医薬品用ナノ粒子の超音波処理
プローブ型超音波処理器は、粒子サイズの縮小、細胞破壊、および均質化を達成するための強力で制御された手段を提供することにより、医薬品の研究および製造において重要な役割を果たします。超音波処理器は、超音波を利用してキャビテーションを発生させ、その結果、微細な気泡が形成され、崩壊します。この現象は、強いせん断力と衝撃波を発生させ、粒子を効果的に分解したり、細胞を破壊したりします。
ここでは、製薬用途におけるプローブ型ソニケーターの使用に関するいくつかの重要な側面を示します。
- 粒子サイズの縮小: プローブソニケーターは、医薬品有効成分(API)または他の化合物の粒子サイズを縮小するために使用されます。粒子のサイズが小さく均一であることは、医薬品製剤のバイオアベイラビリティ、溶解速度、および全体的な有効性を高めるために不可欠です。
- 細胞の混乱: バイオ医薬品研究では、プローブソニケーターは細胞破壊に利用され、細胞内成分を放出します。これは、微生物細胞や培養哺乳類細胞からタンパク質、酵素、その他の生体分子を抽出するために特に重要です。
- 均一化: 医薬品製剤の均質化は、成分の均一な分布を確保するために不可欠です。プローブソニケーターは、凝集体を分解し、成分を均一に分散させることにより、均質性を達成するのを助けます。
- ナノエマルジョンとリポソーム形成: 超音波処理は、医薬品製剤中の安定なナノエマルジョンおよびリポソームを作製するために使用される。これらのナノスケールデリバリーシステムは、溶解性とバイオアベイラビリティを強化するための薬物デリバリーに採用されています。
- 品質管理とプロセスの最適化: 超音波処理は、医薬品製造における品質管理のための貴重なツールです。これは、一貫した粒度分布と均質性を確保することにより、プロセスの最適化に役立ち、バッチ間の再現性に貢献します。
- 医薬品の製剤化と開発:医薬品の製剤化および開発中に、プローブソニケーターを使用して、安定した懸濁液、エマルジョン、または分散液を調製します。これは、望ましい物理的および化学的特性を持つ医薬品を設計するために重要です。
医薬品におけるナノマテリアル
超音波技術は、医薬品の研究および製造におけるナノ材料の調製、処理、および機能化において極めて重要な役割を果たします。音響キャビテーションを含む高出力超音波の強烈な効果は、凝集体の破壊、粒子の分散、およびナノ液滴の乳化に寄与します。ヒールシャー高性能超音波処理器は、医薬品標準のための信頼性と効率的なソリューションを提供し、安全な生産を確保し、追加の最適化努力なしにスケールアップを容易にします。
ナノ材料の加工
ナノ材料、特にナノ粒子は、医薬品における薬物送達に革命をもたらし、活性剤を経口または注射で投与するための実証済みの方法を提供しています。この技術は、薬物の投与と送達の効率を高め、医療の新たな道を切り開きます。薬物、熱、またはその他の活性物質を特定の細胞、特に疾患細胞に直接送達する能力は、大きな進歩を示しています。
がん治療では、ナノサイズの粒子の利点を活用して高用量の薬剤を直接腫瘍細胞に送達し、他の臓器への副作用を最小限に抑えながら治療効果を最大化するという、ナノ製剤化された医薬品が有望な結果を示しています。ナノスケールのサイズにより、これらの粒子は細胞壁や膜を通過し、標的細胞に活性物質を正確に放出します。
ナノマテリアルは、寸法が100nm未満の粒子と定義され、より多くの労力を必要とする課題を提示します。超音波キャビテーションは、ナノ材料を解凝集および分散するための確立された技術として浮上しています。カーボンナノチューブ(CNT)、特に多層カーボンナノチューブ(MWCNT)と単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は、独自の特性を示し、薬物分子をカプセル化するための大きな内部容積と、機能化のための明確な表面を提供します。
官能基カーボンナノチューブ(f-CNT)は、溶解性を高め、効率的な腫瘍標的化を可能にし、細胞毒性を回避する上で重要な役割を果たします。超音波技術は、高純度SWCNTの音響化学的方法など、それらの製造および機能化を容易にする。さらに、f-CNTはワクチン送達システムとして機能し、抗原をカーボンナノチューブに結合して特異的な抗体応答を誘導します。
シリカ、チタニア、またはアルミナに由来するセラミックナノ粒子は、多孔質の表面を示すため、理想的な薬物担体となります。ソノケミストリーを利用したナノ粒子の超音波合成および沈殿は、ナノサイズ化合物を調製するためのボトムアップアプローチを提供する。このプロセスにより、物質移動が強化され、粒子サイズが小さくなり、均一性が向上します
ナノ粒子の超音波合成と沈殿
超音波処理は、ナノ粒子の官能基化において重要な役割を果たす。この手法は、粒子の周りの境界層を効率的に分割し、新しい官能基を粒子表面に到達させます。例えば、PL-PEGフラグメントを用いた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の超音波官能基化は、非特異的細胞の取り込みを妨害する一方で、標的応用のための特異的な細胞取り込みを促進する。
特定の特性と機能を持つナノ粒子を得るためには、粒子の表面を改質する必要があります。高分子ナノ粒子、リポソーム、デンドリマー、カーボンナノチューブ、量子ドットなどのさまざまなナノシステムをうまく機能化して、医薬品で効率的に使用できます。
超音波粒子機能化の実用例:
PL-PEGによるSWCNTの超音波機能化:Zeineldinら(2009)は、リン脂質ポリエチレングリコール(PL-PEG)による超音波処理による単層カーボンナノチューブ(SWNT)の分散がそれを断片化し、それによって細胞による非特異的な取り込みを阻害する能力を妨害することを示しました。しかし、断片化されていないPL-PEGは、がん細胞によって発現される2つの異なるクラスの受容体に対する標的SWNTの特異的な細胞取り込みを促進します。PL−PEGの存在下での超音波処理は、カーボンナノチューブを分散または官能基化するために使用される一般的な方法であり、PEGの完全性は、リガンド官能化ナノチューブの特異的な細胞取り込みを促進するために重要である。断片化は、SWNTを分散させるために一般的に使用される技術である超音波処理の結果である可能性が高いため、これは薬物送達などの特定のアプリケーションにとって懸念事項となる可能性があります。
超音波リポソーム形成
超音波の別の成功した応用は、リポソームおよびナノリポソームの調製である。リポソームベースの薬物および遺伝子送達システムは、多様な治療だけでなく、化粧品や栄養においても重要な役割を果たします。リポソームは、水溶性活性剤をリポソームの水系中心に配置するか、または薬剤が脂溶性の場合は脂質層に配置することができるため、優れた担体です。リポソームは超音波を使用して形成できます。リポソーム調製の基本材料は、生体膜脂質に由来する、または生体膜脂質に基づく両親媒性分子です。小さな単層小胞(SUV)の形成のために、脂質分散液を穏やかに超音波処理する – 例えば、ハンドヘルド超音波装置UP50H(50W、30kHz)、 VialTweeterまたは超音波カップホーン 。このような超音波治療の持続時間は約5〜15分です。小さな単層小胞を作製する別の方法は、マルチラメラ小胞リポソームの超音波処理である。
Dinu-Pirvuら(2010)は、室温でMLVを超音波処理することによりトランスフェロソームを得ることを報告しています。
ヒールシャー超音波は、プロセスのすべての種類の要件を満たすために、様々な超音波装置、ソノトロードとアクセサリーを提供しています。
超音波抽出およびカプセル化されたアロエベラ抽出物についてもっと読む!
リポソームへの薬剤の超音波カプセル化
リポソームは、活性剤のキャリアとして機能します。超音波は、活性物質を捕捉するためのリポソームを調製および形成するための効果的なツールです。カプセル化する前に、リポソームはリン脂質極性頭部の表面電荷-電荷相互作用によりクラスターを形成する傾向があり(Míckova et al.2008)、さらにそれらを開かなければなりません。例として、Zhuら(2003)は、超音波処理によるリポソーム中のビオチン粉末のカプセル化を説明しています。ビオチン粉末を小胞懸濁液に添加したので、溶液を約1時間超音波処理した。この処理後、ビオチンはリポソームに閉じ込められました。
リポソームエマルジョン
保湿またはアンチエイジングクリーム、ローション、ジェル、その他の薬用化粧品の育成効果を高めるために、乳化剤がリポソーム分散液に添加され、脂質の量が多くなります。しかし、調査の結果、リポソームの能力は一般的に限られていることが分かっていました。乳化剤を添加すると、この効果は早期に現れ、追加の乳化剤はホスファチジルコリンのバリア親和性を弱めます。ナノ粒子 – ホスファチジルコリンと脂質で構成されています–この問題の答えです。これらのナノ粒子は、ホスファチジルコリンの単層で覆われた油滴によって形成されます。ナノ粒子の使用により、より多くの脂質を吸収し、安定性を保つことができる製剤が可能になるため、追加の乳化剤は必要ありません。
超音波処理は、ナノエマルジョンおよびナノ分散液を製造するための証明された方法です。高濃度の超音波は、液相(分散相)を第2相(連続相)の小さな液滴に分散させるのに必要な電力を供給します。分散ゾーンでは、爆縮するキャビテーション気泡が周囲の液体に集中的な衝撃波を引き起こし、高い液体速度の液体ジェットが形成されます。分散相の新たに形成された液滴を合体に対して安定化させるために、乳化剤(界面活性物質、界面活性剤)および安定剤がエマルジョンに添加される。破壊後の液滴の合体が最終液滴サイズ分布に影響を与えるので、効率的に安定化乳化剤を使用して、最終液滴サイズ分布を超音波分散ゾーンにおける液滴破壊直後の分布に等しいレベルに維持する。
リポソーム分散液
不飽和ホスファチジルクロリンをベースとするリポソーム分散液は、酸化に対する安定性に欠けます。分散液の安定化は、ビタミンCとEの複合体などの酸化防止剤によって達成できます。
Ortanら(2002)は、リポソーム中のAnethum graveolensエッセンシャルオイルの超音波調製に関する彼らの研究で良好な結果を達成しました。超音波処理後、リポソームの寸法は70〜150nm、MLVの寸法は230〜475nmであった。これらの値は、2か月後もほぼ一定でしたが、特にSUVの分散では12か月後には減少しました(以下のヒストグラムを参照)。エッセンシャルオイルの損失とサイズ分布に関する安定性測定では、リポソーム分散液が揮発性オイルの含有量を維持していることも示されました。これは、エッセンシャルオイルをリポソームに閉じ込めることで、オイルの安定性が向上したことを示唆しています。
超音波リポソーム調製の詳細については、ここをクリックしてください!
医薬品研究および製造用の高性能ソニケーター
ヒールシャー超音波は、医薬品の研究と製造のための高品質、高性能超音波発生器のあなたのトップサプライヤーです。50ワットから16,000ワットまでの範囲のデバイスにより、あらゆるボリュームとすべてのプロセスに適した超音波プロセッサを見つけることができます。その高い性能、信頼性、堅牢性、および簡単な操作により、超音波処理はナノ材料の調製と加工に不可欠な技術です。CIP(定置洗浄)とSIP(定置滅菌)を装備したヒールシャー超音波処理器は、医薬品規格に従って安全で効率的な生産を保証します。すべての特定の超音波プロセスは、実験室またはベンチトップスケールで簡単にテストできます。これらの試験の結果は完全に再現可能であるため、次のスケールアップは直線的であり、プロセスの最適化に関する追加の労力をかけずに簡単に行うことができます。
- 高効率
- 最先端のテクノロジー
- 確実 & 丈夫
- 調整可能で正確なプロセス制御
- バッチ & インライン
- 任意のボリュームに対応
- インテリジェントソフトウェア
- スマート機能(プログラム可能、データプロトコル、リモートコントロールなど)
- 操作が簡単で安全
- 低メンテナンス
- CIP (定置洗浄)
ヒールシャーソニケーター:設計、製造、コンサルティング – 品質はドイツ製
ヒールシャー超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波装置によって容易に処理されます。
ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。
バッチボリューム | 流量 | 推奨デバイス |
---|---|---|
0.5〜1.5mL | N.A. | バイアルツイーター | 1〜500mL | 10〜200mL/分 | UP100Hの |
10〜2000mL | 20〜400mL/分 | UP200HTの, UP400セント |
0.1〜20L | 0.2 から 4L/min | UIP2000hdT |
10〜100L | 2〜10L/分 | UIP4000hdTの |
15〜150L | 3〜15L /分 | UIP6000hdT |
N.A. | 10〜100L/min | UIP16000 |
N.A. | 大きい | クラスタ UIP16000 |
お 問い合わせ!/ お問い合わせください!
文献/参考文献
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2017): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 7, 40; 2017.
- Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): Elastic vesicles as drugs carriers though the skin. In: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bucharest.
- Giricz Z., Varga Z.V., Koncsos G., Nagy C.T., Görbe A., Mentzer R.M. Jr, Gottlieb R.A., Ferdinandy P. (2017): Autophagosome formation is required for cardioprotection by chloramphenicol. Life Science Oct 2017. 11-16.
- Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): A Sonochemical Route to Single-Walled Carbon Nanotubes under Ambient Conditions. In: Journal of American Chemical Society 126/2004; pp. 15982-15983.
- Srinivasan, C. (2005) A ‘SOUND’ method for synthesis of single-walled carbon nanotubes under ambient conditions. In: Current Science, Vol.88, No.1, 2005. pp. 12-13.
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
- Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
超音波は、ソノケミカル合成、解凝集、分散、乳化、機能化、および粒子の活性化にうまく使用されている革新的な技術です。特にナノテクノロジーでは、超音波処理はナノサイズ材料の合成および加工目的にとって不可欠な技術です。ナノテクノロジーがこの顕著な科学的関心を得て以来、ナノサイズの粒子は非常に多くの科学および産業分野で利用されています。製薬業界も、この柔軟で可変的な材料の高い可能性を発見しました。その結果、ナノ粒子は、製薬業界のさまざまな機能アプリケーションに関与しており、これには以下が含まれます。
- ドラッグデリバリー(キャリア)
- 診断製品
- 製品パッケージ
- バイオマーカーの発見