Nanostrukturált lipid hatóanyag-hordozók ultrahangos formulálása

A nanostrukturált lipidhordozók (NLC-k) a nanoméretű hatóanyag-leadó rendszerek fejlett formáját képviselik, lipidmaggal és vízoldható héjjal rendelkeznek. Az NLC-k nagy stabilitásúak, védik az aktív biomolekulákat a lebomlástól, és elnyújtott hatóanyag-leadást biztosítanak. Az ultrahangos kezelés megbízható, hatékony és egyszerű technika hatóanyagot tartalmazó nanostrukturált lipidhordozók előállítására.

Nanostrukturált lipidhordozók ultrahangos előállítása

A nanostrukturált lipidhordozók (NLC-k) vizes közegben szilárd lipidet, folyékony lipidet és felületaktív anyagot tartalmaznak, ami jó oldhatósági és biológiai hozzáférhetőségi tulajdonságokat biztosít számukra. Az NLC-ket széles körben használják nagy biológiai hozzáférhetőségű, elnyújtott hatóanyag-leadást biztosító stabil hatóanyag-hordozó rendszerek formulálására. Az NLC-k alkalmazási köre széles, az orális beadástól a parenterális beadásig terjed, beleértve a helyi/transzdermális, a szemészeti (szembe történő) és a pulmonális beadást.
Az ultrahangos diszpergálás és emulgeálás megbízható és hatékony technika aktív vegyületeket tartalmazó nanostrukturált lipidhordozók előállítására. Az NLC-k ultrahangos előállításának jelentős előnye, hogy nem igényel szerves oldószert, nagy mennyiségű felületaktív anyagot vagy adalékvegyületeket. Az NLC-k ultrahangos formulálása viszonylag egyszerű módszer, mivel az olvadó lipidet a felületaktív anyag oldatához adják, majd ultrahangos kezelésnek vetik alá.

Példaprotokollok hatóanyaggal ultrahangosan töltött nanostrukturált lipidhordozókhoz

Dexametazont tartalmazó NLC-k ultrahangos kezeléssel
Ultrahangos kezeléssel nem toxikus, potenciálisan szemészeti alkalmazásra alkalmas NLC-rendszert állítottak elő, amely szűk méreteloszlást, nagy dexametazon-bezárási hatásfokot és jobb penetrációt eredményezett. Az NLC-rendszereket ultrahangosan állították elő egy Hielscher UP200S ultrahangos készülékkel, komponensként Compritol 888 ATO, Miglyol 812N és Cremophor RH60 felhasználásával.
A szilárd lipidet, a folyékony lipidet és a felületaktív anyagot fűthető mágneses keverővel olvasztották meg 85ºC-on. Ezután dexametazont adtak az olvadt lipidkeverékhez, és diszpergálták. A tiszta vizet 85ºC-ra melegítették, és a két fázist ultrahangos kezelésnek vetették alá (70% amplitúdón, 10 min időtartamig) a Hielscher UP200S ultrahangos homogenizátorral. Az NLC-rendszert jégfürdőben hűtötték le.
Az ultrahangosan előállított NLC-k szűk méreteloszlást, nagy DXM-bezárási hatásfokot és jobb penetrációt mutatnak.
A kutatók alacsony felületaktívanyag-koncentráció és alacsony lipidkoncentráció alkalmazását javasolják (pl. 2,5% a felületaktív anyag és 10% az összes lipid esetében), mert így a kritikus stabilitási paraméterek (Z_ave, ZP, PDI) és a hatóanyag-befogadó kapacitás (EE%) megfelelőek, miközben az emulgeálószer koncentrációja alacsony szinten maradhat.
(vö. Kiss et al. 2019)

Retinil-palmitátot tartalmazó NLC-k ultrahangos kezeléssel
A retinoid széles körben alkalmazott összetevő a ráncok bőrgyógyászati kezelésében. A retinol és a retinil-palmitát a retinoidok csoportjába tartozó két vegyület, amelyek képesek növelni az epidermisz vastagságát, és hatékony ránctalanító szerek.
Az NLC-készítményt ultrahangos kezeléssel állították elő. A készítmény 7,2% cetil-palmitátot, 4,8% olajsavat, 10% Tween 80-at, 10% glicerint és 2% retinil-palmitátot tartalmazott. A retinil-palmitátot tartalmazó NLC-k előállításához a következő lépéseket végezték el: Az olvadt lipidek keverékét 60–70°C-on összekeverik a felületaktív anyaggal, a társ-felületaktív anyaggal, a glicerinnel és az ioncserélt vízzel. Ezt a keveréket nagy nyíróerejű keverővel keverik 9800rpm fordulatszámon, 5 min időtartamig. Az előemulzió kialakulása után azt azonnal ultrahangos kezelésnek vetik alá szondás ultrahangos homogenizátorral, 2 min időtartamig. Ezután a kapott NLC-t szobahőmérsékleten tartották 24 h időtartamig. Az emulziót szobahőmérsékleten tárolták 24 h időtartamig, és megmérték a nanorészecskék méretét. Az NLC-készítmény részecskeméretei a 200–300nm tartományba estek. A kapott NLC halványsárga megjelenésű, globulusmérete 258±15,85 nm, polidiszperzitási indexe pedig 0,31±0,09. Az alábbi TEM-kép az ultrahangosan előállított, retinil-palmitátot tartalmazó NLC-ket mutatja.
(vö. Pamudji et al. 2015)

