Formulazione a ultrasuoni di vettori lipidici nanostrutturati per farmaci

I vettori lipidici nanostrutturati (NLC) sono una forma avanzata di sistemi di veicolazione dei farmaci di dimensioni nanometriche, caratterizzati da un nucleo lipidico e un involucro idrosolubile. Gli NLC presentano un’elevata stabilità, proteggono le biomolecole attive dalla degradazione e offrono un rilascio prolungato del farmaco. La sonicazione è una tecnica affidabile, efficiente e semplice per produrre vettori lipidici nanostrutturati caricati.

Preparazione a ultrasuoni di vettori lipidici nanostrutturati

I vettori lipidici nanostrutturati (NLC) contengono un lipide solido, un lipide liquido e un tensioattivo in un mezzo acquoso, che conferisce loro buone caratteristiche di solubilità e biodisponibilità. Gli NLC sono ampiamente utilizzati per formulare sistemi stabili di veicolazione dei farmaci con un’elevata biodisponibilità e un rilascio prolungato del farmaco. Gli NLC hanno un’ampia gamma di applicazioni, dalla somministrazione orale a quella parenterale, comprese la somministrazione topica/transdermica, oftalmica (oculare) e polmonare.
La dispersione e l’emulsificazione a ultrasuoni costituiscono una tecnica affidabile ed efficiente per preparare vettori lipidici nanostrutturati caricati con composti attivi. Il principale vantaggio della preparazione degli NLC a ultrasuoni è che non richiede un solvente organico, grandi quantità di tensioattivo o composti aggiuntivi. La formulazione degli NLC a ultrasuoni è un metodo relativamente semplice, poiché il lipide in fusione viene aggiunto alla soluzione di tensioattivo e quindi sottoposto a sonicazione.

Esempi di protocolli per vettori lipidici nanostrutturati caricati mediante ultrasuoni

NLC caricati con desametasone mediante sonicazione
È stato preparato mediante sonicazione un sistema NLC non tossico, potenzialmente destinato all’uso oftalmico, ottenendo una distribuzione dimensionale ristretta, un’elevata efficacia di intrappolamento del desametasone e una migliore penetrazione. I sistemi NLC sono stati preparati mediante ultrasuoni utilizzando un sonicatore Hielscher UP200S e Compritol 888 ATO, Miglyol 812N e Cremophor RH60 come componenti.
Il lipide solido, il lipide liquido e il tensioattivo sono stati fusi utilizzando un agitatore magnetico riscaldante a 85ºC. Successivamente, il desametasone è stato aggiunto alla miscela lipidica fusa e disperso. L’acqua pura è stata riscaldata a 85ºC e le due fasi sono state sottoposte a sonicazione (al 70% di ampiezza per 10 min) con l’omogeneizzatore a ultrasuoni Hielscher UP200S . Il sistema NLC è stato raffreddato in un bagno di ghiaccio.
Gli NLC preparati mediante ultrasuoni presentano una distribuzione dimensionale ristretta, un’elevata efficacia di intrappolamento del DXM e una migliore penetrazione.
I ricercatori raccomandano l’uso di una bassa concentrazione di tensioattivo e di una bassa concentrazione lipidica (ad esempio, 2,5% di tensioattivo e 10% di lipidi totali), poiché in tal modo i parametri critici di stabilità (Z_ave, ZP, PDI) e la capacità di caricamento del farmaco (EE%) risultano adeguati, mentre la concentrazione dell’emulsionante può rimanere a livelli bassi.
(cfr. Kiss et al. 2019)

NLC caricati con palmitato di retinile mediante sonicazione
I retinoidi sono ingredienti ampiamente utilizzati nei trattamenti dermatologici delle rughe. Il retinolo e il palmitato di retinile sono due composti del gruppo dei retinoidi capaci di aumentare lo spessore dell’epidermide ed efficaci come agenti antirughe.
La formulazione degli NLC è stata preparata mediante sonicazione. La formulazione conteneva 7,2% di palmitato di cetile, 4,8% di acido oleico, 10% di Tween 80, 10% di glicerina e 2% di palmitato di retinile. Per produrre gli NLC caricati con palmitato di retinile sono state eseguite le seguenti operazioni: la miscela di lipidi fusi viene miscelata con il tensioattivo, il co-tensioattivo, la glicerina e l’acqua deionizzata a 60–70°C. Questa miscela viene agitata con un miscelatore ad alto taglio a 9800rpm per 5 min. Dopo la formazione della pre-emulsione, questa viene immediatamente sottoposta a sonicazione utilizzando un omogeneizzatore a ultrasuoni a sonda per 2 min. Gli NLC ottenuti sono stati quindi mantenuti a temperatura ambiente per 24 h. L’emulsione è stata conservata a temperatura ambiente per 24 h e sono state misurate le dimensioni delle nanoparticelle. La formulazione degli NLC ha mostrato dimensioni delle particelle nell’intervallo di 200–300nm. Gli NLC ottenuti hanno un aspetto giallo pallido, una dimensione dei globuli di 258±15,85 nm e un indice di polidispersità di 0,31±0,09. L’immagine TEM sottostante mostra gli NLC caricati con palmitato di retinile preparati mediante ultrasuoni.
(cfr. Pamudji et al. 2015)

NLC caricati con Zingiber zerumbet mediante sonicazione
I vettori lipidici nanostrutturati sono costituiti da una miscela di lipide solido, lipide liquido e tensioattivo. Sono eccellenti sistemi di veicolazione dei farmaci per somministrare sostanze bioattive con scarsa solubilità in acqua e aumentarne significativamente la biodisponibilità.
Per formulare gli NLC caricati con Zingiber zerumbet sono state eseguite le seguenti operazioni. L’1% di lipide solido, ossia monostearato di glicerile, e il 4% di lipide liquido, ossia olio di cocco vergine, sono stati miscelati e fusi a 50°C per ottenere una fase lipidica omogenea e limpida. Successivamente, alla fase lipidica è stato aggiunto l’1% di olio di Zingiber zerumbet, mantenendo costantemente la temperatura a 10°C al di sopra della temperatura di fusione del monostearato di glicerile. Per la preparazione della fase acquosa, acqua distillata, Tween 80 e lecitina di soia sono stati miscelati nel rapporto corretto. La miscela acquosa è stata immediatamente aggiunta alla miscela lipidica per formare una pre-emulsione. La pre-emulsione è stata quindi omogeneizzata utilizzando un omogeneizzatore ad alto taglio a 11.000 rpm per 1 min. Successivamente, la pre-emulsione è stata sottoposta a sonicazione utilizzando un sonicatore a sonda al 50% di ampiezza per 20 min. Infine, la dispersione di NLC è stata raffreddata in un bagno di acqua e ghiaccio fino alla temperatura ambiente (25±1°C), in modo da raffreddare rapidamente la sospensione nel bagno freddo e prevenire l’aggregazione delle particelle. Gli NLC sono stati conservati a 4°C.
Gli NLC caricati con Zingiber zerumbet presentano una dimensione nanometrica di 80,47±1,33, un indice di polidispersità stabile di 0,188±2,72 e una carica di potenziale zeta di -38,9±2,11. L’efficienza di incapsulamento dimostra la capacità del vettore lipidico di incapsulare l’olio di Zingiber zerumbet con un’efficienza superiore all’80%.
(cfr. Rosli et al. 2015)

NLC caricati con Valsaratan mediante sonicazione
Valsaratan è un antagonista del recettore dell’angiotensina II utilizzato nei farmaci antipertensivi. Valsartan presenta una bassa biodisponibilità, pari a circa il 23% soltanto, a causa della sua scarsa solubilità in acqua. L’utilizzo del metodo di emulsificazione del fuso mediante ultrasuoni ha consentito la preparazione di NLC caricati con Valsaratan caratterizzati da una biodisponibilità significativamente migliorata.
Una soluzione oleosa di Val è stata semplicemente miscelata con una determinata quantità di materiale lipidico fuso a una temperatura di 10°C superiore al punto di fusione del lipide. È stata preparata una soluzione acquosa di tensioattivi sciogliendo determinate quantità in peso di Tween 80 e desossicolato di sodio. La soluzione di tensioattivi è stata quindi riscaldata alla stessa temperatura e miscelata con la soluzione lipidica oleosa del farmaco mediante sonicazione a sonda per 3 min., per formare un’emulsione. Successivamente, l’emulsione formata è stata dispersa in acqua raffreddata mediante agitazione magnetica per 10 min. Gli NLC formati sono stati separati mediante centrifugazione. Sono stati prelevati campioni del surnatante e analizzati per determinare la concentrazione di Val mediante un metodo HPLC validato.
Il metodo di emulsificazione del fuso mediante ultrasuoni presenta numerosi vantaggi, tra cui la semplicità, condizioni di stress minime e l’assenza di solventi organici tossici. La massima efficienza di intrappolamento raggiunta è stata del 75,04%
(cfr. Albekery et al. 2017)

Anche altri composti attivi, quali paclitaxel, clotrimazolo, domperidone, puerarina e meloxicam, sono stati incorporati con successo in nanoparticelle lipidiche solide e vettori lipidici nanostrutturati mediante tecniche a ultrasuoni. (cfr. Bahari e Hamishehkar 2016)

La sonicazione, come metodo di preparazione per la formulazione di vettori nanolipidici (NLC), può essere utilizzata come tecnica di omogeneizzazione a freddo o a caldo. L’omogeneizzazione a ultrasuoni produce una distribuzione dimensionale ristretta delle particelle, migliorando la stabilità e le proprietà di conservazione degli NLC.

Omogeneizzazione a freddo mediante ultrasuoni

Quando si utilizza la tecnica di omogeneizzazione a freddo per preparare vettori lipidici nanostrutturati, le molecole farmacologicamente attive, ossia il farmaco, vengono disciolte nel lipide fuso e quindi raffreddate rapidamente utilizzando azoto liquido o ghiaccio secco. Durante il raffreddamento, i lipidi solidificano. La massa lipidica solida viene quindi macinata fino a raggiungere dimensioni nanoparticellari. Le nanoparticelle lipidiche vengono disperse in una soluzione fredda di tensioattivo, ottenendo una pre-sospensione fredda. Infine, questa sospensione viene sottoposta a sonicazione a temperatura ambiente, spesso utilizzando un reattore a ultrasuoni con cella di flusso.
Poiché le sostanze vengono riscaldate una sola volta nella prima fase, l’omogeneizzazione a freddo mediante ultrasuoni viene utilizzata principalmente per formulare farmaci termosensibili. Poiché molte molecole bioattive e molti composti farmaceutici sono soggetti a degradazione termica, l’omogeneizzazione a freddo mediante ultrasuoni è un’applicazione ampiamente utilizzata. Un ulteriore vantaggio della tecnica di omogeneizzazione a freddo è l’assenza di una fase acquosa, che facilita l’incapsulamento delle molecole idrofile, le quali potrebbero altrimenti passare dalla fase lipidica liquida alla fase acquosa durante l’omogeneizzazione a caldo.

Omogeneizzazione a caldo mediante ultrasuoni

Quando la sonicazione viene utilizzata come tecnica di omogeneizzazione a caldo, i lipidi fusi e il composto attivo (ossia il principio farmacologicamente attivo) vengono dispersi in un tensioattivo caldo sotto intensa agitazione per ottenere una pre-emulsione. Per il processo di omogeneizzazione a caldo è importante che entrambe le soluzioni, la sospensione di lipide/farmaco e il tensioattivo, siano state riscaldate alla stessa temperatura (circa 5–10°C al di sopra del punto di fusione del lipide solido). Nella seconda fase, la pre-emulsione viene quindi trattata mediante sonicazione ad alte prestazioni, mantenendo la temperatura.

Sonicatori ad alte prestazioni per vettori lipidici nanostrutturati

I potenti sistemi a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics vengono utilizzati in tutto il mondo nella ricerca e sviluppo e nella produzione farmaceutica per produrre nanovettori di farmaci di alta qualità, quali nanoparticelle lipidiche solide (SLN), vettori lipidici nanostrutturati (NLC), nanoemulsioni e nanocapsule. Per soddisfare le esigenze dei propri clienti, Hielscher fornisce sonicatori che spaziano dal compatto ma potente omogeneizzatore da laboratorio portatile e dai sonicatori da banco fino ai sistemi a ultrasuoni interamente industriali per la produzione di grandi volumi di formulazioni farmaceutiche. È disponibile un’ampia gamma di sonotrodi e reattori a ultrasuoni per garantire una configurazione ottimale per la vostra produzione di vettori lipidici nanostrutturati (NLC). La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.
Per consentire ai nostri clienti di rispettare le buone pratiche di fabbricazione (GMP) e di stabilire processi standardizzati, tutti i sonicatori digitali sono dotati di un software intelligente per l’impostazione precisa del parametro di sonicazione, il controllo continuo del processo e la registrazione automatica di tutti i parametri di processo importanti su una scheda SD integrata. L’elevata qualità del prodotto dipende dal controllo del processo e da standard di lavorazione costantemente elevati. I sonicatori Hielscher vi aiutano a monitorare e standardizzare il vostro processo!

I processori a ultrasuoni industriali di Hielscher Ultrasonics possono fornire ampiezze molto elevate. È possibile operare agevolmente e in modo continuo con ampiezze fino a 200µm in funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: