Ultrazvučno formuliranje niosoma
Niosomi su vezikule nanometarske veličine koje se mogu upotrebljavati kao nosači lijekova (npr. lijekova protiv raka) i drugih bioaktivnih tvari. Ultrazvučno emulgiranje jednostavna je i brza metoda za formuliranje malih niosoma s visokim sadržajem lijeka.
Niosomske vezikule kao nanonosači aktivnih sastojaka
Niosom je vezikula na bazi neionskih površinski aktivnih tvari, koja uglavnom nastaje ugradnjom neionske površinski aktivne tvari i kolesterola kao pomoćne tvari. Niosomi su otporniji na kemijsku razgradnju ili oksidaciju i imaju dulje vrijeme skladištenja u usporedbi s liposomima. Zbog površinski aktivnih tvari koje se upotrebljavaju za njihovu pripremu, niosomi su biorazgradivi, biokompatibilni i neimunogeni. Niosomi su osmotski aktivni, kemijski stabilni i omogućuju dulje vrijeme skladištenja u usporedbi s liposomima. Ovisno o veličini i broju lamela, dostupne su različite metode pripreme, kao što su sonikacija, isparavanje u obrnutoj fazi, hidratacija tankog filma ili postupak unosa lijeka pomoću transmembranskog gradijenta pH. Ultrazvučna priprema niosoma preferirana je tehnika za proizvodnju jednoslojnih vezikula koje su male i ujednačene veličine.
Ultrazvučno formuliranje niosoma
Za formuliranje niosoma potrebno je pripremiti emulziju ulja u vodi (o/w) iz organske otopine površinski aktivne tvari, kolesterola i vodene otopine koja sadržava bioaktivni spoj, odnosno lijek. Ultrazvučno emulgiranje nadmoćna je tehnika za miješanje tekućina koje se međusobno ne miješaju, poput ulja i vode. Djelovanjem smičnih sila na kapljice obiju faza i njihovim usitnjavanjem na nanometarsku veličinu dobiva se nanoemulzija. Zatim se organsko otapalo uklanja isparavanjem, čime nastaju niosomi s uklopljenim terapijskim sredstvima, dispergirani u vodenoj fazi. U usporedbi s mehaničkim miješanjem, tehnika ultrazvučnog formuliranja niosoma ističe se stvaranjem niosoma manje prosječne veličine i nižeg indeksa polidisperznosti u brzom postupku. Upotreba manjih vezikula općenito je poželjnija jer one obično bolje izbjegavaju mehanizme uklanjanja iz organizma od većih čestica te dulje ostaju u krvotoku. (usp. Bragagni et al. 2014)
Pročitajte više o sonikaciji za poboljšane formulacije niosoma!
- jednoslojne, male vezikule ujednačene veličine
- jednostavan i brz postupak
- ponovljiv
- precizno upravljiv
- siguran
- lako prilagodljiv većem mjerilu
Protokoli ultrazvučne pripreme niosoma
Formuliranje niosoma sonikacijom opsežno je istraženo, pa su dostupni brojni znanstveno potvrđeni protokoli za ultrazvučnu proizvodnju niosoma.
U nastavku možete pronaći kratak pregled nekoliko protokola formuliranja za pripremu niosoma i uklapanje tvari u njih pomoću sonikacije.
Niosomi s uklopljenim ekstraktima biljke Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formulirali su sirovi ekstrakt biljke Withania somnifera u niosome namijenjene topikalnoj primjeni. Bioaktivni spojevi inkapsulirani su ubrizgavanjem otapala. U tu su svrhu organska i vodena faza kontinuirano miješane magnetskom miješalicom, a temperatura je održavana na 60°C ± 2°C dok organsko otapalo nije uklonjeno. Dobivena formulacija ohlađena je i sonicirana na ledu pomoću sonikatora Hielscher UP200ST. Niosomi su imali prosječnu veličinu od približno 165,9 ± 9,4 i pokazali su visoku učinkovitost uklapanja (EE%) vitanolida A.
Niosomi s uklopljenim doksorubicinom
Niosomi N-palmitoil glukozamina (Glu) s uklopljenim doksorubicinom, lijekom protiv raka, pripremljeni su potresanjem smjese NPG-a (16 mg), Span 60 (65 mg), kolesterola (58 mg) i Solulan C24 (54 mg) u otopini doksorubicina (1,5 mg/ml, 2 ml, pripremljenoj u PBS-u) na 90°C tijekom 1 h, nakon čega je slijedila sonikacija sondom tijekom 10 min (75% maksimuma).
Vezikule palmitoil glikol kitozana (GCP) pripremljene su kako je prethodno opisano (11), sonikacijom glikol kitozana (10 mg) i kolesterola (4 mg) sondom u otopini doksorubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – ultrazvučni uređaj od 400W za formuliranje nanonosača poput niosoma
Alternativne metode pripreme niosoma
Alternativne metode formuliranja niosoma, poput tehnike isparavanja u obrnutoj fazi ili postupka unosa lijeka pomoću transmembranskog gradijenta pH, uključuju primjenu ultrazvučne energije. Obje se tehnike uglavnom upotrebljavaju za formuliranje multilamelarnih vezikula (MLV). U nastavku možete pronaći kratak opis obiju tehnika i pripadajućeg koraka sonikacije.
Sonikacija pri pripremi niosoma isparavanjem u obrnutoj fazi
U metodi isparavanja u obrnutoj fazi (REV) komponente niosomske formulacije otapaju se u smjesi etera i kloroforma te dodaju u vodenu fazu koja sadržava lijek. Ultrazvučna emulgacija upotrebljava se za pretvaranje smjese u emulziju sa sitnim kapljicama. Zatim se organska faza isparava. Niosomi dobiveni tijekom isparavanja organskog otapala velike su unilamelarne vezikule.
Postupak unosa lijeka pomoću transmembranskog gradijenta pH
Za postupak unosa lijeka pomoću transmembranskog gradijenta pH (s kiselom unutrašnjošću) (uz udaljeno punjenje), površinski aktivna tvar i kolesterol otapaju se u kloroformu. Otapalo se zatim isparava pod vakuumom kako bi se na stijenci tikvice s okruglim dnom dobio tanki film. Film se hidratizira s 300 mM limunskom kiselinom (pH 4,0) uz vrtložno miješanje suspenzije. Multilamelarne vezikule zamrzavaju se i odmrzavaju tri puta, a zatim soniciraju ultrazvučnim uređajem sa sondom. Ovoj se niosomskoj suspenziji dodaje vodena otopina koja sadržava 10 mg/ml lijeka te se provodi vrtložno miješanje. Zatim se pH uzorka povisuje na pH 7,0–7,2 s pomoću 1M dinatrijeva fosfata. Smjesa se potom zagrijava na 60°C tijekom 10 minuta. Ovom se tehnikom dobivaju multilamelarne vezikule. (usp. Kazi et al. 2010)
Ultrazvučno smanjenje veličine niosoma
Niosomi su obično u rasponu veličina od 10nm do 1000nm. Ovisno o tehnici pripreme, niosomi su često razmjerno veliki i skloni stvaranju agregata. Međutim, određene veličine niosoma važan su čimbenik za predviđenu vrstu sustava za dostavu lijeka. Primjerice, vrlo mala veličina niosoma u nanometarskom rasponu najprikladnija je za sustavnu dostavu lijeka, pri kojoj se lijek mora prenijeti kroz stanične membrane kako bi dospio do ciljnog mjesta u stanici, dok se veći niosomi preporučuju za intramuskularnu dostavu lijeka i dostavu u tjelesne šupljine ili za oftalmološke primjene. Ultrazvučno smanjenje veličine niosoma uobičajen je korak tijekom pripreme visoko potentnih niosoma. Ultrazvučne smične sile deaglomeriraju i dispergiraju niosome u monodisperzne nanoniosome.
Protokol – Ultrazvučno smanjenje veličine LipoNiosomes
Naderinezhad et al. (2017) formulirali su biokompatibilne LipoNiosomes (kombinaciju niosoma i liposoma) koji sadržavaju Tween 60: kolesterol: DPPC (u omjeru 55 : 30 : 15 : 3) s 3% DSPE-mPEG. Kako bi smanjili veličinu pripremljenih LipoNiosomes, nakon hidratacije sonicirali su suspenziju tijekom 45 min (15 sekundi uključeno i 10 sekundi isključeno, amplituda 70% pri 100 vata) radi smanjenja agregacije čestica na najmanju moguću mjeru, koristeći ultrazvučni homogenizator UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Njemačka). Za metodu s gradijentom pH osušeni filmovi CUR-a, površinski aktivnih tvari i lipida hidratizirani su s 1300 mL amonijeva sulfata (pH 1⁄4 4) pri 63 C tijekom 47 min. Zatim su nanočestice sonicirane nad ledenom kupelji kako bi se dobile male vezikule.
Ultrazvučni uređaji za pripremu niosoma
Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u projektiranju, proizvodnji, distribuciji i servisiranju ultrazvučnih homogenizatora visokih performansi za farmaceutsku, prehrambenu i kozmetičku industriju.
Priprema visokokvalitetnih niosoma, liposoma, čvrstih lipidnih nanočestica, polimernih nanočestica, ciklodekstrinskih kompleksa i drugih nanostrukturiranih nosača lijekova procesi su u kojima se Hielscher sonikatori ističu zahvaljujući visokoj pouzdanosti, postojanoj izlaznoj snazi i mogućnosti preciznog upravljanja. Hielscher ultrazvučni uređaji omogućuju precizno upravljanje svim procesnim parametrima, kao što su amplituda, temperatura, tlak i energija sonikacije. Inteligentni softver automatski bilježi sve parametre sonikacije (vrijeme, datum, amplitudu, neto energiju, ukupnu energiju, temperaturu, tlak) na ugrađenu SD karticu.
Robusnost Hielscher sonikatora omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage za rad od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.
Literatura/Reference
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
Korisne činjenice
Niosomi i liposomi
Liposomi i niosomi mikroskopske su vezikule koje se mogu napuniti bioaktivnim spojevima za isporuku lijekova. Niosomi su slični liposomima, ali se razlikuju po sastavu dvosloja. Dok liposomi imaju fosfolipidni dvosloj, dvosloj niosoma sastoji se od neionskih površinski aktivnih tvari, što dovodi do kemijske razlike u strukturnim jedinicama. Ta strukturna razlika niosomima daje veću kemijsku stabilnost, bolju sposobnost prodiranja kroz kožu i manje nečistoća.
Niosomi se prema veličini dijele u tri glavne skupine: male unilamelarne vezikule (SUV) imaju prosječni promjer od 10–100 nm, velike unilamelarne vezikule (LUV) imaju prosječnu veličinu od 100–3000nm, a multilamelarne vezikule (MLV) karakterizira više od jednog dvosloja.
“Niosomi se in vivo ponašaju poput liposoma, produljujući cirkulaciju uklopljenog lijeka te mijenjajući njegovu raspodjelu u organima i metaboličku stabilnost. Kao i kod liposoma, svojstva niosoma ovise o sastavu dvosloja i o metodi njihove proizvodnje. Prema izvješćima, interkalacija kolesterola u dvoslojeve smanjuje volumen uklapanja tijekom formuliranja, a time i učinkovitost uklapanja.” (Kazi et al. 2010)
Niosomi se mogu pripremiti različitim tehnikama, kao što su tehnika hidratacije tankog filma, ultrazvučna obrada, metoda isparavanja reverzne faze, metoda zamrzavanja i odmrzavanja, mikrofluidizacija ili metoda dehidracije i rehidracije. Odabirom odgovarajućeg načina pripreme, površinski aktivne tvari, udjela kolesterola, dodataka za površinski naboj i koncentracije suspenzije mogu se podesiti sastav, lamelarnost, stabilnost i površinski naboj niosoma kako bi se ispunili specifični zahtjevi za nosače lijekova.
Kako bi se proizveli visokobiokompatibilni niosomi s vrlo niskom citotoksičnošću, površinski aktivne tvari koje se upotrebljavaju u pripremi niosoma trebale bi biti biorazgradive, biokompatibilne i neimunogene.