Formulazione a ultrasuoni di niosomi
I niosomi sono vescicole di dimensioni nanometriche che possono essere utilizzate come vettore di 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.
Le vescicole niosoma come nano-vettore di principi attivi
Un niosoma è una vescicola a base di tensioattivi non ionici, formata per lo più da tensioattivi non ionici e dall'incorporazione di colesterolo come eccipiente. I niosomi sono più stabili contro la degradazione chimica o l'ossidazione e hanno un lungo tempo di conservazione rispetto ai liposomi. Grazie ai tensioattivi utilizzati per la preparazione dei niosomi, sono biodegradabili, biocompatibili e non immunogeni. 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 vari metodi di preparazione, come la sonicazione, l'evaporazione in fase inversa, l'idratazione del film sottile o il processo di assorbimento dei farmaci a gradiente di pH trans-membrana. La preparazione ad ultrasuoni dei niosomi è la tecnica preferita per produrre vescicole unilamellari, di dimensioni ridotte e uniformi.
Formulazione di niosomi a ultrasuoni
Per formulare i niosomi, è necessario preparare un'emulsione olio-acqua (o/w) da una soluzione organica di tensioattivo, colesterolo e una soluzione acquosa contenente il composto bioattivo, cioè il farmaco. L'emulsificazione a ultrasuoni è la tecnica migliore per mescolare liquidi immiscibili come l'olio e l'acqua. Tagliando le goccioline di entrambe le fasi e riducendole a dimensioni nanometriche, si ottiene una nano-emulsione. Rispetto all'agitazione meccanica, la tecnica di formulazione dei niosomi a ultrasuoni eccelle per la formazione di niosomi con una dimensione media inferiore e un indice di polidispersità più basso in un processo rapido. L'uso di vescicole più piccole è generalmente preferibile, dato che tendono a evitare i meccanismi di clearance dell'organismo meglio delle particelle più grandi e rimangono più a lungo nel flusso sanguigno. (cfr. Bragagni et al. 2014)
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Protocolli di preparazione dei niosomi a ultrasuoni
La formulazione di niosomi mediante sonicazione è stata ampiamente studiata, tanto che sono disponibili numerosi protocolli scientificamente validati per la produzione di niosomi mediante ultrasuoni.
Di seguito è riportata una breve panoramica di alcuni protocolli di formulazione per la preparazione e il caricamento di 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 tramite iniezione di solvente. Pertanto, le fasi organica e acquosa sono state continuamente agitate magneticamente e la temperatura è stata mantenuta a 60°C ± 2°C fino all'allontanamento del solvente organico. La formulazione risultante è stata raffreddata e sonicata con 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%) di withanolide A.
Niosomi caricati con doxorubicina
I niosomi di N-palmitoil glucosamina (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 una sonicazione con sonda per 10 min (75% del massimo).
Le vescicole di palmitoil glicol chitosano (GCP) sono state preparate come precedentemente descritto (11), sonicando per sonda il glicol chitosano (10 mg) e il colesterolo (4 mg) in una soluzione di doxorubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – Dispositivo a ultrasuoni da 400 W per la formulazione di nano-carrierini come i niosomi
Metodi alternativi di preparazione dei niosomi
Metodi alternativi di formulazione dei niosomi, come la tecnica di evaporazione in fase inversa o il processo di assorbimento dei farmaci a gradiente di pH trans-membrana, prevedono l'applicazione di energia ultrasonica. Entrambe le tecniche sono utilizzate principalmente per formulare vescicole multilamellari (MLV). Di seguito è riportata una breve descrizione di entrambe le tecniche e della fase di sonicazione che le caratterizza.
La sonicazione nella preparazione dei niosomi tramite evaporazione in fase inversa
Nel metodo dell'evaporazione in fase inversa (REV), i componenti della formulazione niosomiale vengono sciolti 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 di dimensioni fini. Successivamente, la fase organica viene evaporata. Il niosoma ottenuto durante l'evaporazione del solvente organico è costituito da vescicole unilamellari di grandi dimensioni.
Processo di assorbimento dei farmaci a gradiente di pH trans-membrana
Per il processo di assorbimento del farmaco a gradiente di pH trans-membrana (all'interno dell'acido) (con caricamento a distanza), il tensioattivo e il colesterolo vengono disciolti in cloroformio. Il solvente viene poi 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. Le vescicole multilamellari vengono congelate e scongelate tre volte e successivamente sonicate con un ultrasuonatore a sonda. A questa sospensione niosomiale viene aggiunta una soluzione acquosa contenente 10 mg/ml di farmaco e agitata. Il pH del campione viene quindi portato a pH 7,0-7,2 con fosfato disodico 1M. Quindi, la miscela viene riscaldata a 60°C per 10 minuti. Questa tecnica produce vescicole multilamellari. (cfr. Kazi et al. 2010)
Riduzione dimensionale a ultrasuoni dei niosomi
I niosomi hanno solitamente dimensioni comprese tra 10 e 1000 nm. 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 quando si tratta di un sistema di somministrazione mirato. Per esempio, un niosoma di dimensioni molto piccole, nell'ordine dei nanometri, è più adatto per la somministrazione di farmaci per via sistemica, dove il farmaco deve attraversare le membrane cellulari per raggiungere il sito di destinazione cellulare, mentre i niosomi più grandi sono consigliati per la somministrazione di farmaci per via intramuscolare e intra-cavitaria o per applicazioni oftalmiche. La riduzione dimensionale dei niosomi mediante ultrasuoni è una fase comune durante la preparazione di niosomi altamente potenti. Le forze di taglio ultrasoniche deagglomerano e disperdono i niosomi in nano-niosomi monodispersi.
protocollo – Riduzione dimensionale a ultrasuoni dei lipo-niosomi
Naderinezhad et al. (2017) hanno formulato LipoNiosomi biocompatibili (una combinazione di niosoma e liposoma) contenenti Tween 60: colesterolo: DPPC (a 55 : 30 : 15 : 3) con il 3% di DSPE-mPEG. Per ridurre le dimensioni dei LipoNiosomi preparati, dopo l'idratazione hanno sonicato la sospensione per 45 minuti (15 secondi di accensione e 10 secondi di spegnimento, ampiezza 70% a 100 watt) per ridurre al minimo l'aggregazione delle particelle utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germania). Per il metodo a gradazione 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 minuti. Quindi, le nanoparticelle sono state sonicate in un bagno di ghiaccio per produrre piccole vescicole.
Ultrasuonatori 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 di farmaci nano-strutturati sono processi in cui i sonicatori Hielscher eccellono grazie alla loro elevata affidabilità, alla potenza di uscita costante e alla precisa controllabilità. I sonicatori Hielscher consentono un controllo preciso di tutti i parametri di processo, come ampiezza, temperatura, pressione ed energia di sonicazione. Il software intelligente protocolla 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 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:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 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. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Letteratura/riferimenti
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Consegna topica di estratti grezzi di Withania somnifera in niosomi e nanoparticelle lipidiche solide. Rivista di farmacognosia 2017 ott;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effetto del tipo di tensioattivo, del contenuto di colesterolo e di vari metodi di ridimensionamento sulla dimensione delle particelle dei niosomi. 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): La co-somministrazione di paclitaxel e curcumina in nuove formulazioni niosomiali cationiche PEGilate mostra una maggiore efficacia antitumorale sinergica. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery di farmaci antitumorali idrofili e idrofobici utilizzando nano-carrier biocompatibili a base di lipidi sensibili al pH per tumori multiresistenti. RSC Adv., 2017, 7, 30008-30019.
Particolarità / Cose da sapere
Niosomi vs Liposomi
I liposomi e i niosomi sono vescicole microscopiche che possono essere caricate con composti bioattivi per la somministrazione di farmaci. I niosomi sono simili ai liposomi, ma si differenziano per la composizione del bilayer. Mentre i liposomi hanno un bilayer fosfolipidico, il bilayer dei niosomi è costituito da tensioattivi non ionici, il che comporta una differenza chimica nelle unità strutturali. Questa differenza strutturale conferisce ai niosomi una maggiore stabilità chimica, una capacità di penetrazione cutanea superiore e una minore quantità di impurità.
I niosomi si distinguono in base alle dimensioni in tre gruppi principali: Le piccole vescicole unilamellari (SUV) hanno un diametro medio di 10-100 nm, le grandi vescicole unilamellari (LUV) hanno una dimensione media di 100-3000 nm e le vescicole multilamellari (MLV) sono caratterizzate da più di un bilayer.
“I niosomi si comportano in vivo come i liposomi, prolungando la circolazione del farmaco intrappolato e modificandone la distribuzione negli organi e la stabilità metabolica. Come per i liposomi, le proprietà dei niosomi dipendono dalla composizione del bilayer e dal metodo di produzione. È stato riportato che l'intercalazione del colesterolo nei bilayer diminuisce il volume di intrappolamento durante la formulazione e quindi l'efficienza di intrappolamento.” (Kazi et al. 2010)
I niosomi possono essere preparati con varie tecniche, come la tecnica di idratazione a film sottile, l'ultrasonicazione, il metodo di evaporazione in fase inversa, il metodo di congelamento/scongelamento, la microfluidizzazione o il metodo di reidratazione. Scegliendo l'appropriata forma di preparazione, il tensioattivo, il contenuto di colesterolo, gli additivi per la carica superficiale e la concentrazione della sospensione, è possibile formulare la composizione, la lamellarità, la stabilità e la carica superficiale dei niosomi in modo da soddisfare i requisiti specifici del vettore di farmaci.
Per produrre niosomi altamente biocompatibili con una citotossicità molto bassa, i tensioattivi utilizzati nella preparazione dei niosomi devono essere biodegradabili, biocompatibili e non immunogeni.