ნიოსომების ულტრაბგერითი ფორმულირება
ნიოსომები ნანომეტრული ზომის ვეზიკულებია, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას წამლების (მაგ. კიბოს საწინააღმდეგო წამლების) და სხვა ბიოაქტიური ნივთიერებების გადამტანებად. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია არის მარტივი და სწრაფი მეთოდი წამლით მაღალი დატვირთვის მქონე მცირე ნიოსომების ფორმულირებისთვის.
ნიოსომური ვეზიკულები როგორც აქტიური ინგრედიენტების ნანოგადამტანები
ნიოსომა არის არაიონურ სურფაქტანტზე დაფუძნებული ვეზიკულა, რომელიც ძირითადად წარმოიქმნება არაიონური სურფაქტანტისა და დამხმარე ნივთიერების სახით ქოლესტერინის ჩართვით. ნიოსომები უფრო სტაბილურია ქიმიური დეგრადაციის ან ჟანგვის მიმართ და აქვთ ხანგრძლივი შენახვის ვადა ლიპოსომებთან შედარებით. ნიოსომების მომზადებისთვის გამოყენებული სურფაქტანტების გამო, ისინი ბიოდეგრადირებადია, ბიოთავსებადი და არაიმუნოგენური. ნიოსომები ოსმოსურად აქტიურია, ქიმიურად სტაბილურია და ლიპოსომებთან შედარებით უფრო ხანგრძლივი შენახვის ვადა აქვს. ზომისა და ლამელარობის მიხედვით, ხელმისაწვდომია მომზადების სხვადასხვა მეთოდი, როგორიცაა ულტრაბგერითი დამუშავება, შებრუნებული ფაზის აორთქლება, თხელი ფენის ჰიდრატაცია ან ტრანსმემბრანული pH გრადიენტის მეშვეობით წამლის ჩატვირთვა. ნიოსომების ულტრაბგერითი მომზადება არის უპირატესი ტექნიკა მცირე და ერთგვაროვანი ზომის უნილამელური ვეზიკულების წარმოებისთვის.
ნიოსომების ულტრაბგერითი ფორმულირება
ნიოსომების ფორმულირებისთვის აუცილებელია მომზადდეს ზეთი-წყალში (o/w) ემულსია სურფაქტანტისა და ქოლესტერინის ორგანული ხსნარისა და ბიოაქტიური ნაერთის, ანუ წამლის შემცველი წყალხსნარისგან. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია არის უპირატესი ტექნიკა ურთიერთშეურევადი სითხეების, როგორიცაა ზეთი და წყალი, შერევისთვის. ორივე ფაზის წვეთებზე ძვრის ძალების ზემოქმედებით და მათი ნანოზომამდე დაშლით მიიღება ნანოემულსია. შემდგომში ორგანული გამხსნელი აორთქლდება, რის შედეგადაც მიიღება თერაპიული აგენტებით დატვირთული ნიოსომები, რომლებიც დისპერსირებულია წყლის ფაზაში. მექანიკურ მორევასთან შედარებით, ნიოსომების ულტრაბგერითი ფორმულირების ტექნიკა გამოირჩევა იმით, რომ სწრაფად წარმოქმნის უფრო მცირე საშუალო ზომისა და პოლიდისპერსიულობის უფრო დაბალი ინდექსის მქონე ნიოსომებს. მცირე ვეზიკულების გამოყენება, როგორც წესი, უფრო მიზანშეწონილია, რადგან ისინი უფრო ეფექტურად არიდებენ თავს ორგანიზმიდან გამოდევნის მექანიზმებს, ვიდრე უფრო დიდი ნაწილაკები, და უფრო ხანგრძლივად რჩებიან სისხლის მიმოქცევაში. (იხ. Bragagni et al. 2014)
გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი დამუშავების შესახებ გაუმჯობესებული ნიოსომური ფორმულირებისთვის!
- უნილამელური, მცირე, ერთგვაროვანი ვეზიკულები
- მარტივი და სწრაფი პროცესი
- რეპროდუცირებადი
- ზუსტად კონტროლირებადი
- უსაფრთხო
- მარტივად მასშტაბირებადი
ნიოსომების ულტრაბგერითი მომზადების პროტოკოლები
ნიოსომების ფორმულირება ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით ფართოდ არის შესწავლილი, რის შედეგადაც ხელმისაწვდომია ულტრაბგერითი ნიოსომების წარმოებისთვის მრავალი სამეცნიეროდ დადასტურებული პროტოკოლი.
ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ მოკლე მიმოხილვა რამდენიმე ფორმულირების პროტოკოლის შესახებ, რომლებიც ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით ახდენენ ნიოსომების მომზადებას და დატვირთვას.
Withania somnifera-ს ექსტრაქტებით დატვირთული ნიოსომები
Chinembiri et al. (2017) ადგილობრივი გამოყენებისთვის განკუთვნილ ნიოსომებში მოათავსეს Withania somnifera-ს ნედლი ექსტრაქტი. ბიოაქტიური ნაერთები კაფსულირდა გამხსნელის ინექციის გზით. ამისათვის ორგანული და წყლის ფაზები უწყვეტად ირეოდა მაგნიტური სარეველით და ტემპერატურა ნარჩუნდებოდა 60°C ± 2°C დონეზე, სანამ ორგანული გამხსნელი არ აორთქლდა. მიღებული ფორმულაცია გაცივდა და დამუშავდა ულტრაბგერით ყინულზე Hielscher UP200ST სონიკატორის გამოყენებით. ნიოსომების საშუალო ზომა იყო დაახლოებით 165,9 ± 9,4 და მათ გამოავლინეს ვითანოლიდ A-ს ჩართვის მაღალი ეფექტურობა (EE%).
დოქსორუბიცინით დატვირთული ნიოსომები
დოქსორუბიცინით, კიბოს საწინააღმდეგო წამლით, დატვირთული N-პალმიტოილ გლუკოზამინის ნიოსომები (Glu) მომზადდა NPG-ს (16 mg), Span 60-ის (65 mg), ქოლესტერინის (58 mg) და Solulan C24-ის (54 mg) ნარევის შენჯღრევით დოქსორუბიცინის ხსნარში (1,5 mg/ml, 2 ml, მომზადებული PBS-ში) 90°C-ზე 1 საათის განმავლობაში, რასაც მოჰყვა ულტრაბგერითი ზონდით დამუშავება 10 წუთის განმავლობაში (მაქსიმუმის 75%).
პალმიტოილ გლიკოლ ქიტოზანის (GCP) ვეზიკულები მომზადდა, როგორც ადრე იყო აღწერილი (11), გლიკოლ ქიტოზანისა (10 mg) და ქოლესტერინის (4 mg) ულტრაბგერითი ზონდით დამუშავებით დოქსორუბიცინის ხსნარში (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400W ულტრაბგერითი აპარატი ნანოგადამტანების, როგორიცაა ნიოსომები, ფორმულირებისთვის
ნიოსომების მომზადების ალტერნატიული მეთოდები
ალტერნატიული ნიოსომების ფორმულირების მეთოდები, როგორიცაა უკუფაზური აორთქლების ტექნიკა ან ტრანსმემბრანული pH გრადიენტის მეშვეობით წამლის შეწოვის პროცესი, მოიცავს ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენებას. ორივე ტექნიკა ძირითადად გამოიყენება მრავალფენოვანი ვეზიკულების (MLVs) ფორმულირებისთვის. ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ მოკლე აღწერა ორივე ტექნიკისა და შესაბამისი ულტრაბგერითი დამუშავების ეტაპის შესახებ.
ულტრაბგერითი დამუშავება ნიოსომების მომზადებისას უკუფაზური აორთქლების მეთოდით
უკუფაზური აორთქლების (REV) მეთოდში, ნიოსომური ფორმულირების კომპონენტები იხსნება ეთერისა და ქლოროფორმის ნარევში და ემატება წყალფაზიან გარემოს, რომელიც შეიცავს წამალს. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია გამოიყენება ნარევის მცირე ზომის ემულსიად გარდაქმნისთვის. შემდგომში, ორგანული ფაზა აორთქლდება. ორგანული გამხსნელის აორთქლების დროს მიღებული ნიოსომები არის დიდი ზომის ერთფენოვანი ვეზიკულები.
