Nioszómák ultrahangos formulálása
A nioszómák nanoméretű vezikulák, amelyek gyógyszerek (pl. daganatellenes gyógyszerek) és más bioaktív anyagok hordozóiként használhatók. Az ultrahangos emulgeálás egyszerű és gyors módszer nagy gyógyszertartalmú, kisméretű nioszómák formulálására.
Nioszómavezikulák mint hatóanyagok nanohordozói
A nioszóma nemionos felületaktív anyagon alapuló vezikula, amelyet többnyire nemionos felületaktív anyagból, koleszterin segédanyagként történő beépítésével állítanak elő. A nioszómák a liposzómákhoz képest ellenállóbbak a kémiai lebomlással vagy oxidációval szemben, és hosszú ideig tárolhatók. Az előállításukhoz használt felületaktív anyagoknak köszönhetően biológiailag lebonthatók, biokompatibilisek és nem immunogének. A nioszómák ozmotikusan aktívak, kémiailag stabilak, és a liposzómákhoz képest hosszabb ideig tárolhatók. Méretüktől és lamellaritásuktól függően különféle előállítási módszerek állnak rendelkezésre, például az ultrahangos kezelés, a fordított fázisú bepárlás, a vékonyréteg-hidratálás vagy a transzmembrán pH-gradiensen alapuló gyógyszerfelvételi eljárás. A nioszómák ultrahangos előállítása az előnyben részesített technika kisméretű, egyenletes méretű unilamelláris vezikulák előállítására.
Nioszómák ultrahangos formulálása
Nioszómák formulálásához olaj-a-vízben (o/w) emulziót kell készíteni a felületaktív anyag és a koleszterin szerves oldatából, valamint a bioaktív vegyületet, azaz a gyógyszert tartalmazó vizes oldatból. Az ultrahangos emulgeálás kiválóbb technika egymással nem elegyedő folyadékok, például olaj és víz keverésére. Mindkét fázis cseppjeinek nyírásával és nanoméretűre aprításával nanoemulzió keletkezik. Ezt követően a szerves oldószert elpárologtatják, így terápiás hatóanyagokkal töltött, a vizes fázisban diszpergált nioszómák keletkeznek. A mechanikus keveréshez képest az ultrahangos nioszómaformulálási technika azzal tűnik ki, hogy gyors eljárás során kisebb átlagos méretű és alacsonyabb polidiszperzitási indexű nioszómákat hoz létre. Általában előnyösebb kisebb vezikulákat használni, mivel ezek jellemzően jobban elkerülik a szervezet kiürítési mechanizmusait, mint a nagyobb részecskék, és hosszabb ideig maradnak a véráramban. (vö. Bragagni et al. 2014)
Olvasson többet a nioszómakészítmények javítását szolgáló ultrahangos kezelésről!
- unilamelláris, kisméretű, egyenletes méretű vezikulák
- egyszerű és gyors eljárás
- reprodukálható
- pontosan szabályozható
- biztonságos
- könnyen méretnövelhető
A nioszómák ultrahangos előállításának protokolljai
A nioszómák ultrahangos kezeléssel történő formulálását széles körben kutatták, így számos tudományosan validált protokoll áll rendelkezésre a nioszómák ultrahangos előállításához.
Az alábbiakban rövid áttekintést talál néhány olyan formulálási protokollról, amelyekben a nioszómák előállításához és hatóanyaggal való töltéséhez ultrahangos kezelést alkalmaznak.
Withania somnifera-kivonatokkal töltött nioszómák
Chinembiri et al. (2017) a Withania somnifera nyers kivonatát helyi alkalmazásra szánt nioszómákba formulálták. A bioaktív vegyületeket oldószer-injektálással kapszulázták be. Ehhez a szerves és a vizes fázist folyamatosan mágnesesen keverték, és a hőmérsékletet 60°C ± 2°C értéken tartották, amíg a szerves oldószert el nem távolították. A kapott készítményt lehűtötték, és jégen ultrahangos kezelésnek vetették alá a Hielscher UP200ST ultrahangos készülékkel. A nioszómák átlagos mérete kb. 165,9 ± 9,4 volt, és a withanolid A esetében nagy bezárási hatékonyságot (EE%) mutattak.
Doxorubicinnel töltött nioszómák
A doxorubicin daganatellenes gyógyszerrel töltött N-palmitoil-glükózamin-nioszómákat (Glu) úgy készítették el, hogy NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), koleszterin (58 mg) és Solulan C24 (54 mg) keverékét doxorubicinoldatban (1,5 mg/ml, 2 ml, PBS-ben készítve) 90°C hőmérsékleten 1 h időtartamig rázatták, majd 10 min időtartamú szondás ultrahangos kezelést alkalmaztak (a maximum 75%-án).
A palmitoil-glikol-kitozán (GCP) vezikulákat a korábban leírtak szerint (11) készítették el, glikol-kitozán (10 mg) és koleszterin (4 mg) doxorubicinoldatban (1,5 mg/ml) végzett szondás ultrahangos kezelésével. (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400W teljesítményű ultrahangos készülék nanohordozók, például nioszómák formulálásához
Alternatív nioszóma-előállítási módszerek
Az alternatív nioszómaformulálási módszerek, például a fordított fázisú bepárlási technika vagy a transzmembrán pH-gradiensen alapuló gyógyszerfelvételi eljárás ultrahangos energia alkalmazását is magukban foglalják. Mindkét technikát elsősorban multilamelláris vezikulák (MLV-k) formulálására használják. Az alábbiakban mindkét technikáról és a hozzájuk tartozó ultrahangos kezelési lépésről rövid leírást talál.
Ultrahangos kezelés a nioszómák fordított fázisú bepárlással történő előállítása során
A fordított fázisú bepárlás (REV) módszerénél a nioszómakészítmény összetevőit éter és kloroform keverékében oldják fel, majd hozzáadják a gyógyszert tartalmazó vizes fázishoz. A keveréket ultrahangos emulgeálással finom cseppméretű emulzióvá alakítják. Ezt követően a szerves fázist elpárologtatják. A szerves oldószer elpárologtatása során kapott nioszómák nagyméretű unilamelláris vezikulák.
Transzmembrán pH-gradiensen alapuló gyógyszerfelvételi eljárás
A transzmembrán pH-gradiensen alapuló (belül savas), távoli töltést alkalmazó gyógyszerfelvételi eljáráshoz a felületaktív anyagot és a koleszterint kloroformban oldják fel. Ezután az oldószert vákuumban elpárologtatják, így vékony réteg keletkezik a gömblombik falán. A réteget 300 mM citromsavval (pH 4,0) hidratálják, a szuszpenzió vortexkeverésével. A multilamelláris vezikulákat háromszor lefagyasztják és felolvasztják, majd szondás ultrahangos készülékkel kezelik. Ehhez a nioszómaszuszpenzióhoz 10 mg/ml gyógyszert tartalmazó vizes oldatot adnak, és vortexkeverést alkalmaznak. A minta pH-ját ezután 1M dinátrium-foszfáttal pH 7,0–7,2 értékre emelik. Ezt követően a keveréket 10 percig 60°C hőmérsékleten melegítik. Ezzel a technikával multilamelláris vezikulák keletkeznek. (vö. Kazi et al. 2010)
Nioszómák ultrahangos méretcsökkentése
A nioszómák mérete általában a 10nm és 1000nm közötti tartományba esik. Az előállítási technikától függően a nioszómák gyakran viszonylag nagy méretűek, és hajlamosak aggregátumokat képezni. A nioszómák adott mérete azonban fontos tényező a tervezett hatóanyag-beviteli rendszer típusa szempontjából. Például a nagyon kis, nanométeres tartományba eső nioszómaméret a legalkalmasabb a szisztémás gyógyszerbevitelhez, ahol a gyógyszernek a sejtmembránokon át kell jutnia ahhoz, hogy elérje a sejten belüli célhelyet, míg a nagyobb nioszómákat intramuszkuláris és testüregbe történő gyógyszerbevitelhez vagy szemészeti alkalmazásokhoz ajánlják. A nioszómák ultrahangos méretcsökkentése gyakori lépés a nagy hatékonyságú nioszómák előállítása során. Az ultrahangos nyíróerők felbontják a nioszómák agglomerátumait, és monodiszperz nanonioszómákká diszpergálják őket.
Protokoll – A LipoNiosomes ultrahangos méretcsökkentése
Naderinezhad et al. (2017) biokompatibilis LipoNiosomes készítményt (nioszóma és liposzóma kombinációját) formuláltak, amely Tween 60: koleszterin: DPPC összetevőket tartalmazott (55 : 30 : 15 : 3 arányban), 3% DSPE-mPEG hozzáadásával. Az előállított LipoNiosomes méretének csökkentése érdekében a hidratálás után a szuszpenziót 45 min időtartamig ultrahangos kezelésnek vetették alá (15 másodperc bekapcsolás és 10 másodperc kikapcsolás, 70% amplitúdó 100 watt teljesítményen), hogy az UP200St ultrahangos homogenizátorral (Hielscher Ultrasonics GmbH, Németország) minimálisra csökkentsék a részecskék aggregációját. A pH-gradiensen alapuló módszerhez a CUR, a felületaktív anyagok és a lipidek szárított rétegeit 1300 mL ammónium-szulfáttal (pH 1⁄4 4) hidratálták 63 C hőmérsékleten 47 min időtartamig. Ezután a nanorészecskéket jégfürdő felett ultrahangos kezelésnek vetették alá, hogy kisméretű vezikulákat állítsanak elő.
Ultrahangos készülékek nioszómák előállításához
A Hielscher Ultrasonic sokéves tapasztalattal rendelkezik a gyógyszeripar, az élelmiszeripar és a kozmetikai ipar számára készülő nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok tervezésében, gyártásában, forgalmazásában és szervizelésében.
A kiváló minőségű nioszómák, liposzómák, szilárd lipid-nanorészecskék, polimer nanorészecskék, ciklodextrin-komplexek és más nanoszerkezetű gyógyszerhordozók előállítása olyan folyamatok, amelyekben a Hielscher ultrahangos készülékek nagy megbízhatóságuknak, egyenletes teljesítményleadásuknak és pontos szabályozhatóságuknak köszönhetően kiemelkedően teljesítenek. A Hielscher ultrahangos készülékek lehetővé teszik az összes folyamatparaméter, például az amplitúdó, a hőmérséklet, a nyomás és az ultrahangos kezelési energia pontos szabályozását. Az intelligens szoftver automatikusan naplózza az ultrahangos kezelés összes paraméterét (idő, dátum, amplitúdó, nettó energia, összes energia, hőmérséklet, nyomás) a beépített SD-kártyára.
A Hielscher ultrahangos készülékek robusztus felépítése lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy terhelés mellett és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Adagtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | csoportba kapcsolt UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok laboratóriumi léptéktől kísérleti üzemi és ipari léptékig.
Szakirodalom/Hivatkozások
- 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.
Hasznos tudnivalók
Nioszómák és liposzómák összehasonlítása
A liposzómák és a nioszómák mikroszkopikus vezikulák, amelyek gyógyszerbevitel céljából bioaktív vegyületekkel tölthetők fel. A nioszómák hasonlóak a liposzómákhoz, de kettős rétegük összetétele eltér. Míg a liposzómák foszfolipid kettős réteggel rendelkeznek, a nioszómák kettős rétege nemionos felületaktív anyagokból áll, ami a szerkezeti egységek kémiai különbségét eredményezi. Ez a szerkezeti különbség nagyobb kémiai stabilitást, jobb bőrpenetrációs képességet és kevesebb szennyeződést biztosít a nioszómáknak.
A nioszómákat méretük alapján három fő csoportba sorolják: a kis unilamelláris vezikulák (SUV) átlagos átmérője 10–100 nm, a nagy unilamelláris vezikulák (LUV) átlagos mérete 100–3000nm, a multilamelláris vezikulákat (MLV) pedig egynél több kettős réteg jellemzi.
„A nioszómák in vivo a liposzómákhoz hasonlóan viselkednek: meghosszabbítják a bezárt gyógyszer keringésben töltött idejét, és megváltoztatják annak szervek közötti eloszlását és metabolikus stabilitását. A liposzómákhoz hasonlóan a nioszómák tulajdonságai a kettős réteg összetételétől és előállításuk módjától is függnek. Beszámolók szerint a koleszterin beékelődése a kettős rétegekbe csökkenti a bezárási térfogatot a formulálás során, és ezáltal a bezárási hatékonyságot is.” (Kazi et al. 2010)
A nioszómák különféle technikákkal állíthatók elő, például vékonyréteg-hidratálással, ultrahangos kezeléssel, fordított fázisú bepárlással, fagyasztás–felolvasztással, mikrofluidizálással vagy dehidratálás–rehidratálással. A megfelelő előállítási mód, felületaktív anyag, koleszterintartalom, felületi töltést befolyásoló adalékok és szuszpenziókoncentráció megválasztásával a nioszómák összetétele, lamellaritása, stabilitása és felületi töltése úgy alakítható ki, hogy megfeleljenek a gyógyszerhordozóval szemben támasztott konkrét követelményeknek.
A nagyon alacsony citotoxicitású, nagyfokú biokompatibilitással rendelkező nioszómák előállításához a felhasznált felületaktív anyagoknak biológiailag lebonthatónak, biokompatibilisnek és nem immunogénnek kell lenniük.