Formulazione di niosomi mediante ultrasuoni

I niosomi sono vescicole di dimensioni nanometriche che possono essere utilizzate come vettori per farmaci (ad esempio farmaci antitumorali) e altre sostanze bioattive. L’emulsificazione a ultrasuoni è un metodo semplice e rapido per formulare piccoli niosomi con un elevato carico di farmaco.

Vescicole niosomiali come nanovettori per principi attivi

Un niosoma è una vescicola a base di tensioattivi non ionici, formata principalmente da un tensioattivo non ionico e dall’incorporazione di colesterolo come eccipiente. I niosomi sono più stabili nei confronti della degradazione chimica o dell’ossidazione e hanno un tempo di conservazione più lungo rispetto ai liposomi. Grazie ai tensioattivi utilizzati per la loro preparazione, sono biodegradabili, biocompatibili e non immunogenici. I niosomi sono osmoticamente attivi, chimicamente stabili e offrono un tempo di conservazione più lungo rispetto ai liposomi. A seconda delle dimensioni e della lamellarità, sono disponibili diversi metodi di preparazione, quali la sonicazione, l’evaporazione in fase inversa, l’idratazione del film sottile o il processo di incorporazione del farmaco mediante gradiente di pH transmembrana. La preparazione dei niosomi mediante ultrasuoni è la tecnica preferita per produrre vescicole unilamellari di piccole dimensioni e uniformi.

Formulazione di niosomi mediante ultrasuoni

Per formulare i niosomi, è necessario preparare un’emulsione olio in acqua (o/w) a partire da una soluzione organica di tensioattivo e colesterolo e da una soluzione acquosa contenente il composto bioattivo, ossia il farmaco. L’emulsificazione a ultrasuoni è la tecnica più efficace per miscelare liquidi immiscibili come olio e acqua. Sottoponendo le goccioline di entrambe le fasi a forze di taglio e frammentandole fino a dimensioni nanometriche, si ottiene una nanoemulsione. Successivamente, il solvente organico viene evaporato, ottenendo niosomi caricati con agenti terapeutici e dispersi nella fase acquosa. Rispetto all’agitazione meccanica, la tecnica di formulazione dei niosomi mediante ultrasuoni si distingue perché forma rapidamente niosomi con dimensioni medie inferiori e un indice di polidispersità più basso. L’impiego di vescicole più piccole è generalmente preferibile, poiché tendono a eludere i meccanismi di eliminazione dell’organismo meglio delle particelle più grandi e rimangono più a lungo nel circolo sanguigno. (cfr. Bragagni et al. 2014)
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Protocolli di preparazione dei niosomi mediante ultrasuoni

La formulazione dei niosomi mediante sonicazione è stata ampiamente studiata, pertanto sono disponibili numerosi protocolli scientificamente validati per la produzione di niosomi mediante ultrasuoni.
Di seguito trovate una breve panoramica di alcuni protocolli di formulazione per preparare e caricare i niosomi mediante sonicazione.

Niosomi caricati con estratti di Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) hanno formulato l’estratto grezzo di Withania somnifera in niosomi destinati all’applicazione topica. I composti bioattivi sono stati incapsulati mediante iniezione del solvente. A tal fine, le fasi organica e acquosa sono state sottoposte ad agitazione magnetica continua e la temperatura è stata mantenuta a 60°C ± 2°C fino alla completa rimozione del solvente organico. La formulazione risultante è stata raffreddata e sottoposta a sonicazione su ghiaccio utilizzando il sonicatore Hielscher UP200ST. I niosomi avevano dimensioni medie di circa 165,9 ± 9,4 e mostravano un’elevata efficienza di intrappolamento (EE%) del withanolide A.

Niosomi caricati con doxorubicina
I niosomi di N-palmitoilglucosamina (Glu) caricati con doxorubicina, un farmaco antitumorale, sono stati preparati agitando una miscela di NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), colesterolo (58 mg) e Solulan C24 (54 mg) in una soluzione di doxorubicina (1,5 mg/ml, 2 ml, preparata in PBS) a 90°C per 1 h, seguita da sonicazione con sonda per 10 min (75% del massimo).
Le vescicole di glicol chitosano palmitoilato (GCP) sono state preparate come descritto in precedenza (11), sottoponendo a sonicazione con sonda glicol chitosano (10 mg) e colesterolo (4 mg) in una soluzione di doxorubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Metodi alternativi di preparazione dei niosomi

I metodi alternativi di formulazione dei niosomi, come la tecnica di evaporazione in fase inversa o il processo di incorporazione del farmaco mediante gradiente di pH transmembrana, prevedono l’applicazione di energia ultrasonica. Entrambe le tecniche sono utilizzate principalmente per formulare vescicole multilamellari (MLVs). Di seguito trovate una breve descrizione di entrambe le tecniche e della fase di sonicazione prevista.

