ナノ構造脂質薬物キャリアの超音波製剤化

ナノ構造脂質キャリア（NLC）は、脂質コアと水溶性シェルを備えた、先進的なナノサイズの薬物送達システムです。NLCは安定性が高く、活性生体分子を分解から保護し、薬物の持続放出を可能にします。超音波処理は、薬物を担持したナノ構造脂質キャリアを製造するための、信頼性が高く効率的で簡便な技術です。

ナノ構造脂質キャリアの超音波調製

ナノ構造脂質キャリア（NLC）は、水性媒体中に固体脂質、液体脂質、界面活性剤を含み、これによって良好な溶解性とバイオアベイラビリティを示します。NLCは、高いバイオアベイラビリティと薬物の持続放出を備えた安定な薬物キャリアシステムの製剤化に広く使用されています。NLCの用途は、経口投与から非経口投与まで幅広く、局所／経皮投与、眼科用（眼への）投与、肺投与を含みます。
超音波分散と乳化は、活性化合物を担持したナノ構造脂質キャリアを調製するための、信頼性が高く効率的な技術です。超音波によるNLC調製には、有機溶媒、大量の界面活性剤、添加化合物を必要としないという大きな利点があります。超音波によるNLC製剤化は、融解した脂質を界面活性剤溶液に加えて超音波処理する、比較的簡便な方法です。

超音波で薬物を担持させたナノ構造脂質キャリアのプロトコル例

超音波処理によるデキサメタゾン担持NLC
眼科用途への可能性を持つ無毒性のNLCシステムを超音波処理下で調製した結果、狭い粒径分布、高いデキサメタゾン封入効率、浸透性の向上が得られました。NLCシステムの超音波調製には、 Hielscher UP200S 超音波処理装置を使用し、構成成分としてCompritol 888 ATO、Miglyol 812N、Cremophor RH60を用いました。
固体脂質、液体脂質、界面活性剤を、加熱式マグネチックスターラーを用いて85ºCで融解しました。次に、デキサメタゾンを融解した脂質混合物に加えて分散させました。純水を85ºCに加熱し、二つの相を振幅70%で10 min、 Hielscher UP200S 超音波ホモジナイザーを用いて超音波処理しました。NLCシステムを氷浴中で冷却しました。
超音波で調製したNLCは、狭い粒径分布、高いDXM封入効率、向上した浸透性を示します。
研究者らは、界面活性剤濃度と脂質濃度を低くすること（例えば、界面活性剤2.5%、総脂質10%）を推奨しています。この条件では、重要な安定性パラメーター（Z_ave、ZP、PDI）と薬物担持容量（EE%）が適切になり、乳化剤濃度も低い水準に維持できるためです。
（参照：Kiss et al. 2019）

超音波処理によるパルミチン酸レチニル担持NLC
レチノイドは、皮膚科におけるしわの治療で広く使用される成分です。レチノールとパルミチン酸レチニルはレチノイド群に属する二つの化合物で、表皮の厚みを増す能力があり、しわ改善剤として有効です。
NLC製剤は超音波処理法で調製しました。この製剤には、パルミチン酸セチル7.2%、オレイン酸4.8%、Tween 80 10%、グリセリン10%、パルミチン酸レチニル2%が含まれていました。パルミチン酸レチニル担持NLCの製造には、以下の手順を用いました。融解した脂質の混合物を、界面活性剤、補助界面活性剤、グリセリン、脱イオン水と60–70°Cで混合します。この混合物を高せん断ミキサーで9800rpm、5 min撹拌します。予備乳化物が形成されたら、直ちにプローブ型超音波ホモジナイザーを用いて2 min超音波処理します。その後、得られたNLCを室温で24 h保持しました。乳化物を室温で24 h保存し、ナノ粒子の粒径を測定しました。NLC製剤の粒径は200–300nmの範囲でした。得られたNLCは淡黄色の外観を呈し、液滴径は258±15.85 nm、多分散性指数は0.31±0.09でした。下のTEM画像は、超音波で調製したパルミチン酸レチニル担持NLCを示しています。
（参照：Pamudji et al. 2015）

超音波で製剤化したパルミチン酸レチニルNLCの形態：（A）倍率10000x、（B）倍率20000x、（C）倍率40000x
出典：Pamudji et al. 2016

超音波処理によるZingiber zerumbet担持NLC
ナノ構造脂質キャリアは、固体脂質、液体脂質、界面活性剤の混合物で構成されています。水溶性の低い生理活性物質を投与し、そのバイオアベイラビリティを大幅に高めるための優れた薬物送達システムです。
Zingiber zerumbet担持NLCの製剤化には、以下の手順を用いました。均一で透明な脂質相を得るために、固体脂質1%、すなわちモノステアリン酸グリセリルと、液体脂質4%、すなわちバージンココナッツオイルを混合し、50°Cで融解しました。続いて、温度をモノステアリン酸グリセリルの融点より10°C高い状態に常時維持しながら、Zingiber zerumbet油1%を脂質相に加えました。水相の調製には、蒸留水、Tween 80、大豆レシチンを適切な比率で混合しました。この水性混合物を直ちに脂質混合物に加え、予備乳化混合物を形成しました。次に、予備乳化物を高せん断ホモジナイザーで11,000 rpm、1 min均質化しました。その後、プローブ型超音波処理装置を用いて、振幅50%で20 min超音波処理しました。最後に、粒子の凝集を防ぐために懸濁液を冷浴中で急冷する目的で、NLC分散液を氷水浴中で室温（25±1°C）まで冷却しました。NLCは4°Cで保存しました。
Zingiber zerumbet担持NLCは、ナノメートル単位の粒径80.47±1.33、安定した多分散性指数0.188±2.72、ゼータ電位の電荷値-38.9±2.11を示します。封入効率は、脂質キャリアがZingiber zerumbet油を80%を超える効率で封入できることを示しています。
（参照：Rosli et al. 2015）

超音波処理によるValsaratan担持NLC
Valsaratanは、降圧薬に用いられるアンジオテンシンII受容体拮抗薬です。Valsartanは水溶性が低いため、バイオアベイラビリティは約23%にとどまります。超音波融解乳化法を用いることで、バイオアベイラビリティが大幅に向上したValsaratan担持NLCを調製できました。
方法は簡便で、Valの油性溶液を、脂質の融点より10°C高い温度で、一定量の融解した脂質材料と混合しました。所定の重量のTween 80とデオキシコール酸ナトリウムを溶解して、界面活性剤水溶液を調製しました。この界面活性剤溶液をさらに同じ温度まで加熱し、薬物を含む油性脂質溶液とプローブによる超音波処理で3 min混合して、乳化物を形成しました。次に、形成された乳化物を、マグネチックスターラーで10 min撹拌することにより冷却水中に分散させました。形成されたNLCを遠心分離で分離しました。上清からサンプルを採取し、バリデーション済みのHPLC法を用いてVal濃度を分析しました。
超音波融解乳化法には、ストレス条件を最小限に抑えた簡便さや、有毒な有機溶媒を使用しないことなど、多くの利点があります。達成された最大封入効率は75.04%でした。
（参照：Albekery et al. 2017）

パクリタキセル、クロトリマゾール、ドンペリドン、プエラリン、メロキシカムなどの他の活性化合物も、超音波技術を用いて固体脂質ナノ粒子およびナノ構造脂質キャリアに組み込むことに成功しています。（参照：Bahari and Hamishehkar 2016）

超音波低温均質化

低温均質化技術を用いてナノ構造脂質キャリアを調製する場合、薬理活性分子、すなわち薬物を融解脂質に溶解し、液体窒素またはドライアイスを用いて急速に冷却します。冷却中に脂質は固化します。その後、固体脂質の塊をナノ粒子サイズまで粉砕します。脂質ナノ粒子を低温の界面活性剤溶液に分散させ、低温の予備懸濁液を得ます。最後に、この懸濁液を室温で超音波処理します。この際、超音波フローセル反応器を用いることがよくあります。
物質の加熱は最初の工程で一度しか行わないため、超音波低温均質化は主に熱に敏感な薬物の製剤化に使用されます。多くの生理活性分子や医薬化合物は熱分解しやすいため、超音波低温均質化は広く用いられています。低温均質化技術のさらなる利点は、水相を回避できることです。これによって、高温均質化では液体脂質相から水相へ分配される可能性のある親水性分子を、より容易に封入できます。

超音波高温均質化

超音波処理を高温均質化技術として使用する場合、融解した脂質と活性化合物（すなわち薬理活性成分）を、強く撹拌しながら高温の界面活性剤中に分散させ、予備乳化物を得ます。高温均質化工程では、脂質／薬物懸濁液と界面活性剤の両方の溶液を、同じ温度（固体脂質の融点より約5–10°C高い温度）に加熱しておくことが重要です。第二工程では、温度を維持しながら予備乳化物に高性能な超音波処理を施します。

ナノ構造脂質キャリア用の高性能超音波処理装置

Hielscher Ultrasonicsの強力な超音波システムは、固体脂質ナノ粒子（SLN）、ナノ構造脂質キャリア（NLC）、ナノエマルション、ナノカプセルなどの高品質なナノ薬物キャリアを製造するため、世界中の医薬品研究開発および製造で使用されています。お客様の要求に応えるため、Hielscherは、小型ながら強力な手持ち式ラボ用ホモジナイザーや卓上型超音波処理装置から、医薬品製剤を大量に製造するための本格的な産業用超音波システムまで提供しています。ナノ構造脂質キャリア（NLC）の製造に最適な構成を確保できるよう、幅広い超音波ソノトロードと反応器を用意しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であり、高負荷条件や過酷な環境下でも24/7運転が可能です。
お客様が適正製造規範（GMP）を満たし、標準化されたプロセスを確立できるよう、すべてのデジタル超音波処理装置には、超音波処理パラメーターの精密な設定、継続的なプロセス制御、内蔵SDカードへのすべての重要なプロセスパラメーターの自動記録を行うインテリジェントソフトウェアを搭載しています。高い製品品質は、プロセス制御と、一貫して高い処理基準に支えられています。Hielscherの超音波処理装置は、お客様のプロセスの監視と標準化を支援します！

Hielscher Ultrasonicsの産業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅でも、24/7運転で容易に連続稼働できます。さらに高い振幅には、カスタマイズした超音波ソノトロードを用意しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であり、高負荷条件や過酷な環境下でも24/7運転が可能です。
下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています。