית) מפוזרים בחומר פעיל שטח חם תוך ערבול נמרץ לקבלת קדם־תחליב. בתהליך ההומוגניזציה החמה חשוב ששתי התמיסות, תרחיף הליפיד/התרופה והחומר פעיל השטח, יחוממו לאותה טמפרטורה (כ־5–10°C מעל נקודת ההתכה של הליפיד המוצק). בשלב השני, קדם־התחליב עובר טיפול בסוניקציה בעלת ביצועים גבוהים תוך שמירה על הטמפרטורה.

מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לנשאים ליפידיים ננו־מובנים

המערכות האולטרסוניות העוצמתיות של Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם במחקר ופיתוח ובייצור בתחום הפרמצבטיקה לייצור נשאי תרופות ננומטריים באיכות גבוהה, כגון ננו־חלקיקים ליפידיים מוצקים (SLNs), נשאים ליפידיים ננו־מובנים (NLCs), ננו־תחליבים וננו־כמוסות. כדי לענות על דרישות לקוחותיה, Hielscher מספקת מכשירים אולטרסוניים החל מהומוגנייזר מעבדתי ידני קומפקטי אך עוצמתי ומכשירים אולטרסוניים שולחניים ועד למערכות אולטרסוניות תעשייתיות מלאות לייצור פורמולציות פרמצבטיות בנפחים גדולים. מגוון רחב של סונוטרודות אולטרסוניות וריאקטורים זמין כדי להבטיח מערך מיטבי לייצור הנשאים הליפידיים הננו־מובנים (NLCs) שלכם. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.
כדי לאפשר ללקוחותינו לעמוד בתנאי ייצור נאותים (GMP) ולבסס תהליכים מתוקננים, כל המכשירים האולטרסוניים הדיגיטליים מצוידים בתוכנה חכמה להגדרה מדויקת של פרמטר הסוניקציה, לבקרת תהליך רציפה ולרישום אוטומטי של כל פרמטרי התהליך החשובים בכרטיס SD מובנה. איכות מוצר גבוהה תלויה בבקרת תהליך ובשמירה מתמדת על תקני עיבוד גבוהים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מסייעים לכם לנטר את התהליך שלכם ולתקנן אותו!

המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. ניתן להפעיל בקלות אמפליטודות של עד 200µm ברציפות בהפעלה 24/7. לאמפליטודות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות מותאמות אישית. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.
הטבלה שלהלן נותנת לכם מושג על קיבולת העיבוד המשוערת של המכשירים האולטרסוניים שלנו: