Formulazione a ultrasuoni di vettori di farmaci lipidici nanostrutturati

I vettori lipidici nanostrutturati (NLC) sono una forma avanzata di sistemi di rilascio di farmaci di dimensioni nanometriche caratterizzati da un nucleo lipidico e da un guscio idrosolubile. Gli NLC hanno un'elevata stabilità, proteggono le biomolecole attive dalla degradazione e offrono un rilascio sostenuto del farmaco. L'ultrasonicazione è una tecnica affidabile, efficiente e semplice per produrre vettori lipidici nanostrutturati carichi.

Preparazione a ultrasuoni di vettori lipidici nanostrutturati

I carrier lipidici nanostrutturati (NLC) contengono lipidi solidi, lipidi liquidi e tensioattivi in un mezzo acquoso, che conferisce loro buone caratteristiche di solubilità e biodisponibilità. Gli NLC sono ampiamente utilizzati per formulare sistemi di trasporto di farmaci stabili con un'elevata biodisponibilità e un rilascio prolungato di farmaci. Gli NLC hanno un'ampia gamma di applicazioni che vanno dalla somministrazione orale a quella parenterale, compresa la somministrazione topica/transdermica, oftalmica (oculare) e polmonare.
La dispersione ed emulsificazione a ultrasuoni è una tecnica affidabile ed efficiente per preparare vettori lipidici nanostrutturati caricati con composti attivi. La preparazione di NLC a ultrasuoni ha il vantaggio principale di non richiedere un solvente organico, né grandi quantità di tensioattivi o composti additivi. La formulazione di NLC a ultrasuoni è un metodo relativamente semplice, poiché il lipide in fusione viene aggiunto alla soluzione di tensioattivo e poi sonicato.

Protocolli esemplari per vettori lipidici con nanostruttura caricata a ultrasuoni

NLC caricati con desametasone tramite sonicazione
Un sistema NLC oftalmico potenzialmente non tossico è stato preparato con gli ultrasuoni, ottenendo una distribuzione dimensionale stretta, un'elevata efficacia di intrappolamento del desametasone e una migliore penetrazione. I sistemi NLC sono stati preparati a ultrasuoni utilizzando un sistema di Hielscher UP200S ultrasuoni e Compritol 888 ATO, Miglyol 812N e Cremophor RH60 come componenti.
Il lipide solido, il lipide liquido e il tensioattivo sono stati fusi con un agitatore magnetico a 85ºC. Quindi, il desametasone è stato aggiunto alla miscela lipidica fusa e disperso. L'acqua pura è stata riscaldata a 85 ºC e le due fasi sono state sonicate (con un'ampiezza del 70% per 10 minuti) con la miscela di tensioattivi. Hielscher UP200S omogeneizzatore a ultrasuoni. Il sistema NLC è stato raffreddato in un bagno di ghiaccio.
Le NLC preparate ad ultrasuoni presentano una distribuzione dimensionale stretta, un'elevata efficacia di intrappolamento del DXM e una migliore penetrazione.
I ricercatori raccomandano l'uso di una bassa concentrazione di tensioattivi e di lipidi (ad esempio, 2,5% per i tensioattivi e 10% per i lipidi totali) perché in questo modo i parametri critici di stabilità (Z_ave, ZP, PDI) e la capacità di carico del farmaco (EE%) sono adatti, mentre la concentrazione dell'emulsionante può rimanere a livelli bassi.
(cfr. Kiss et al. 2019)

NLC caricati con retinil palmitato mediante sonicazione
Il retinoide è un ingrediente ampiamente utilizzato nelle terapie dermatologiche delle rughe. Il retinolo e il palmitato di retinile sono due composti del gruppo dei retinoidi che hanno la capacità di indurre lo spessore dell'epidermide e sono efficaci come agenti antirughe.
La formulazione NLC è stata preparata con il metodo degli ultrasuoni. La formulazione conteneva 7,2% di cetil palmitato, 4,8% di acido oleico, 10% di Tween 80, 10% di glicerina e 2% di retinil palmitato. Per produrre NLC caricati con retinil palmitato sono stati eseguiti i seguenti passaggi: La miscela di lipidi fusi viene miscelata con il tensioattivo, il co-surfattante, la glicerina e l'acqua deionizzata a 60-70°C. La miscela viene agitata con un'alta temperatura di fusione. Questa miscela viene agitata con un miscelatore ad alta velocità a 9800 giri al minuto per 5 minuti. Dopo la formazione della pre-emulsione, questa viene immediatamente sonicata con un omogeneizzatore a ultrasuoni a sonda per 2 minuti. Quindi l'NLC ottenuto è stato mantenuto a temperatura ambiente per 24 ore. L'emulsione è stata conservata a temperatura ambiente per 24 ore e sono state misurate le dimensioni delle nanoparticelle. La formula NLC ha mostrato dimensioni delle particelle nell'intervallo 200-300 nm. L'NLC ottenuto ha 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 retinil palmitato preparati a ultrasuoni.
(cfr. Pamudji et al. 2015)

NLC caricati con zingiber zerumbet tramite sonicazione
I vettori lipidici nanostrutturati sono costituiti da una miscela di lipidi solidi, liquidi e tensioattivi. Sono eccellenti sistemi di somministrazione di farmaci per somministrare sostanze bioattive con scarsa solubilità in acqua e per aumentarne significativamente la biodisponibilità.
Per formulare i NLC caricati con Zingiber zerumbet sono stati eseguiti i seguenti passaggi. L'1% di lipidi solidi, ossia il gliceril monostearato, e il 4% di lipidi liquidi, ossia l'olio di cocco vergine, sono stati miscelati e fusi a 50°C per ottenere una fase lipidica omogenea e chiara. Successivamente, alla fase lipidica è stato aggiunto l'1% di olio di Zingiber zerumbet, mantenendo la temperatura costantemente 10°C al di sopra della temperatura di fusione del monostearato di glicerile. Per la preparazione della fase acquosa, sono stati miscelati acqua distillata, Tween 80 e lecitina di soia nel giusto rapporto. La miscela acquosa è stata immediatamente aggiunta alla miscela lipidica per formare una pre-emulsione. La pre-emulsione è stata poi omogeneizzata con un omogeneizzatore ad alto numero di giri per 1 minuto. Infine, la dispersione di NLC è stata raffreddata in un bagno di acqua ghiacciata a temperatura ambiente (25±1°C) per raffreddare la sospensione nel bagno freddo e prevenire l'aggregazione delle particelle. I NLC sono stati conservati a 4°C.
I 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 mostra 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 tramite sonicazione
Il Valsaratan è un bloccante dei recettori dell'angiotensina II utilizzato come farmaco antipertensivo. Il Valsartan ha una bassa biodisponibilità, pari a circa il 23%, solo a causa della sua scarsa idrosolubilità. L'utilizzo del metodo di fusione-emulsificazione a ultrasuoni ha permesso di preparare NLC caricati con Valsaratan, caratterizzati da una biodisponibilità significativamente migliorata.
Semplicemente, la soluzione oleosa di Val è stata mescolata con una certa quantità di materiale lipidico fuso a una temperatura di 10°C superiore al punto di fusione dei lipidi. È stata preparata una soluzione acquosa di tensioattivi sciogliendo determinati pesi di Tween 80 e sodio desossicolato. La soluzione di tensioattivo è stata ulteriormente riscaldata allo stesso grado di temperatura e miscelata con la soluzione di farmaco lipidico oleoso mediante sonda-sonorizzazione per 3 minuti per formare un'emulsione. Quindi, l'emulsione formata è stata dispersa in acqua raffreddata mediante agitazione magnetica per 10 minuti. I NLC formati sono stati separati per centrifugazione. I campioni del surnatante sono stati prelevati e analizzati per la concentrazione di Val utilizzando un metodo HPLC convalidato.
Il metodo di fusione-emulsificazione a ultrasuoni presenta una serie di vantaggi, tra cui la semplicità con condizioni di stress minime e l'assenza di solventi organici tossici. L'efficienza massima di intrappolamento raggiunta è stata del 75,04%.
(cfr. Albekery et al. 2017)

Anche altri composti attivi come paclitaxel, clotrimazolo, domperidone, puerarina e meloxicam sono stati incorporati con successo in nanoparticelle solido-lipidiche e in vettori lipidici nanostrutturati utilizzando tecniche ad ultrasuoni. (cfr. Bahari e Hamishehkar 2016)

L'ultrasuonoterapia come metodo di preparazione per la formulazione di nano vettori lipidici (NLC) può essere utilizzata come tecnica di omogeneizzazione a freddo o a caldo. L'omogeneizzazione a ultrasuoni consente di ottenere una distribuzione granulometrica stretta, che migliora la stabilità e le proprietà di conservazione dei NLC.

Omogeneizzazione a freddo a ultrasuoni

Quando si utilizza la tecnica dell'omogeneizzazione a freddo per preparare vettori lipidici nanostrutturati, le molecole farmacologicamente attive, cioè il farmaco, vengono disciolte nella massa lipidica e poi raffreddate rapidamente con azoto liquido o ghiaccio secco. Durante il raffreddamento, i lipidi si solidificano. La massa lipidica solida viene quindi macinata a dimensione di nanoparticella. Le nanoparticelle lipidiche vengono disperse in una soluzione di tensioattivi a freddo, ottenendo una pre-sospensione a freddo. Infine, questa sospensione viene sonicata, spesso utilizzando un reattore a celle di flusso a ultrasuoni, a temperatura ambiente.
Poiché le sostanze vengono riscaldate una sola volta nella prima fase, l'omogeneizzazione a freddo a ultrasuoni viene utilizzata principalmente per formulare farmaci sensibili al calore. Poiché molte molecole bioattive e composti farmaceutici sono inclini alla degradazione termica, l'omogeneizzazione a freddo a 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 di molecole idrofile, che altrimenti potrebbero partizionare dalla fase lipidica liquida alla fase acquosa durante l'omogeneizzazione a caldo.

Omogeneizzazione a caldo a ultrasuoni

Quando la sonicazione viene utilizzata come tecnica di omogeneizzazione a caldo, i lipidi fusi e il composto attivo (cioè l'ingrediente 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 lipidi/farmaci e il tensioattivo, siano state riscaldate alla stessa temperatura (circa 5-10°C sopra il punto di fusione del lipide solido). Nella seconda fase, la pre-emulsione viene trattata con sonicazione ad alte prestazioni mantenendo la temperatura.

Ultrasuonatori ad alte prestazioni per vettori lipidici nanostrutturati

I potenti sistemi a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo nel settore farmaceutico.&D e produzione per produrre nano vettori di farmaci di alta qualità come le nanoparticelle lipidiche solide (SLN), i vettori lipidici nanostrutturati (NLC), le nanoemulsioni e le nanocapsule. Per soddisfare le richieste dei suoi clienti, Hielscher fornisce ultrasuoni che vanno dall'omogeneizzatore da laboratorio, compatto ma potente, agli ultrasuoni da banco, fino ai sistemi ultrasonici completamente industriali per la produzione di alti volumi di formulazioni farmaceutiche. È disponibile un'ampia gamma di sonotrodi e reattori a ultrasuoni per garantire una configurazione ottimale per la produzione di vettori lipidici nanostrutturati (NLC). La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Per consentire ai nostri clienti di rispettare le buone pratiche di fabbricazione (GMP) e di stabilire processi standardizzati, tutti gli ultrasonori digitali sono dotati di un software intelligente per l'impostazione precisa dei parametri di sonicazione, il controllo continuo del processo e la registrazione automatica di tutti i parametri di processo importanti su una scheda SD integrata. L'alta qualità del prodotto dipende dal controllo del processo e da standard di lavorazione costantemente elevati. Gli ultrasuonatori Hielscher vi aiutano a monitorare e standardizzare il vostro processo!

Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: