טיפול קולי של ננו-חלקיקים לתרופות

סוניקטורים מסוג גשושית ממלאים תפקיד מכריע במחקר וייצור תרופות בכך שהם מספקים אמצעי רב עוצמה ומבוקר להשגת הפחתת גודל חלקיקים, שיבוש תאים והומוגניזציה. סוניקטורים משתמשים בגלים על-קוליים כדי ליצור קוויטציה, וכתוצאה מכך להיווצרות וקריסה של בועות מיקרוסקופיות. תופעה זו יוצרת כוחות גזירה עזים וגלי הלם, המפרקים חלקיקים ביעילות או משבשים תאים.

להלן כמה היבטים מרכזיים של השימוש בסוניקטורים מסוג בדיקה ביישומים פרמצבטיים:

• הפחתת גודל חלקיקים: סוניקטורים של גשושיות משמשים כדי להקטין את גודל החלקיקים של מרכיבים פרמצבטיים פעילים (APIs) או תרכובות אחרות. גודל קטן ואחיד של חלקיקים חיוני לשיפור הזמינות הביולוגית, שיעורי ההמסה והיעילות הכוללת של פורמולציות פרמצבטיות.
• הפרעה לתאים: במחקר ביו-פרמצבטי, סוניקטורים של גשושיות משמשים לשיבוש תאים כדי לשחרר רכיבים תוך-תאיים. זה חשוב במיוחד למיצוי חלבונים, אנזימים וביומולקולות אחרות מתאי מיקרואורגניזמים או מתאי יונקים בתרבית.
• הומוגניזציה: הומוגניזציה של פורמולציות פרמצבטיות חיונית להבטחת הפצה אחידה של מרכיבים. סוניקטורים של גשושיות מסייעים בהשגת הומוגניות על ידי פירוק אגלומרטים ופיזור רכיבים באופן שווה.
• ננו-תחליב והיווצרות ליפוזום: סוניקציה משמשת ליצירת ננו-תחליבים וליפוזומים יציבים בפורמולציות פרמצבטיות. מערכות אספקה ננומטריות אלה משמשות לאספקת תרופות כדי לשפר את המסיסות והזמינות הביולוגית.
• בקרת איכות ואופטימיזציה של תהליכים: סוניקציה היא כלי רב ערך לבקרת איכות בייצור תרופות. זה עוזר במיטוב תהליכים על ידי הבטחת פיזור גודל חלקיקים עקבי הומוגניות, תורם לשחזור אצווה לאצווה.
• ניסוח ופיתוח תרופותבמהלך ניסוח ופיתוח תרופות, נעשה שימוש בסוניקטורים של גשושיות להכנת מתלים, תחליבים או פיזורים יציבים.: זה קריטי לתכנון מוצרים פרמצבטיים עם תכונות פיזיקליות וכימיות רצויות.

ננו-חומרים בפרמצבטיקה

טכנולוגיות על-קוליות ממלאות תפקיד מרכזי בהכנה, עיבוד ופונקציונליות של ננו-חומרים במחקר וייצור תרופות. ההשפעות האינטנסיביות של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה, כולל קוויטציה אקוסטית, תורמות לשבירת אגלומרטים, פיזור חלקיקים ותחליב ננו-טיפות. הסוניקטורים בעלי הביצועים הגבוהים של Hielscher מספקים פתרון אמין ויעיל לתקנים פרמצבטיים, מבטיחים ייצור בטוח ומקלים על סקייל-אפ ללא מאמצי אופטימיזציה נוספים.

עיבוד ננו-חומרים

ננו-חומרים, במיוחד ננו-חלקיקים, חוללו מהפכה באספקת תרופות בתרופות, ומציעים שיטה מוכחת למתן חומרים פעילים דרך הפה או באמצעות הזרקה. טכנולוגיה זו משפרת את יעילות המינון והאספקה של תרופות, ופותחת אפיקים חדשים לטיפולים רפואיים. היכולת להעביר תרופות, חום או חומרים פעילים אחרים ישירות לתאים ספציפיים, במיוחד לתאים חולים, מסמנת התקדמות משמעותית.

בטיפול בסרטן, תרופות ננו הוכיחו תוצאות מבטיחות, תוך מינוף היתרון של חלקיקים בגודל ננומטרי כדי לספק מינונים גבוהים של תרופות ישירות לתאי הגידול, למקסם את ההשפעות הטיפוליות תוך מזעור תופעות לוואי על איברים אחרים. הגודל הננומטרי מאפשר לחלקיקים אלה לעבור דרך דפנות תאים וממברנות, ומשחרר חומרים פעילים בדיוק בתאי המטרה.

עיבוד ננו-חומרים, המוגדרים כחלקיקים בממדים של פחות מ-100 ננומטר, מציב אתגרים הדורשים מאמצים גבוהים יותר. קוויטציה על-קולית מתגלה כטכנולוגיה מבוססת היטב לפירוק ופיזור ננו-חומרים. ננו-צינוריות פחמן (CNT), במיוחד ננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWCNTs) וננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת (SWCNTs), מציגות תכונות ייחודיות, ומציעות נפח פנימי גדול לעטוף מולקולות תרופה ומשטחים נפרדים לפונקציונליזציה.
 

ייצור סונוכימי של SWCNTs. אבקת סיליקה בתמיסה של תערובת פרוקן-קסילן עברה סוניקה במשך 20 דקות בטמפרטורת החדר ובלחץ הסביבה. סוניקציה מייצרת SWCNTS בעלי טוהר גבוה על פני אבקת הסיליקה. (ג'ונג ואחרים 2004)

ננו-צינוריות פחמן מתפקדות (f-CNTs) ממלאות תפקיד מכריע בשיפור מסיסות, מאפשרות מיקוד יעיל של הגידול והימנעות מציטוטוקסיות. טכניקות קוליות להקל על הייצור שלהם פונקציונליזציה, כגון השיטה הסונוכימית עבור SWCNTs טוהר גבוה. יתר על כן, f-CNT יכולים לשמש כמערכות אספקת חיסונים, המקשרים אנטיגנים לננו-צינוריות פחמן כדי לגרום לתגובות נוגדנים ספציפיות.
ננו-חלקיקים קרמיים שמקורם בסיליקה, טיטניה או אלומינה מציגים משטחים נקבוביים, מה שהופך אותם לנשאי תרופות אידיאליים. סינתזה על-קולית ומשקעים של ננו-חלקיקים, תוך שימוש בסונוכימיה, מספקים גישה מלמטה למעלה להכנת תרכובות ננומיות. התהליך מגביר את העברת המסה, וכתוצאה מכך גודל חלקיקים קטן יותר ואחידות גבוהה יותר

סינתזה קולית ומשקעים של ננו-חלקיקים

אולטרה-סוניקציה ממלאת תפקיד חיוני בתפקוד ננו-חלקיקים. הטכניקה שוברת ביעילות שכבות גבול סביב חלקיקים, ומאפשרת לקבוצות פונקציונליות חדשות להגיע לפני השטח של החלקיקים. לדוגמה, פונקציונליות על-קולית של ננו-צינוריות פחמן חד-דפניות (SWCNTs) עם מקטעי PL-PEG מפריעה לספיגת תאים לא ספציפיים תוך קידום ספיגה תאית ספציפית עבור יישומים ממוקדים.

כדי להשיג ננו-חלקיקים בעלי מאפיינים ופונקציות ספציפיים, יש לשנות את פני השטח של החלקיקים. ננו-מערכות שונות כמו ננו-חלקיקים פולימריים, ליפוזומים, דנדרימרים, ננו-צינוריות פחמן, נקודות קוונטיות וכו 'יכולות לתפקד בהצלחה לשימוש יעיל בפרמצבטיקה.

דוגמה מעשית של fuctionalization חלקיקים קולי:

פונקציונליות קולית של SWCNTs על ידי PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) הראו כי פיזור של ננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת (SWNTs) על ידי אולטרה-סוניקציה עם פוספוליפיד-פוליאתילן גליקול (PL-PEG) שובר אותו, ובכך מפריע ליכולתו לחסום ספיגה לא ספציפית על ידי תאים. עם זאת, PL-PEG בלתי מקוטע מקדם ספיגה תאית ספציפית של SWNTs ממוקדים לשני סוגים שונים של קולטנים המבוטאים על ידי תאים סרטניים. טיפול על-קולי בנוכחות PL-PEG הוא שיטה נפוצה המשמשת לפיזור או תפקוד של ננו-צינוריות פחמן, ושלמות ה-PEG חשובה לקידום ספיגה תאית ספציפית של ננו-צינוריות המתפקדות על ידי ליגנד. מכיוון שפיצול הוא תוצאה סבירה של אולטרה-סוניקציה, טכניקה נפוצה לפיזור SWNTs, זה אולי מדאיג יישומים מסוימים כגון אספקת תרופות.
 

פיזור קולי של SWCNTs עם PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

היווצרות ליפוזום קולי

יישום מוצלח נוסף של אולטרסאונד הוא הכנת ליפוזומים וננו-ליפוזומים. מערכות העברת תרופות וגנים מבוססות ליפוזום ממלאות תפקיד משמעותי בטיפולים רבים, אך גם בקוסמטיקה ובתזונה. ליפוזומים הם נשאים טובים, שכן חומרים פעילים מסיסים במים יכולים להיות ממוקמים במרכז המימי של הליפוזומים או, אם הסוכן מסיס בשומן, בשכבת השומנים. ליפוזומים יכולים להיווצר על ידי שימוש באולטרסוניק. החומר הבסיסי להכנת ליפוזום הוא מולקולות אמפיליות הנגזרות או מבוססות על ליפידים ביולוגיים של הממברנה. עבור היווצרות שלפוחיות unilamellar קטן (SUV), פיזור השומנים הוא sonicated בעדינות – למשל עם האולטרסוניקטור כף היד UP50H (50W, 30kHz), ה- VialTweeter או קרן הכוס העל-קולית. משך הטיפול האולטרסוני נמשך כ. 5 – 15 דקות. שיטה נוספת לייצור שלפוחיות חד-למלריות קטנות היא סוניקציה של שלפוחיות רב-למלריות ליפוזומים.
Dinu-Pirvu et al. (2010) מדווחים על השגת טרנספוזומים על ידי סוניקציה MLV בטמפרטורת החדר.
Hielscher Ultrasonics מציעה מכשירים קוליים שונים, sonotrodes ואביזרים כדי לענות על הדרישה של כל מיני תהליכים.
קראו עוד על תמצית אלוורה המופקת באולטרסאונד ועטופה!

אנקפסולציה על-קולית של חומרים לתוך ליפוזומים

ליפוזומים פועלים כנשאים של חומרים פעילים. אולטרסאונד הוא כלי יעיל להכין וליצור את הליפוזומים למלכודת של סוכנים פעילים. לפני האנקפסולציה, הליפוזומים נוטים ליצור אשכולות עקב אינטראקציית מטען-מטען פני השטח של ראשי קוטב פוספוליפידים (Míckova et al. 2008), יתר על כן יש לפתוח אותם. לדוגמה, Zhu et al. (2003) מתארים את האנקפסולציה של אבקת ביוטין בליפוזומים על ידי אולטרסוניקציה. כאשר אבקת הביוטין נוספה לתמיסת תרחיף השלפוחית, התמיסה עברה סוניקה במשך כשעה. לאחר טיפול זה, ביוטין נלכד בליפוזומים.

תחליבים ליפוזומליים

כדי לשפר את ההשפעה המזינה של קרמים, קרמים, ג'לים ותכשירים קוסמטיים אחרים המעניקים לחות או אנטי-אייג'ינג, מוסיפים מתחלב לפיזור הליפוזומלי כדי לייצב כמויות גבוהות יותר של שומנים. אבל מחקרים הראו כי היכולת של ליפוזומים היא בדרך כלל מוגבלת. עם תוספת של מתחלבים, השפעה זו תופיע מוקדם יותר והמתחלבים הנוספים גורמים להיחלשות בזיקה למחסום של פוספטידילכולין. ננו-חלקיקים – מורכב פוספטידילכולין ושומנים – הם התשובה לבעיה זו. ננו-חלקיקים אלה נוצרים על ידי טיפת שמן אשר מכוסה על ידי שכבה אחת של פוספטידילכולין. השימוש בננו-חלקיקים מאפשר פורמולציות המסוגלות לספוג יותר שומנים ולהישאר יציבות, כך שאין צורך בחומרים מתחלבים נוספים.
Ultrasonication היא שיטה מוכחת לייצור nanoemulsions ו nanodispersions. אולטרסאונד אינטנסיבי מאוד מספק את הכוח הדרוש לפיזור פאזה נוזלית (פאזה מפוזרת) בטיפות קטנות בשלב שני (פאזה רציפה). באזור הפיזור, בועות קוויטציה מתפוצצות גורמות לגלי הלם אינטנסיביים בנוזל שמסביב וגורמות להיווצרות סילוני נוזל במהירות נוזל גבוהה. על מנת לייצב את הטיפות החדשות שנוצרו בשלב הפיזור כנגד התמזגות, מוסיפים לאמולציה חומרים מתחלבים (חומרים פעילים על פני השטח, חומרים פעילי שטח) ומייצבים. מכיוון שהתלכדות הטיפות לאחר הפרעה משפיעה על התפלגות גודל הטיפות הסופית, משתמשים במתחלבים מייצבים ביעילות כדי לשמור על התפלגות גודל הטיפות הסופית ברמה השווה להתפלגות מיד לאחר הפרעה הטיפות באזור הפיזור העל-קולי.

פיזור ליפוזומלי

פיזורים ליפוזומליים, המבוססים על פוספטידילכלורין בלתי רווי, חסרים יציבות מפני חמצון. ייצוב הפיזור יכול להיות מושג על ידי נוגדי חמצון, כגון על ידי קומפלקס של ויטמינים C ו- E.
Ortan et al. (2002) השיגו במחקרם לגבי הכנה קולית של שמן אתרי Anethum graveolens בליפוזומים תוצאות טובות. לאחר סוניקציה, הממד של ליפוזומים היה בין 70-150 ננומטר, ועבור MLV בין 230-475 ננומטר; ערכים אלה היו קבועים בקירוב גם לאחר חודשיים, אך פסקו לאחר 12 חודשים, במיוחד בפיזור רכבי שטח (ראו היסטוגרמות בהמשך). מדידת היציבות, הנוגעת לאובדן שמן אתרי וחלוקת גודל, הראתה גם כי הפיזור הליפוזומלי שמר על תכולת השמן הנדיף. זה מצביע על כך שהלכידה של השמן האתרי בליפוזומים הגבירה את יציבות השמן.
 

יציבות של פיזור MLV ו- SUV לאחר שנה. פורמולציות ליפוזומליות אוחסנו בטמפרטורה של 4±1 מעלות צלזיוס.(מחקר וגרפיקה: ©Ortan et al., 2009):

 
לחצו כאן כדי לקרוא עוד על תכשיר הליפוזום האולטרסוני!

סוניקטורים בעלי ביצועים גבוהים למחקר וייצור פרמצבטיים

Hielscher Ultrasonics הוא הספק העליון שלך של איכות גבוהה, ביצועים גבוהים sonicators למחקר וייצור של תרופות. מכשירים בטווח שבין 50 וואט עד 16,000 וואט מאפשרים למצוא את המעבד האולטרסוני המתאים לכל נפח ולכל תהליך. על ידי הביצועים הגבוהים שלהם, אמינות, חוסן ופעולה קלה, הטיפול קולי הוא טכניקה חיונית להכנת ועיבוד של ננו-חומרים. מצויד CIP (נקי במקום) ו SIP (סטריליזה במקום), Hielscher sonicators להבטיח ייצור בטוח ויעיל על פי תקני התרופות. כל התהליכים העל-קוליים הספציפיים יכולים להיבדק בקלות בקנה מידה של מעבדה או ספסל. התוצאות של ניסויים אלה ניתנות לשחזור לחלוטין, כך שההרחבה הבאה היא ליניארית וניתן לבצע אותה בקלות ללא מאמצים נוספים לגבי אופטימיזציה של התהליך.

Hielscher Sonicators: תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.

Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

ספרות/מקורות