ტრანსმემბრანული pH გრადიენტის მეშვეობით წამლის შეწოვის პროცესი
ტრანსმემბრანული pH გრადიენტის მეშვეობით წამლის ჩატვირთვის პროცესისთვის (შიგნით მჟავე გარემოთი და დისტანციური ჩატვირთვით) სურფაქტანტი და ქოლესტერინი იხსნება ქლოროფორმში. შემდეგ გამხსნელი აორთქლდება ვაკუუმში, რათა მრგვალძირა კოლბის კედელზე მიღებულ იქნას თხელი ფენა. ფენა ჰიდრატდება 300 mM ლიმონმჟავით (pH 4,0) სუსპენზიის ვორტექსირების გზით. მრავალფენოვანი ვეზიკულები სამჯერ იყინება და ლღვება, შემდეგ კი მუშავდება ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატით. ამ ნიოსომურ სუსპენზიას ემატება 10 mg/ml წამლის შემცველი წყალხსნარი და ნარევი ვორტექსირდება. შემდეგ ნიმუშის pH იზრდება pH 7,0–7,2-მდე 1M დინატრიუმის ფოსფატის გამოყენებით. შემდეგ ნარევი თბება 60°C-ზე 10 წუთის განმავლობაში. ამ ტექნიკით მიიღება მრავალფენოვანი ვეზიკულები. (იხ. Kazi et al. 2010)
ნიოსომების ზომის ულტრაბგერითი შემცირება
ნიოსომების ზომა ჩვეულებრივ 10nm-დან 1000nm-მდე დიაპაზონშია. მომზადების ტექნიკიდან გამომდინარე, ნიოსომები ხშირად შედარებით დიდი ზომისაა და მიდრეკილია აგრეგატების წარმოქმნისკენ. თუმცა ნიოსომების კონკრეტული ზომა მნიშვნელოვანი ფაქტორია სასურველი ტიპის მიწოდების სისტემისთვის. მაგალითად, ნანომეტრულ დიაპაზონში ძალიან მცირე ზომის ნიოსომები ყველაზე შესაფერისია წამლის სისტემური მიწოდებისთვის, როდესაც წამალმა უჯრედულ სამიზნე ადგილამდე მისაღწევად უჯრედის მემბრანები უნდა გადაკვეთოს, ხოლო უფრო დიდი ნიოსომები რეკომენდებულია წამლის კუნთშიდა და ღრუშიდა მიწოდებისთვის ან ოფთალმოლოგიური გამოყენებისთვის. ნიოსომების ზომის ულტრაბგერითი შემცირება მაღალეფექტური ნიოსომების მომზადების გავრცელებული ეტაპია. ულტრაბგერითი ძვრის ძალები შლის ნიოსომების აგლომერატებს და მათ მონოდისპერსიულ ნანონიოსომებად დისპერსირებს.
პროტოკოლი – ლიპონიოსომების ზომის ულტრაბგერითი შემცირება
Naderinezhad et al. (2017) შეიმუშავეს ბიოთავსებადი ლიპონიოსომები (ნიოსომებისა და ლიპოსომების კომბინაცია), რომლებიც შეიცავდა Tween 60: ქოლესტერინი: DPPC (შეფარდებით 55 : 30 : 15 : 3) 3% DSPE-mPEG-ით. მომზადებული ლიპონიოსომების ზომის შესამცირებლად, ჰიდრატაციის შემდეგ, მათ დამუშავეს სუსპენზია ულტრაბგერითი აპარატით 45 წუთის განმავლობაში (15 წამი ჩართული და 10 წამი გამორთული, ამპლიტუდა 70% 100 ვატზე), რათა შეემცირებინათ ნაწილაკების აგრეგაცია ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, გერმანია) გამოყენებით. pH გრადიენტის მეთოდისთვის, CUR-ის, სურფაქტანტებისა და ლიპიდების გამხმარი ფენები ჰიდრატდებოდა 1300 mL ამონიუმის სულფატით (pH 1⁄4 4) 63 C-ზე 47 წუთის განმავლობაში. შემდეგ, ნანონაწილაკები დამუშავდა ულტრაბგერითი აპარატით ყინულის აბანოზე მცირე ზომის ვეზიკულების მისაღებად.
ულტრაბგერითი აპარატები ნიოსომების მომზადებისთვის
Hielscher Ultrasonic-ს აქვს მრავალწლიანი გამოცდილება ფარმაცევტული, კვების და კოსმეტიკური მრეწველობისთვის მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების დაპროექტების, წარმოების, დისტრიბუციისა და მომსახურების სფეროში.
მაღალი ხარისხის ნიოსომების, ლიპოსომების, მყარი ლიპიდური ნანონაწილაკების, პოლიმერული ნანონაწილაკების, ციკლოდექსტრინის კომპლექსებისა და სხვა ნანოსტრუქტურული წამალგადამტანების მომზადება მოიცავს პროცესებს, რომლებშიც Hielscher-ის სონიკატორები გამოირჩევიან მაღალი საიმედოობით, სტაბილური გამომავალი სიმძლავრითა და ზუსტი მართვადობით. Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები საშუალებას იძლევა ზუსტად გაკონტროლდეს პროცესის ყველა პარამეტრი, როგორიცაა ამპლიტუდა, ტემპერატურა, წნევა და ულტრაბგერითი დამუშავების ენერგია. ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფა ავტომატურად იწერს ულტრაბგერითი დამუშავების ყველა პარამეტრს (დრო, თარიღი, ამპლიტუდა, წმინდა ენერგია, ჯამური ენერგია, ტემპერატურა, წნევა) ჩაშენებულ SD-ბარათზე.
Hielscher-ის სონიკატორების გამძლეობა შესაძლებელს ხდის 24/7 რეჟიმში მუშაობას მაღალი დატვირთვისა და რთული გარემო პირობების დროს.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გიჩვენებთ ჩვენი ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატების სავარაუდო წარმადობას:
| ნარევის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით კითხვა!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორიული დან საპილოტო და სამრეწველო მასშტაბის.
ლიტერატურა/წყაროები
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. 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): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
საყურადღებო ფაქტები
ნიოსომები vs ლიპოსომები
ლიპოსომები და ნიოსომები მიკროსკოპული ვეზიკულებია, რომლებიც წამლის მიწოდების მიზნით შეიძლება დაიტვირთოს ბიოაქტიური ნაერთებით. ნიოსომები ლიპოსომების მსგავსია, მაგრამ განსხვავდება მათი ორშრიანი გარსის შემადგენლობით. ლიპოსომებს ფოსფოლიპიდური ორშრიანი გარსი აქვთ, ხოლო ნიოსომების ორშრიანი გარსი არაიონური სურფაქტანტებისგან შედგება, რაც სტრუქტურული ერთეულების ქიმიურ განსხვავებას განაპირობებს. ეს სტრუქტურული განსხვავება ნიოსომებს ანიჭებს უფრო მაღალ ქიმიურ სტაბილურობას, კანში შეღწევის უკეთეს უნარს და მინარევების ნაკლებ შემცველობას.
ნიოსომები ზომის მიხედვით იყოფა სამ ძირითად ჯგუფად: მცირე უნილამელურ ვეზიკულებს (SUV) აქვთ საშუალო დიამეტრი 10–100 nm, დიდ უნილამელურ ვეზიკულებს (LUV) აქვთ საშუალო ზომა 100–3000nm, ხოლო მულტილამელური ვეზიკულები (MLV) ხასიათდება ერთზე მეტი ორშრიანი გარსით.
“ნიოსომები in vivo ლიპოსომების მსგავსად იქცევა, ახანგრძლივებს მათში ჩართული წამლის ცირკულაციას და ცვლის მის განაწილებას ორგანოებში და მეტაბოლურ სტაბილურობას. ლიპოსომების მსგავსად, ნიოსომების თვისებები დამოკიდებულია ორშრიანი გარსის შემადგენლობაზე, ასევე მათი წარმოების მეთოდზე. არსებული მონაცემებით, ქოლესტერინის ინტერკალაცია ორშრიან გარსებში ფორმულირების დროს ამცირებს ჩართვის მოცულობას და, შესაბამისად, ჩართვის ეფექტურობას.” (Kazi et al. 2010)
ნიოსომები შეიძლება მომზადდეს სხვადასხვა ტექნიკით, როგორიცაა თხელი ფენის ჰიდრატაციის ტექნიკა, ულტრაბგერითი დამუშავება, უკუფაზური აორთქლების მეთოდი, გაყინვა-გალღობის მეთოდი, მიკროფლუიდიზაცია ან დეჰიდრატაცია-რეჰიდრატაციის მეთოდი. მომზადების შესაბამისი მეთოდის, სურფაქტანტის, ქოლესტერინის შემცველობის, ზედაპირული მუხტის განმსაზღვრელი დანამატებისა და სუსპენზიის კონცენტრაციის შერჩევით შესაძლებელია ნიოსომების შემადგენლობის, ლამელარულობის, სტაბილურობისა და ზედაპირული მუხტის განსაზღვრა წამლის მატარებლისადმი წაყენებული კონკრეტული მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად.
ძალიან მაღალი ბიოთავსებადობის მქონე ნიოსომების მისაღებად, რომლებსაც აქვთ ძალიან დაბალი ციტოტოქსიკურობა, ნიოსომების მომზადებაში გამოყენებული სურფაქტანტები უნდა იყოს ბიოდეგრადირებადი, ბიოთავსებადი და არაიმუნოგენური.