ニオソームの超音波製剤化

ニオソームはナノサイズの小胞で、薬物（例：抗がん剤）やその他の生理活性物質の担体として使用できます。超音波乳化は、薬物を高含量で搭載した小さなニオソームを製剤化するための簡便かつ迅速な方法です。

有効成分のナノ担体としてのニオソーム小胞

ニオソームは非イオン性界面活性剤を基盤とする小胞で、主に非イオン性界面活性剤と、添加剤として組み込まれるコレステロールによって形成されます。ニオソームはリポソームと比較して化学的分解や酸化に対する安定性が高く、長期間保存できます。ニオソームの調製に使用される界面活性剤により、ニオソームは生分解性と生体適合性を備え、免疫原性を持ちません。ニオソームは浸透圧活性を持ち、化学的に安定で、リポソームと比較して保存期間が長くなります。サイズと膜層数に応じて、超音波処理、逆相蒸発、薄膜水和、膜を隔てたpH勾配による薬物取り込みプロセスなど、さまざまな調製方法を利用できます。超音波によるニオソーム調製は、小さくサイズが均一な単層小胞の製造に適した手法として優先的に選ばれます。

超音波によるニオソーム製剤化

ニオソームを製剤化するには、界面活性剤とコレステロールの有機溶液、および生理活性化合物、すなわち薬物を含む水溶液から、水中油型（o/w）エマルションを調製する必要があります。超音波乳化は、油と水のような互いに混和しない液体を混合するための優れた手法です。両相の液滴にせん断を加えてナノサイズに微細化することで、ナノエマルションが得られます。続いて有機溶媒を蒸発させると、治療薬を搭載したニオソームが形成され、水相中に分散します。機械的攪拌と比較して、超音波によるニオソーム製剤化技術は、平均サイズがより小さく、多分散性指数がより低いニオソームを短時間で形成できる点で優れています。小さな小胞は、大きな粒子よりも体内の除去機構を回避しやすく、血流中により長く留まる傾向があるため、一般にその使用が望ましいとされています。（cf. Bragagni et al. 2014）
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超音波によるニオソーム調製プロトコル

超音波処理を用いたニオソーム製剤化は広く研究されており、超音波によるニオソーム製造について、科学的に検証された多数のプロトコルを利用できます。
以下に、超音波処理を用いてニオソームを調製し、物質を搭載する製剤化プロトコルのいくつかを簡単に紹介します。

Withania somnifera抽出物を搭載したニオソーム
Chinembiri et al. (2017)は、局所適用を目的としたニオソームにWithania somniferaの粗抽出物を製剤化しました。生理活性化合物は溶媒注入法によって封入されました。そのため、有機相と水相を磁気攪拌で連続的に攪拌し、有機溶媒が除去されるまで温度を60°C ± 2°Cに維持しました。得られた製剤を冷却し、Hielscher UP200St超音波処理装置を用いて氷上で超音波処理しました。ニオソームの平均サイズは約165.9 ± 9.4で、ウィタノリドAの高い封入効率（EE%）を示しました。

ドキソルビシンを搭載したニオソーム
抗がん剤であるドキソルビシンを搭載したN-パルミトイルグルコサミンニオソーム（Glu）は、NPG（16 mg）、Span 60（65 mg）、コレステロール（58 mg）、Solulan C24（54 mg）の混合物をドキソルビシン溶液（1.5 mg/ml、2 ml、PBSで調製）中で90°Cにて1 h振とうし、その後10 minのプローブ式超音波処理（最大値の75%）を行うことで調製しました。
パルミトイルグリコールキトサン（GCP）小胞は、以前に記載された方法（11）に従い、ドキソルビシン溶液（1.5 mg/ml）中のグリコールキトサン（10 mg）とコレステロール（4 mg）をプローブ式で超音波処理することで調製しました。（Dufes et al. 2004）

ニオソームのその他の調製方法

逆相蒸発法や膜を隔てたpH勾配による薬物取り込みプロセスなど、ニオソームのその他の製剤化方法でも超音波エネルギーを使用します。どちらの手法も、主に多重層小胞（MLV）の製剤化に用いられます。以下に、両手法と、それぞれに含まれる超音波処理工程を簡単に説明します。

逆相蒸発によるニオソーム調製における超音波処理

逆相蒸発（REV）法では、ニオソーム製剤の成分をエーテルとクロロホルムの混合液に溶解し、薬物を含む水相に加えます。超音波乳化により、この混合物を微細なエマルションにします。続いて、有機相を蒸発させます。有機溶媒の蒸発中に得られるニオソームは、サイズの大きな単層小胞です。

膜を隔てたpH勾配による薬物取り込みプロセス

膜を隔てたpH勾配（内部が酸性）による薬物取り込みプロセス（リモートローディングを使用）では、界面活性剤とコレステロールをクロロホルムに溶解します。次に、溶媒を真空下で蒸発させ、丸底フラスコの壁面に薄膜を形成します。懸濁液をボルテックス攪拌することにより、300 mMのクエン酸（pH 4.0）で薄膜を水和させます。多重層小胞の凍結と融解を三回繰り返し、その後プローブ式超音波処理装置を用いて超音波処理します。このニオソーム懸濁液に、10 mg/mlの薬物を含む水溶液を加え、ボルテックス攪拌します。次に、1Mのリン酸二ナトリウムを用いてサンプルのpHをpH 7.0–7.2まで上げます。その後、混合物を60°Cで10分間加熱します。この手法により多重層小胞が得られます。（cf. Kazi et al. 2010）

超音波によるニオソームのサイズ低減

ニオソームのサイズは通常10nm–1000nmの範囲にあります。調製手法によっては、ニオソームは比較的大きなサイズになることが多く、凝集体を形成する傾向があります。しかし、目的とする送達システムの種類に応じた特定のニオソームサイズは重要な要因です。例えば、ナノメートル範囲の非常に小さなニオソームは、細胞内の標的部位に到達するために薬物を細胞膜の向こう側へ送達する必要がある全身性薬物送達に最も適しています。一方、より大きなニオソームは、筋肉内および腔内への薬物送達、または眼科用途に推奨されます。超音波によるニオソームのサイズ低減は、高い効力を持つニオソームの調製において一般的に行われる工程です。超音波によるせん断力は、ニオソームを解凝集し、単分散のナノニオソームとして分散させます。

プロトコル – 超音波によるLipoNiosomesのサイズ低減

Naderinezhad et al. (2017)は、Tween 60: コレステロール: DPPC（比率55 : 30 : 15 : 3）と3%のDSPE-mPEGを含む、生体適合性を備えたLipoNiosomes（ニオソームとリポソームの組み合わせ）を製剤化しました。調製したLipoNiosomesのサイズを低減するため、水和後に超音波ホモジナイザーUP200St（Hielscher Ultrasonics GmbH、ドイツ）を用いて懸濁液を45 min超音波処理し（15秒間オン、10秒間オフ、100ワットで振幅70%）、粒子の凝集を最小限に抑えました。pH勾配法では、CUR、界面活性剤、脂質の乾燥薄膜を、1300 mLの硫酸アンモニウム（pH 1⁄4 4）で63 Cにて47 min水和させました。その後、ナノ粒子を氷浴中で超音波処理し、小さな小胞を形成しました。

ニオソーム調製用の超音波処理装置

Hielscher Ultrasonicは、製薬、食品、化粧品業界向けの高性能超音波ホモジナイザーの設計、製造、販売、サービスにおいて長年の経験を有しています。
高品質なニオソーム、リポソーム、固体脂質ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、シクロデキストリン複合体、その他のナノ構造を持つ薬物担体の調製は、Hielscherの超音波処理装置が、高い信頼性、安定した出力、精密な制御性によって優れた能力を発揮するプロセスです。Hielscherの超音波処理装置では、振幅、温度、圧力、超音波処理エネルギーなど、すべてのプロセスパラメーターを精密に制御できます。インテリジェントソフトウェアは、すべての超音波処理パラメーター（時刻、日付、振幅、正味エネルギー、総エネルギー、温度、圧力）を内蔵SDカードに自動記録します。
Hielscherの超音波処理装置は堅牢であるため、高負荷条件や過酷な環境でも24時間、週7日の運転が可能です。
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示しています。