Zingiber zerumbet-tartalmú NLC-k ultrahangos kezeléssel
A nanostrukturált lipidhordozók szilárd lipid, folyékony lipid és felületaktív anyag keverékéből állnak. Kiváló hatóanyag-leadó rendszerek rossz vízoldhatóságú bioaktív anyagok beadására és biológiai hozzáférhetőségük jelentős növelésére.
A Zingiber zerumbet-tartalmú NLC-k formulálásához a következő lépéseket végezték el. 1% szilárd lipidet, azaz glicerin-monosztearátot és 4% folyékony lipidet, azaz szűz kókuszolajat összekevertek és megolvasztottak 50°C-on, hogy homogén, tiszta lipidfázist kapjanak. Ezt követően 1% Zingiber zerumbet-olajat adtak a lipidfázishoz, miközben a hőmérsékletet folyamatosan a glicerin-monosztearát olvadási hőmérséklete felett 10°C-kal tartották. A vizes fázis előállításához desztillált vizet, Tween 80-at és szójalecitint kevertek össze a megfelelő arányban. A vizes keveréket azonnal a lipidkeverékhez adták, hogy előemulziós keveréket képezzenek. Az előemulziót ezután nagy nyíróerejű homogenizátorral homogenizálták 11 000 rpm fordulatszámon, 1 min időtartamig. Ezt követően az előemulziót szondás ultrahangos készülékkel kezelték 50% amplitúdón, 20 min időtartamig. Végül az NLC-diszperziót jeges vízfürdőben szobahőmérsékletre (25±1°C) hűtötték, hogy a szuszpenziót a hideg fürdőben gyorsan lehűtve megakadályozzák a részecskék aggregációját. Az NLC-ket 4°C-on tárolták.
A Zingiber zerumbet-tartalmú NLC-k nanométerben megadott mérete 80,47±1,33, stabil polidiszperzitási indexük 0,188±2,72, zéta-potenciáljuk pedig -38,9±2,11. A kapszulázási hatásfok azt mutatja, hogy a lipidhordozó képes a Zingiber zerumbet-olajat több mint 80% hatásfokkal kapszulázni.
(vö. Rosli et al. 2015)

Valsaratan-tartalmú NLC-k ultrahangos kezeléssel
A Valsaratan egy angiotenzin-II-receptor-blokkoló, amelyet vérnyomáscsökkentő gyógyszerben alkalmaznak. A Valsartan biológiai hozzáférhetősége a rossz vízoldhatósága miatt alacsony, csupán kb. 23%. Az ultrahangos olvadékemulgeálási módszer lehetővé tette jelentősen javított biológiai hozzáférhetőségű, Valsaratan-tartalmú NLC-k előállítását.
Egyszerűen a Val olajos oldatát bizonyos mennyiségű olvadt lipidanyaggal keverték össze a lipid olvadáspontja felett 10°C-kal. Vizes felületaktívanyag-oldatot készítettek meghatározott tömegű Tween 80 és nátrium-dezoxikolát feloldásával. A felületaktívanyag-oldatot tovább melegítették ugyanarra a hőmérsékletre, majd szondás ultrahangos kezeléssel 3 min időtartamig összekeverték az olajos lipid-hatóanyag oldattal, hogy emulziót képezzenek. Ezután a képződött emulziót hűtött vízben diszpergálták mágneses keveréssel, 10 min időtartamig. A képződött NLC-ket centrifugálással választották el. A felülúszóból mintákat vettek, és validált HPLC-módszerrel elemezték a Val koncentrációját.
Az ultrahangos olvadékemulgeálási módszer számos előnnyel rendelkezik, többek között egyszerű, minimális terhelő körülményekkel jár, és nem igényel toxikus szerves oldószereket. Az elért maximális bezárási hatásfok 75,04% volt.
(vö. Albekery et al. 2017)

Más aktív vegyületeket, például paklitaxelt, klotrimazolt, domperidont, puerarint és meloxikámot is sikeresen építettek be szilárd lipid nanorészecskékbe és nanostrukturált lipidhordozókba ultrahangos technikák alkalmazásával. (vö. Bahari and Hamishehkar 2016)

Az ultrahangos kezelés a nanoméretű lipidhordozók (NLC-k) formulálásának előállítási módszereként hideg vagy meleg homogenizálási technikaként alkalmazható. Az ultrahangos homogenizálás szűk részecskeméret-eloszlást eredményez, ami javítja az NLC-k stabilitását és tárolási tulajdonságait.

Ultrahangos hideg homogenizálás

Amikor nanostrukturált lipidhordozók előállításához hideg homogenizálási technikát alkalmaznak, a farmakológiailag aktív molekulákat, azaz a hatóanyagot feloldják a lipidolvadékban, majd folyékony nitrogénnel vagy szárazjéggel gyorsan lehűtik. A hűtés során a lipidek megszilárdulnak. A szilárd lipidmasszát ezután nanorészecske-méretűre őrlik. A lipid nanorészecskéket hideg felületaktívanyag-oldatban diszpergálják, így hideg előszuszpenziót kapnak. Végül ezt a szuszpenziót szobahőmérsékleten ultrahangos kezelésnek vetik alá, gyakran ultrahangos átfolyó cellás reaktor alkalmazásával.
Mivel az anyagokat csak egyszer, az első lépésben melegítik fel, az ultrahangos hideg homogenizálást főként hőérzékeny hatóanyagok formulálására használják. Mivel számos bioaktív molekula és gyógyszerészeti vegyület hajlamos a hő hatására történő lebomlásra, az ultrahangos hideg homogenizálás széles körben alkalmazott eljárás. A hideg homogenizálási technika további előnye a vizes fázis elkerülése, ami megkönnyíti a hidrofil molekulák kapszulázását, amelyek egyébként a meleg homogenizálás során a folyékony lipidfázisból a vizes fázisba kerülhetnének.

Ultrahangos meleg homogenizálás

Amikor az ultrahangos kezelést meleg homogenizálási technikaként alkalmazzák, az olvadt lipideket és az aktív vegyületet (azaz a farmakológiailag aktív hatóanyagot) intenzív keverés mellett forró felületaktív anyagban diszpergálják, hogy előemulziót kapjanak. A meleg homogenizálási eljárás során fontos, hogy mindkét oldatot, a lipid-hatóanyag szuszpenziót és a felületaktív anyagot ugyanarra a hőmérsékletre melegítsék (kb. 5–10°C-kal a szilárd lipid olvadáspontja fölé). A második lépésben az előemulziót nagy teljesítményű ultrahangos kezelésnek vetik alá a hőmérséklet fenntartása mellett.

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek nanostrukturált lipidhordozókhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereit világszerte alkalmazzák a gyógyszerészeti kutatás-fejlesztésben és gyártásban kiváló minőségű nanoméretű hatóanyag-hordozók, például szilárd lipid nanorészecskék (SLN-ek), nanostrukturált lipidhordozók (NLC-k), nanoemulziók és nanokapszulák előállítására. Ügyfelei igényeinek kielégítésére a Hielscher a kompakt, mégis nagy teljesítményű kézi laboratóriumi homogenizátortól és az asztali ultrahangos készülékektől a gyógyszerészeti készítmények nagy volumenű gyártására szolgáló, teljesen ipari ultrahangos rendszerekig kínál ultrahangos készülékeket. Ultrahangos szonotródák és reaktorok széles választéka áll rendelkezésre, hogy optimális összeállítást biztosítson a nanostrukturált lipidhordozók (NLC-k) gyártásához. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy igénybevétel mellett és nagy követelményeket támasztó környezetben.
Annak érdekében, hogy ügyfeleink megfelelhessenek a helyes gyártási gyakorlatnak (GMP), és szabványosított folyamatokat alakíthassanak ki, minden digitális ultrahangos készülék intelligens szoftverrel rendelkezik az ultrahangos kezelési paraméter pontos beállításához, a folyamatos folyamatirányításhoz és az összes fontos folyamatparaméter beépített SD-kártyára történő automatikus rögzítéséhez. A magas termékminőség a folyamatirányítástól és a folyamatosan magas feldolgozási színvonaltól függ. A Hielscher ultrahangos készülékei segítenek a folyamat felügyeletében és szabványosításában!

A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai igen nagy amplitúdók biztosítására képesek. Akár 200µm amplitúdó is könnyen fenntartható folyamatosan, 24/7 üzemelés során. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi kialakítású ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy igénybevétel mellett és nagy követelményeket támasztó környezetben.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: