Ultrazvučna obrada nanočestica za lijekove

Sonikatori imaju ključnu ulogu u farmaceutskim istraživanjima i proizvodnji pružajući snažna i kontrolirana sredstva za postizanje smanjenja veličine čestica, razbijanja stanica i homogenizacije. Sonikatori koriste ultrazvučne valove za stvaranje kavitacije, što rezultira stvaranjem i kolapsom mikroskopskih mjehurića. Ovaj fenomen stvara intenzivne sile smicanja i udarne valove, učinkovito razbijajući čestice ili ometajući stanice.

Evo nekih ključnih aspekata upotrebe sonikatora u farmaceutskoj primjeni:

• Smanjenje veličine čestica: Sonikatori se koriste za smanjenje veličine čestica aktivnih farmaceutskih sastojaka (API) ili drugih spojeva. Mala i ujednačena veličina čestica ključna je za povećanje bioraspoloživosti, brzine otapanja i ukupne učinkovitosti farmaceutskih formulacija.
• Poremećaj stanica: U biofarmaceutskim istraživanjima, sonikatori se koriste za razbijanje stanica kako bi se oslobodile unutarstanične komponente. Ovo je osobito važno za ekstrakciju proteina, enzima i drugih biomolekula iz mikrobnih stanica ili kultiviranih stanica sisavaca.
• Homogenizacija: Homogenizacija farmaceutskih formulacija neophodna je za osiguranje jednolike raspodjele sastojaka. Sonikatori pomažu u postizanju homogenosti razbijanjem aglomerata i ravnomjernim raspršivanjem komponenti.
• Nanoemulzija i stvaranje liposoma: Sonikacija se koristi za stvaranje stabilnih nanoemulzija i liposoma u farmaceutskim formulacijama. Ovi sustavi za isporuku nanomjera koriste se za isporuku lijeka kako bi se povećala topljivost i bioraspoloživost.
• Kontrola kvalitete i optimizacija procesa: Sonikacija je vrijedan alat za kontrolu kvalitete u farmaceutskoj proizvodnji. Pomaže u optimiziranju procesa osiguravajući dosljednu distribuciju veličine čestica i homogenost, pridonoseći ponovljivosti od serije do serije.
• Formulacija i razvoj lijekova: Tijekom formulacije i razvoja lijeka, sonikatori se koriste za pripremu stabilnih suspenzija, emulzija ili disperzija. Ovo je ključno za dizajniranje farmaceutskih proizvoda sa željenim fizičkim i kemijskim svojstvima.

Nanomaterijali u farmaceutici

Ultrazvučne tehnologije igraju ključnu ulogu u pripremi, obradi i funkcionalizaciji nanomaterijala u farmaceutskom istraživanju i proizvodnji. Intenzivni učinci ultrazvuka velike snage, uključujući akustičnu kavitaciju, doprinose razbijanju aglomerata, raspršivanju čestica i emulgiranju nano-kapljica. Hielscherovi visokoučinkoviti sonikatori pružaju pouzdano i učinkovito rješenje za farmaceutske standarde, osiguravajući sigurnu proizvodnju i olakšavajući povećanje bez dodatnih napora optimizacije.

Obrada nanomaterijala

Nanomaterijali, posebice nanočestice, revolucionirali su isporuku lijekova u farmaceutskim proizvodima, nudeći dokazanu metodu za davanje aktivnih tvari oralno ili putem injekcije. Ova tehnologija poboljšava učinkovitost doziranja i isporuke lijekova, otvarajući nove puteve za medicinske tretmane. Sposobnost isporuke lijekova, topline ili drugih aktivnih tvari izravno specifičnim stanicama, posebice bolesnim stanicama, označava značajan napredak.

U terapiji raka, nano-formulirani lijekovi pokazali su obećavajuće rezultate, iskorištavajući prednost čestica nano-veličine za isporuku visokih doza lijeka izravno u tumorske stanice, maksimizirajući terapijske učinke dok minimaliziraju nuspojave na druge organe. Veličina nanomjera omogućuje tim česticama prolaz kroz stanične stijenke i membrane, oslobađajući aktivne tvari točno na ciljanim stanicama.

Obrada nanomaterijala, definiranih kao čestice dimenzija manjih od 100 nm, predstavlja izazove koji zahtijevaju veće napore. Ultrazvučna kavitacija pojavljuje se kao dobro uspostavljena tehnologija za deaglomeraciju i raspršivanje nanomaterijala. Ugljične nanocijevi (CNT), posebno ugljikove nanocijevi s više stijenki (MWCNT) i ugljikove nanocijevi s jednom stijenkom (SWCNT), pokazuju jedinstvena svojstva, nudeći veliki unutarnji volumen za kapsuliranje molekula lijeka i različite površine za funkcionalizaciju.
 

Sonokemijska proizvodnja SWCNT-a. Prašak silicijevog dioksida u otopini smjese ferocen-ksilen sonikiran je 20 minuta. na sobnoj temperaturi i pod tlakom okoline. Sonikacija proizvodi SWCNTS visoke čistoće na površini silicijevog praha. (Jeong et al. 2004.)

Funkcionalizirane ugljikove nanocijevi (f-CNT) igraju ključnu ulogu u povećanju topljivosti, omogućujući učinkovito ciljanje tumora i izbjegavajući citotoksičnost. Ultrazvučne tehnike olakšavaju njihovu proizvodnju i funkcionalizaciju, kao što je sonokemijska metoda za SWCNT visoke čistoće. Štoviše, f-CNT mogu poslužiti kao sustavi za isporuku cjepiva, povezujući antigene s ugljikovim nanocjevčicama kako bi inducirali specifične reakcije antitijela.
Keramičke nanočestice dobivene od silicijevog dioksida, titanija ili glinice imaju porozne površine, što ih čini idealnim nosačima lijekova. Ultrazvučna sinteza i taloženje nanočestica, korištenjem sonokemije, pružaju pristup odozdo prema gore za pripremu spojeva nanoveličine. Proces poboljšava prijenos mase, što rezultira manjim veličinama čestica i većom ujednačenošću

Ultrazvučna sinteza i taloženje nanočestica

Ultrasonication igra vitalnu ulogu u funkcionalizaciji nanočestica. Tehnika učinkovito razbija granične slojeve oko čestica, dopuštajući novim funkcionalnim skupinama da dođu do površine čestica. Na primjer, ultrazvučna funkcionalizacija ugljičnih nanocijevi s jednom stijenkom (SWCNT) s fragmentima PL-PEG ometa nespecifični unos stanica dok promiče specifični unos stanica za ciljane primjene.

Kako bi se dobile nanočestice sa specifičnim karakteristikama i funkcijama, potrebno je modificirati površinu čestica. Razni nanosustavi kao što su polimerne nanočestice, liposomi, dendrimeri, ugljikove nanocijevi, kvantne točke itd. mogu se uspješno funkcionalizirati za učinkovitu upotrebu u farmaciji.

Praktični primjer ultrazvučne funkcionalizacije čestica:

Ultrazvučna funkcionalizacija SWCNT pomoću PL-PEG: Zeineldin et al. (2009.) pokazali su da disperzija ugljikovih nanocijevi s jednom stijenkom (SWNT) ultrazvučnom obradom s fosfolipid-polietilen glikolom (PL-PEG) fragmentira, na taj način ometajući njihovu sposobnost blokiranja nespecifičnog unosa u stanice. Međutim, nefragmentirani PL-PEG potiče specifično stanično preuzimanje ciljanih SWNT-ova na dvije različite klase receptora koje eksprimiraju stanice raka. Ultrazvučna obrada u prisutnosti PL-PEG-a uobičajena je metoda koja se koristi za raspršivanje ili funkcionalizaciju ugljikovih nanocijevi, a cjelovitost PEG-a važna je za promicanje specifičnog staničnog unosa nanocijevi funkcionaliziranih ligandom. Budući da je fragmentacija vjerojatna posljedica ultrazvučne obrade, tehnike koja se obično koristi za raspršivanje SWNT-ova, to bi moglo biti problem za određene primjene kao što je isporuka lijekova.
 

Ultrazvučna disperzija SWCNT-a s PL-PEG (Zeineldin et al., 2009.)

Ultrazvučno stvaranje liposoma

Još jedna uspješna primjena ultrazvuka je priprema liposoma i nano-liposoma. Sustavi za isporuku lijekova i gena temeljeni na liposomima igraju značajnu ulogu u mnogostrukim terapijama, ali iu kozmetici i prehrani. Liposomi su dobri nosači, budući da se aktivni agensi topljivi u vodi mogu staviti u vodeni centar liposoma ili, ako je agens topiv u mastima, u lipidni sloj. Liposomi se mogu formirati uz pomoć ultrazvuka. Osnovni materijal za pripremu liposoma su amfilne molekule izvedene ili temeljene na lipidima biološke membrane. Za formiranje malih unilamelarnih vezikula (SUV), lipidna disperzija se nježno sonicira – npr. s ručnim ultrazvučnim uređajem UP50H (50W, 30kHz), VialTweeterom ili ultrazvučnim rogom za šalice. Trajanje takvog ultrazvučnog tretmana traje cca. 5 – 15 minuta. Druga metoda za proizvodnju malih jednoslojnih vezikula je sonikacija liposoma višelamelarnih vezikula.
Dinu-Pirvu i sur. (2010.) izvješćuje o dobivanju transferosoma sonikacijom MLV-a na sobnoj temperaturi.
Hielscher Ultrasonics nudi razne ultrazvučne uređaje, sonotrode i pribor kako bi zadovoljio zahtjeve svih vrsta procesa.
Pročitajte više o ultrazvučno ekstrahiranom i inkapsuliranom ekstraktu Aloe vere!

Ultrazvučna inkapsulacija agenasa u liposome

Liposomi djeluju kao prijenosnici aktivnih tvari. Ultrazvuk je učinkovit alat za pripremu i oblikovanje liposoma za hvatanje aktivnih tvari. Prije inkapsulacije, liposomi imaju tendenciju formiranja klastera zbog interakcije površinskog naboja i naboja polarnih glava fosfolipida (Míckova et al. 2008), štoviše, moraju se otvoriti. Kao primjer, Zhu et al. (2003) opisuju inkapsulaciju biotinskog praha u liposome ultrazvučnom obradom. Budući da je biotin u prahu dodan u otopinu suspenzije vezikula, otopina je sonicirana cca. 1 sat. Nakon ovog tretmana, biotin je zarobljen u liposomima.

Liposomske emulzije

Kako bi se pojačao njegujući učinak hidratantnih krema ili krema protiv starenja, losiona, gelova i drugih kozmeceutskih pripravaka, liposomskim disperzijama se dodaje emulgator za stabilizaciju većih količina lipida. Ali istraživanja su pokazala da je sposobnost liposoma općenito ograničena. Uz dodatak emulgatora, ovaj učinak će se pojaviti ranije, a dodatni emulgatori uzrokuju slabljenje afiniteta fosfatidilkolina prema barijeri. Nanočestice – sastavljeni od fosfatidilkolina i lipida – odgovor su na ovaj problem. Ove nanočestice formiraju kapljice ulja koje su prekrivene monoslojem fosfatidilkolina. Korištenje nanočestica omogućuje formulacije koje su sposobne apsorbirati više lipida i ostati stabilne, tako da dodatni emulgatori nisu potrebni.
Ultrasonication je dokazana metoda za proizvodnju nanoemulzija i nanodisperzija. Visoko intenzivan ultrazvuk daje snagu potrebnu za raspršivanje tekuće faze (dispergirana faza) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U zoni raspršivanja, implodirajući kavitacijski mjehurići uzrokuju intenzivne udarne valove u okolnoj tekućini i rezultiraju stvaranjem mlaznica tekućine velike brzine tekućine. Kako bi se novonastale kapljice disperzne faze stabilizirale od koalescencije, u emulziju se dodaju emulgatori (površinski aktivne tvari, tenzidi) i stabilizatori. Kako koalescencija kapljica nakon razbijanja utječe na konačnu raspodjelu veličine kapljica, koriste se učinkovito stabilizirajući emulgatori za održavanje konačne raspodjele veličine kapljice na razini koja je jednaka raspodjeli odmah nakon razbijanja kapljica u zoni ultrazvučnog raspršivanja.

liposomske disperzije

Liposomske disperzije, koje se temelje na nezasićenom fosfatidilkloru, nemaju stabilnost protiv oksidacije. Stabilizacija disperzije može se postići antioksidansima, kao što je kompleks vitamina C i E.
Ortan i sur. (2002) su u svojoj studiji o ultrazvučnoj pripremi eteričnog ulja Anethum graveolens u liposomima postigli dobre rezultate. Nakon sonikacije, dimenzija liposoma bila je između 70-150 nm, a za MLV između 230-475 nm; te su vrijednosti bile približno konstantne i nakon 2 mjeseca, ali su se povećale nakon 12 mjeseci, posebno u SUV disperziji (vidi histograme u nastavku). Mjerenje stabilnosti, u vezi s gubitkom eteričnog ulja i raspodjelom veličine, također je pokazalo da liposomske disperzije održavaju sadržaj hlapljivog ulja. To sugerira da je zarobljavanje eteričnog ulja u liposomima povećalo stabilnost ulja.
 

Stabilnost MLV i SUV disperzija nakon 1 godine. Liposomske formulacije pohranjene su na 4±1 ºC.
(Studija i grafički prikaz: ©Ortan et al., 2009.):

 
Kliknite ovdje da pročitate više o ultrazvučnoj pripremi liposoma!

Sonikatori visokih performansi za farmaceutska istraživanja i proizvodnju

Hielscher Ultrasonics vaš je najbolji dobavljač visokokvalitetnih sonikatora visokih performansi za istraživanje i proizvodnju lijekova. Uređaji u rasponu od 50 W do 16.000 W omogućuju pronalaženje pravog ultrazvučnog procesora za svaki volumen i svaki proces. Zbog svojih visokih performansi, pouzdanosti, robusnosti i jednostavnog rada, ultrazvučna obrada je bitna tehnika za pripremu i obradu nanomaterijala. Opremljeni sa CIP (clean-in-place) i SIP (sterilize-in-place), Hielscher sonikatori jamče sigurnu i učinkovitu proizvodnju u skladu s farmaceutskim standardima. Svi specifični ultrazvučni procesi mogu se lako testirati u laboratoriju ili na stolnoj vagi. Rezultati ovih ispitivanja su potpuno ponovljivi, tako da je sljedeće povećanje linearno i lako se može napraviti bez dodatnih napora u pogledu optimizacije procesa.

Hielscher Sonicators: dizajn, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj

Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Literatura/Reference