Sonicazione nella preparazione dei niosomi mediante evaporazione in fase inversa

Nel metodo di evaporazione in fase inversa (REV), i componenti della formulazione niosomiale vengono disciolti in una miscela di etere e cloroformio e aggiunti alla fase acquosa, che contiene il farmaco. L’emulsificazione a ultrasuoni viene utilizzata per trasformare la miscela in un’emulsione a goccioline fini. Successivamente, la fase organica viene evaporata. I niosomi ottenuti durante l’evaporazione del solvente organico sono vescicole unilamellari di grandi dimensioni.

Processo di incorporazione del farmaco mediante gradiente di pH transmembrana

Per il processo di incorporazione del farmaco mediante gradiente di pH transmembrana (con interno acido) e caricamento remoto, il tensioattivo e il colesterolo vengono disciolti in cloroformio. Il solvente viene quindi evaporato sotto vuoto per ottenere un film sottile sulla parete del pallone a fondo tondo. Il film viene idratato con acido citrico 300 mM (pH 4,0) agitando la sospensione con un vortex. Le vescicole multilamellari vengono congelate e scongelate tre volte e successivamente sottoposte a sonicazione utilizzando un sonicatore a sonda. A questa sospensione niosomiale viene aggiunta una soluzione acquosa contenente 10 mg/ml di farmaco, quindi la miscela viene agitata con un vortex. Il pH del campione viene poi aumentato fino a pH 7,0–7,2 con fosfato disodico 1M. Successivamente, la miscela viene riscaldata a 60°C per 10 minuti. Questa tecnica produce vescicole multilamellari. (cfr. Kazi et al. 2010)

Riduzione delle dimensioni dei niosomi mediante ultrasuoni

I niosomi hanno solitamente dimensioni comprese tra 10nm e 1000nm. A seconda della tecnica di preparazione, i niosomi sono spesso di dimensioni relativamente grandi e tendono a formare aggregati. Tuttavia, le dimensioni specifiche dei niosomi sono un fattore importante in relazione al tipo di sistema di somministrazione desiderato. Ad esempio, niosomi molto piccoli, di dimensioni nanometriche, sono i più adatti alla somministrazione sistemica di farmaci, in cui il farmaco deve attraversare le membrane cellulari per raggiungere il sito bersaglio cellulare, mentre niosomi più grandi sono raccomandati per la somministrazione intramuscolare e intracavitaria di farmaci o per applicazioni oftalmiche. La riduzione delle dimensioni dei niosomi mediante ultrasuoni è una fase comune nella preparazione di niosomi altamente efficaci. Le forze di taglio ultrasoniche deagglomerano e disperdono i niosomi in nanoniosomi monodispersi.

Protocollo – Riduzione delle dimensioni dei LipoNiosomes mediante ultrasuoni

Naderinezhad et al. (2017) hanno formulato LipoNiosomes biocompatibili (una combinazione di niosoma e liposoma) contenenti Tween 60: colesterolo: DPPC (nel rapporto 55 : 30 : 15 : 3) con 3% di DSPE-mPEG. Per ridurre le dimensioni dei LipoNiosomes preparati, dopo l’idratazione hanno sottoposto la sospensione a sonicazione per 45 min (15 secondi di attivazione e 10 secondi di pausa, ampiezza 70% a 100 watt) per minimizzare l’aggregazione delle particelle, utilizzando l’omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germania). Per il metodo del gradiente di pH, i film essiccati di CUR, tensioattivi e lipidi sono stati idratati con 1300 mL di solfato di ammonio (pH 1⁄4 4) a 63 C per 47 min. Successivamente, le nanoparticelle sono state sottoposte a sonicazione su un bagno di ghiaccio per produrre piccole vescicole.

Sonicatori per la preparazione dei niosomi

Hielscher Ultrasonic vanta una lunga esperienza nella progettazione, produzione, distribuzione e assistenza di omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per l’industria farmaceutica, alimentare e cosmetica.
La preparazione di niosomi, liposomi, nanoparticelle lipidiche solide, nanoparticelle polimeriche, complessi di ciclodestrine e altri vettori nanostrutturati di farmaci di alta qualità comprende processi nei quali i sonicatori Hielscher eccellono grazie all’elevata affidabilità, alla potenza erogata costante e alla controllabilità precisa. I sonicatori Hielscher consentono un controllo preciso di tutti i parametri di processo, quali ampiezza, temperatura, pressione ed energia di sonicazione. Il software intelligente registra automaticamente tutti i parametri di sonicazione (ora, data, ampiezza, energia netta, energia totale, temperatura, pressione) sulla scheda SD integrata.
La robustezza dei sonicatori 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: