초음파를 이용한 나노구조 지질 약물 전달체 제형화

나노구조 지질 전달체(NLC)는 지질 코어와 수용성 외피를 갖춘 첨단 나노 크기 약물 전달 시스템입니다. NLC는 안정성이 높고, 생리활성 분자를 분해로부터 보호하며, 약물의 지속 방출을 제공합니다. 초음파 처리는 약물이 담지된 나노구조 지질 전달체를 제조하는 신뢰할 수 있고 효율적이며 간단한 기술입니다.

초음파를 이용한 나노구조 지질 전달체 제조

나노구조 지질 전달체(NLC)는 수성 매질에 고체 지질, 액체 지질 및 계면활성제를 함유하여 우수한 용해도와 생체이용률 특성을 갖습니다. NLC는 높은 생체이용률과 지속적인 약물 방출을 제공하는 안정적인 약물 전달체 시스템을 제형화하는 데 널리 사용됩니다. NLC는 경구 투여부터 비경구 투여까지 폭넓게 활용되며, 국소/경피, 안과용(안구) 및 폐 투여에도 사용됩니다.
초음파 분산 및 유화는 활성 화합물이 담지된 나노구조 지질 전달체를 제조하는 신뢰할 수 있고 효율적인 기술입니다. 초음파를 이용한 NLC 제조의 주요 장점은 유기 용매, 다량의 계면활성제 또는 첨가 화합물이 필요하지 않다는 것입니다. 초음파를 이용한 NLC 제형화는 용융 지질을 계면활성제 용액에 첨가한 후 초음파 처리하는 비교적 간단한 방법입니다.

초음파로 활성 성분을 담지한 나노구조 지질 전달체의 예시 프로토콜

초음파 처리를 통한 덱사메타손 담지 NLC
안과용으로 사용할 가능성이 있는 무독성 NLC 시스템을 초음파 처리로 제조했으며, 그 결과 좁은 크기 분포, 높은 덱사메타손 포집 효율 및 향상된 침투력을 얻었습니다. NLC 시스템은 Hielscher UP200S 초음파 처리기를 사용하고 Compritol 888 ATO, Miglyol 812N 및 Cremophor RH60을 구성 성분으로 하여 초음파로 제조했습니다.
고체 지질, 액체 지질 및 계면활성제를 가열식 자석 교반기를 사용하여 85ºC에서 용융시켰습니다. 그런 다음 덱사메타손을 용융 지질 혼합물에 첨가하여 분산시켰습니다. 순수를 85ºC로 가열하고 두 상을 70% 진폭으로 10 min 동안 Hielscher UP200S 초음파 균질기로 초음파 처리했습니다. NLC 시스템은 얼음 수조에서 냉각했습니다.
초음파로 제조한 NLC는 좁은 크기 분포, 높은 DXM 포집 효율 및 향상된 침투력을 나타냅니다.
연구진이 낮은 계면활성제 농도와 낮은 지질 농도(예: 계면활성제 2.5%, 총 지질 10%)의 사용을 권장하는 이유는 이러한 조건에서 주요 안정성 매개변수(Z_ave, ZP, PDI)와 약물 담지 용량(EE%)이 적절한 수준이 되면서 유화제 농도는 낮은 수준으로 유지될 수 있기 때문입니다.
(Kiss et al. 2019 참조)

초음파 처리를 통한 레티닐팔미테이트 담지 NLC
레티노이드는 피부과의 주름 치료에 널리 사용되는 성분입니다. 레티놀과 레티닐팔미테이트는 레티노이드군에 속하는 두 화합물로, 표피 두께를 증가시키는 능력이 있으며 주름 개선제로 효과적입니다.
NLC 제형은 초음파 처리법으로 제조했습니다. 제형에는 세틸팔미테이트 7.2%, 올레산 4.8%, Tween 80 10%, 글리세린 10% 및 레티닐팔미테이트 2%가 함유되었습니다. 레티닐팔미테이트 담지 NLC는 다음 단계에 따라 제조했습니다. 용융 지질 혼합물을 60–70°C에서 계면활성제, 보조 계면활성제, 글리세린 및 탈이온수와 혼합합니다. 이 혼합물을 고전단 혼합기로 9800rpm에서 5 min 동안 교반합니다. 예비 유화액이 형성되면 즉시 프로브형 초음파 균질기를 사용하여 2 min 동안 초음파 처리합니다. 그런 다음 얻어진 NLC를 실온에서 24 h 동안 보관했습니다. 유화액을 실온에서 24 h 동안 보관한 후 나노입자 크기를 측정했습니다. NLC 제형의 입자 크기는 200–300nm 범위였습니다. 얻어진 NLC는 연한 노란색을 띠며, 액적 크기는 258±15.85 nm, 다분산 지수는 0.31±0.09입니다. 아래 TEM 이미지는 초음파로 제조한 레티닐팔미테이트 담지 NLC를 보여줍니다.
(Pamudji et al. 2015 참조)

초음파로 제형화한 레티닐팔미테이트 NLCs의 형태: (A) 배율 10000x, (B) 배율 20000x, (C) 배율 40000x
출처: Pamudji et al. 2016

초음파 처리를 통한 Zingiber zerumbet 담지 NLCs
나노구조 지질 운반체는 고체 지질, 액체 지질 및 계면활성제의 혼합물로 구성됩니다. 이는 수용성이 낮은 생리활성 물질을 투여하고 그 생체이용률을 크게 높이는 데 탁월한 약물 전달 시스템입니다.
Zingiber zerumbet이 담지된 NLCs를 제형화하기 위해 다음 단계를 수행했습니다. 균일하고 투명한 지질상을 얻기 위해 1%의 고체 지질인 글리세릴모노스테아레이트와 4%의 액체 지질인 버진 코코넛 오일을 혼합하고 50°C에서 용융했습니다. 이어서 온도를 글리세릴모노스테아레이트의 용융 온도보다 10°C 높게 계속 유지하면서 지질상에 1%의 Zingiber zerumbet 오일을 첨가했습니다. 수상을 준비하기 위해 증류수, Tween 80 및 대두 레시틴을 정확한 비율로 혼합했습니다. 이 수성 혼합물을 즉시 지질 혼합물에 첨가하여 예비 에멀젼 혼합물을 형성했습니다. 그런 다음 고전단 균질기를 사용하여 예비 에멀젼을 11,000 rpm에서 1 min 동안 균질화했습니다. 이후 프로브형 초음파 처리기를 사용하여 예비 에멀젼을 50% 진폭으로 20 min 동안 초음파 처리했습니다. 마지막으로 입자 응집을 방지하도록 차가운 수조에서 현탁액을 급랭하기 위해 NLC 분산액을 얼음물 수조에서 실온(25±1°C)까지 냉각했습니다. NLCs는 4°C에서 보관했습니다.
Zingiber zerumbet이 담지된 NLCs는 나노미터 단위로 80.47±1.33의 크기, 0.188±2.72의 안정적인 다분산 지수, -38.9±2.11의 제타 전위 값을 나타냅니다. 봉입 효율은 지질 운반체가 Zingiber zerumbet 오일을 80%를 초과하는 효율로 봉입할 수 있음을 보여줍니다.
(참조: Rosli et al. 2015)

초음파 처리를 통한 Valsaratan 담지 NLCs
Valsaratan은 항고혈압제에 사용되는 안지오텐신 II 수용체 차단제입니다. 발사르탄은 낮은 수용성 때문에 생체이용률이 약 23%에 불과합니다. 초음파 용융 유화법을 사용하여 생체이용률이 크게 향상된 Valsaratan 담지 NLCs를 제조할 수 있었습니다.
간단히 설명하면, Val의 유성 용액을 지질 용융점보다 10°C 높은 온도에서 일정량의 용융 지질 물질과 혼합했습니다. 일정 중량의 Tween 80과 데옥시콜산나트륨을 용해하여 계면활성제 수용액을 준비했습니다. 이 계면활성제 용액을 동일한 온도까지 추가로 가열하고, 프로브를 이용한 초음파 처리로 3 min 동안 유성 지질 약물 용액과 혼합하여 에멀젼을 형성했습니다. 그런 다음 형성된 에멀젼을 자기 교반으로 10 min 동안 냉각수에 분산시켰습니다. 형성된 NLCs는 원심분리로 분리했습니다. 상등액에서 시료를 채취하고 검증된 HPLC 방법으로 Val의 농도를 분석했습니다.
초음파 용융 유화법은 스트레스 조건을 최소화하면서도 간단하고 독성 유기 용매를 사용하지 않는 등 여러 장점이 있습니다. 달성된 최대 포집 효율은 75.04%였습니다.
(참조: Albekery et al. 2017)

파클리탁셀, 클로트리마졸, 돔페리돈, 푸에라린 및 멜록시캄과 같은 다른 활성 화합물도 초음파 기법을 사용하여 고체 지질 나노입자와 나노구조 지질 운반체에 성공적으로 도입되었습니다. (참조: Bahari and Hamishehkar 2016)

초음파 저온 균질화

저온 균질화 기법으로 나노구조 지질 운반체를 제조할 때는 약리 활성 분자, 즉 약물을 지질 용융물에 용해한 다음 액체 질소나 드라이아이스로 빠르게 냉각합니다. 냉각 중에 지질이 고화됩니다. 그런 다음 고체 지질 덩어리를 나노입자 크기로 분쇄합니다. 지질 나노입자를 차가운 계면활성제 용액에 분산시켜 저온 예비 현탁액을 얻습니다. 마지막으로 이 현탁액을 실온에서 초음파 처리하며, 이때 초음파 플로우 셀 반응기를 사용하는 경우가 많습니다.
물질을 첫 번째 단계에서 단 한 번만 가열하므로 초음파 저온 균질화는 주로 열에 민감한 약물의 제형화에 사용됩니다. 많은 생리활성 분자와 의약 화합물은 열에 의해 쉽게 분해되므로 초음파 저온 균질화가 널리 사용됩니다. 저온 균질화 기법의 또 다른 장점은 수성상을 사용하지 않는다는 점입니다. 이를 통해 고온 균질화 중에 액체 지질상에서 수상으로 분배될 수 있는 친수성 분자를 더 쉽게 캡슐화할 수 있습니다.

초음파 고온 균질화

초음파 처리를 고온 균질화 기법으로 사용할 때는 용융 지질과 활성 화합물(즉, 약리 활성 성분)을 강하게 교반하면서 뜨거운 계면활성제에 분산시켜 예비 에멀션을 얻습니다. 고온 균질화 공정에서는 지질/약물 현탁액과 계면활성제의 두 용액을 동일한 온도(고체 지질의 융점보다 약 5–10°C 높은 온도)로 가열하는 것이 중요합니다. 두 번째 단계에서는 온도를 유지하면서 예비 에멀션에 고성능 초음파 처리를 수행합니다.

나노구조 지질 운반체용 고성능 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics의 강력한 초음파 시스템은 고체 지질 나노입자(SLNs), 나노구조 지질 운반체(NLCs), 나노에멀션 및 나노캡슐과 같은 고품질 나노 약물 운반체를 생산하기 위해 전 세계의 제약 연구개발 및 생산 분야에서 사용됩니다. Hielscher는 고객의 요구를 충족하기 위해 작고 강력한 휴대형 실험실용 균질기와 탁상형 초음파 처리기부터 의약품 제형의 대량 생산을 위한 완전한 산업용 초음파 시스템까지 공급합니다. 나노구조 지질 운반체(NLCs) 생산에 최적의 구성을 확보할 수 있도록 다양한 초음파 소노트로드와 반응기를 제공합니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 및 까다로운 환경에서도 24/7 운전을 가능하게 합니다.
고객이 의약품 제조 및 품질관리 기준(GMP)을 충족하고 표준화된 공정을 확립할 수 있도록 모든 디지털 초음파 처리기에는 초음파 처리 매개변수의 정밀 설정, 지속적인 공정 제어, 모든 주요 공정 매개변수의 내장 SD 카드 자동 기록을 위한 지능형 소프트웨어가 탑재되어 있습니다. 높은 제품 품질은 공정 제어와 지속적으로 높은 가공 기준에 달려 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 공정을 모니터링하고 표준화하는 데 도움을 줍니다!

Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해서는 맞춤형 초음파 소노트로드를 제공합니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 및 까다로운 환경에서도 24/7 운전을 가능하게 합니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다: