Ultrazvučno formuliranje nanostrukturiranih lipidnih nosača lijekova

Nanostrukturirani lipidni nosači (NLC) napredan su oblik sustava nanometarskih dimenzija za isporuku lijekova s lipidnom jezgrom i ovojnicom topljivom u vodi. NLC-ovi imaju visoku stabilnost, štite aktivne biomolekule od razgradnje i omogućuju produljeno oslobađanje lijeka. Obrada ultrazvukom pouzdana je, učinkovita i jednostavna tehnika za proizvodnju nanostrukturiranih lipidnih nosača napunjenih lijekom.

Ultrazvučna priprema nanostrukturiranih lipidnih nosača

Nanostrukturirani lipidni nosači (NLC) sadržavaju čvrsti lipid, tekući lipid i površinski aktivnu tvar u vodenom mediju, što im daje dobra svojstva topljivosti i bioraspoloživosti. NLC-ovi se široko primjenjuju za formuliranje stabilnih sustava nosača lijekova s visokom bioraspoloživošću i produljenim oslobađanjem lijeka. NLC-ovi imaju širok raspon primjena, od oralne do parenteralne primjene, uključujući topikalnu/transdermalnu, oftalmičku (okularnu) i plućnu primjenu.
Ultrazvučno dispergiranje i emulgiranje pouzdana je i učinkovita tehnika za pripremu nanostrukturiranih lipidnih nosača napunjenih aktivnim spojevima. Glavna je prednost ultrazvučne pripreme NLC-ova to što ne zahtijeva organsko otapalo, velike količine površinski aktivne tvari ni dodatne spojeve. Ultrazvučno formuliranje NLC-ova relativno je jednostavna metoda jer se lipid koji se tali dodaje otopini površinski aktivne tvari, a zatim se provodi sonikacija.

Primjeri protokola za ultrazvučno punjenje nanostrukturiranih lipidnih nosača

NLC-ovi napunjeni deksametazonom primjenom sonikacije
Netoksičan sustav NLC-ova s potencijalom za oftalmičku primjenu pripremljen je ultrazvučnom obradom, čime su postignuti uska raspodjela veličina, visoka učinkovitost uklapanja deksametazona i poboljšano prodiranje. Sustavi NLC-ova pripremljeni su ultrazvučno primjenom ultrazvučnog uređaja Hielscher UP200S te komponenata Compritol 888 ATO, Miglyol 812N i Cremophor RH60.
Čvrsti lipid, tekući lipid i površinski aktivna tvar rastaljeni su magnetskom miješalicom s grijanjem pri 85ºC. Zatim je deksametazon dodan rastaljenoj lipidnoj smjesi i dispergiran. Čista voda zagrijana je na 85ºC, a obje su faze podvrgnute sonikaciji (pri amplitudi od 70% tijekom 10 min) ultrazvučnim homogenizatorom Hielscher UP200S . Sustav NLC-ova ohlađen je u ledenoj kupelji.
Ultrazvučno pripremljeni NLC-ovi pokazuju usku raspodjelu veličina, visoku učinkovitost uklapanja DXM-a i poboljšano prodiranje.
Istraživači preporučuju primjenu niske koncentracije površinski aktivne tvari i niske koncentracije lipida (npr. 2,5% površinski aktivne tvari i 10% ukupnih lipida) jer su tada ključni parametri stabilnosti (Z_ave, ZP, PDI) i kapacitet punjenja lijekom (EE%) prikladni, dok koncentracija emulgatora može ostati niska.
(usp. Kiss et al. 2019)

NLC-ovi napunjeni retinil-palmitatom primjenom sonikacije
Retinoid je sastojak koji se široko primjenjuje u dermatološkim tretmanima bora. Retinol i retinil-palmitat dva su spoja iz skupine retinoida koji mogu potaknuti povećanje debljine epiderme i učinkoviti su kao sredstva protiv bora.
Formulacija NLC-ova pripremljena je metodom ultrazvučne obrade. Formulacija je sadržavala 7,2% cetil-palmitata, 4,8% oleinske kiseline, 10% Tween 80, 10% glicerina i 2% retinil-palmitata. Za proizvodnju NLC-ova napunjenih retinil-palmitatom provedeni su sljedeći koraci: smjesa rastaljenih lipida miješa se s površinski aktivnom tvari, pomoćnom površinski aktivnom tvari, glicerinom i deioniziranom vodom pri 60–70°C. Ta se smjesa miješa miješalicom s visokim smičnim silama pri 9800rpm tijekom 5 min. Nakon nastanka predemulzije ona se odmah podvrgava sonikaciji ultrazvučnim homogenizatorom sa sondom tijekom 2 min. Zatim je dobiveni NLC držan na sobnoj temperaturi tijekom 24 h. Emulzija je pohranjena na sobnoj temperaturi tijekom 24 h te je izmjerena veličina nanočestica. Formulacija NLC-ova pokazala je veličine čestica u rasponu od 200–300nm. Dobiveni NLC ima blijedožut izgled, veličinu globula od 258±15,85 nm i indeks polidisperznosti od 0,31±0,09. TEM snimka u nastavku prikazuje ultrazvučno pripremljene NLC-ove napunjene retinil-palmitatom.
(usp. Pamudji et al. 2015)

NLC-ovi napunjeni uljem biljke Zingiber zerumbet dobiveni sonikacijom
Nanostrukturirani lipidni nosači sastoje se od smjese čvrstog lipida, tekućeg lipida i površinski aktivne tvari. Izvrsni su sustavi za isporuku lijekova koji omogućuju primjenu bioaktivnih tvari slabo topljivih u vodi i znatno povećanje njihove bioraspoloživosti.
Za formuliranje NLC-ova napunjenih uljem biljke Zingiber zerumbet provedeni su sljedeći koraci. Pomiješani su 1% čvrstog lipida, tj. gliceril-monostearata, i 4% tekućeg lipida, tj. djevičanskog kokosova ulja, te otopljeni pri 50°C kako bi se dobila homogena, bistra lipidna faza. Zatim je lipidnoj fazi dodan 1% ulja biljke Zingiber zerumbet, uz neprekidno održavanje temperature 10°C iznad temperature taljenja gliceril-monostearata. Za pripremu vodene faze pomiješani su destilirana voda, Tween 80 i sojin lecitin u odgovarajućem omjeru. Vodena smjesa odmah je dodana lipidnoj smjesi kako bi nastala predemulzijska smjesa. Predemulzija je zatim homogenizirana homogenizatorom s visokim smičnim silama pri 11.000 rpm tijekom 1 min. Nakon toga predemulzija je sonikirana ultrazvučnim uređajem sa sondom pri amplitudi od 50% tijekom 20 min. Naposljetku je disperzija NLC-ova ohlađena u ledenoj vodenoj kupelji na sobnu temperaturu (25±1°C) kako bi se suspenzija naglo ohladila u hladnoj kupelji radi sprječavanja agregacije čestica. NLC-ovi su pohranjeni pri 4°C.
NLC-ovi napunjeni uljem biljke Zingiber zerumbet imaju veličinu izraženu u nanometrima od 80,47±1,33, stabilan indeks polidisperznosti od 0,188±2,72 i naboj zeta-potencijala od -38,9±2,11. Učinkovitost inkapsulacije pokazuje sposobnost lipidnog nosača da inkapsulira ulje biljke Zingiber zerumbet uz učinkovitost veću od 80%.
(usp. Rosli et al. 2015)

NLC-ovi napunjeni valsaratanom dobiveni sonikacijom
Valsaratan je blokator receptora angiotenzina II koji se upotrebljava u antihipertenzivnom lijeku. Valsartan ima nisku bioraspoloživost od samo približno 23% zbog slabe topljivosti u vodi. Primjena ultrazvučne metode emulgiranja taline omogućila je pripremu NLC-ova napunjenih valsaratanom sa znatno poboljšanom bioraspoloživošću.
Jednostavno, uljna otopina Val pomiješana je s određenom količinom rastaljenog lipidnog materijala pri temperaturi 10°C iznad tališta lipida. Vodena otopina površinski aktivnih tvari pripremljena je otapanjem određenih masa tvari Tween 80 i natrijeva deoksikolata. Otopina površinski aktivnih tvari zatim je zagrijana na istu temperaturu i pomiješana s uljnom lipidnom otopinom lijeka sonikacijom sondom tijekom 3 min. kako bi nastala emulzija. Nastala emulzija zatim je dispergirana u ohlađenoj vodi magnetskim miješanjem tijekom 10 min. Nastali NLC-ovi odvojeni su centrifugiranjem. Uzeti su uzorci supernatanta i analizirana je koncentracija Val primjenom validirane metode HPLC.
Ultrazvučna metoda emulgiranja taline ima niz prednosti, uključujući jednostavnost uz minimalne stresne uvjete i odsutnost toksičnih organskih otapala. Najveća postignuta učinkovitost uklapanja iznosila je 75,04%
(usp. Albekery et al. 2017)

Drugi aktivni spojevi, poput paklitaksela, klotrimazola, domperidona, puerarina i meloksikama, također su uspješno ugrađeni u nanočestice čvrstih lipida i nanostrukturirane lipidne nosače primjenom ultrazvučnih tehnika. (usp. Bahari and Hamishehkar 2016)

Sonikacija kao metoda pripreme za formuliranje nanolipidnih nosača (NLC-ova) može se primjenjivati kao tehnika hladne ili vruće homogenizacije. Ultrazvučnom homogenizacijom postiže se uska raspodjela veličine čestica, što poboljšava stabilnost NLC-ova i njihova svojstva pri skladištenju.

Ultrazvučna hladna homogenizacija

Kada se za pripremu nanostrukturiranih lipidnih nosača upotrebljava tehnika hladne homogenizacije, farmakološki aktivne molekule, odnosno lijek, otapaju se u talini lipida, a zatim se brzo hlade tekućim dušikom ili suhim ledom. Tijekom hlađenja lipidi se skrućuju. Čvrsta lipidna masa zatim se melje do veličine nanočestica. Lipidne nanočestice dispergiraju se u hladnoj otopini površinski aktivne tvari, čime se dobiva hladna predsuspenzija. Naposljetku se ta suspenzija sonicira na sobnoj temperaturi, često uz upotrebu ultrazvučnog reaktora s protočnom ćelijom.
Budući da se tvari zagrijavaju samo jednom, u prvom koraku, ultrazvučna hladna homogenizacija uglavnom se upotrebljava za formuliranje lijekova osjetljivih na toplinu. Budući da su mnoge bioaktivne molekule i farmaceutski spojevi podložni toplinskoj razgradnji, ultrazvučna hladna homogenizacija ima široku primjenu. Dodatna prednost tehnike hladne homogenizacije jest izbjegavanje vodene faze, što olakšava inkapsulaciju hidrofilnih molekula koje bi inače tijekom vruće homogenizacije mogle prijeći iz tekuće lipidne faze u vodenu fazu.

Ultrazvučna vruća homogenizacija

Kada se sonikacija upotrebljava kao tehnika vruće homogenizacije, rastaljeni lipidi i aktivni spoj (odnosno farmakološki aktivni sastojak) dispergiraju se u vrućoj površinski aktivnoj tvari uz intenzivno miješanje kako bi se dobila predemulzija. Za postupak vruće homogenizacije važno je da su obje otopine, suspenzija lipida/lijeka i površinski aktivna tvar, zagrijane na istu temperaturu (približno 5–10°C iznad tališta čvrstog lipida). U drugom koraku predemulzija se zatim obrađuje sonikacijom visokog učinka uz održavanje temperature.

Ultrazvučni uređaji visokog učinka za nanostrukturirane lipidne nosače

Snažni ultrazvučni sustavi tvrtke Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta u farmaceutskom istraživanju i razvoju te proizvodnji za izradu visokokvalitetnih nanonosača lijekova, kao što su čvrste lipidne nanočestice (SLN), nanostrukturirani lipidni nosači (NLC), nanoemulzije i nanokapsule. Kako bi zadovoljio zahtjeve svojih kupaca, Hielscher isporučuje ultrazvučne uređaje u rasponu od kompaktnog, ali snažnog ručnog laboratorijskog homogenizatora i stolnih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava za proizvodnju velikih količina farmaceutskih formulacija. Dostupan je širok raspon ultrazvučnih sonotroda i reaktora kako bi se osigurala optimalna konfiguracija za vašu proizvodnju nanostrukturiranih lipidnih nosača (NLC). Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Kako bismo svojim kupcima omogućili ispunjavanje zahtjeva dobre proizvođačke prakse (GMP) i uspostavljanje standardiziranih procesa, svi digitalni ultrazvučni uređaji opremljeni su inteligentnim softverom za precizno postavljanje parametra sonikacije, kontinuiranu kontrolu procesa i automatsko bilježenje svih važnih procesnih parametara na ugrađenu SD karticu. Visoka kvaliteta proizvoda ovisi o kontroli procesa i dosljedno visokim standardima obrade. Ultrazvučni uređaji Hielscher pomažu vam pratiti i standardizirati vaš proces!

Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano održavati tijekom rada 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: