니오솜의 초음파 제형화

니오솜은 약물(예: 항암제) 및 기타 생리활성 물질의 운반체로 사용할 수 있는 나노 크기의 소포입니다. 초음파 유화는 약물 탑재량이 높은 작은 니오솜을 제형화하는 간단하고 신속한 방법입니다.

유효 성분의 나노 운반체로 사용되는 니오솜 소포

니오솜은 비이온성 계면활성제 기반의 소포로, 주로 비이온성 계면활성제와 첨가제로 도입된 콜레스테롤에 의해 형성됩니다. 니오솜은 리포솜에 비해 화학적 분해나 산화에 더 안정적이며 보관 기간이 깁니다. 니오솜은 제조에 사용되는 계면활성제의 특성으로 인해 생분해성과 생체적합성이 있으며 면역원성이 없습니다. 니오솜은 삼투 활성이 있고 화학적으로 안정적이며 리포솜보다 더 긴 보관 기간을 제공합니다. 크기와 층상 구조에 따라 초음파 처리, 역상 증발, 박막 수화 또는 막횡단 pH 구배 약물 흡수 공정 등 다양한 제조 방법을 사용할 수 있습니다. 초음파 니오솜 제조는 크기가 작고 균일한 단일층 소포를 생산하는 데 선호되는 기법입니다.

초음파를 이용한 니오솜 제형화

니오솜을 제형화하려면 계면활성제와 콜레스테롤의 유기 용액 및 생리활성 화합물, 즉 약물을 함유한 수용액으로 수중유형(o/w) 에멀션을 제조해야 합니다. 초음파 유화는 기름과 물처럼 서로 섞이지 않는 액체를 혼합하는 데 탁월한 기법입니다. 두 상의 액적에 전단력을 가하여 나노 크기로 분쇄하면 나노에멀션이 얻어집니다. 이어서 유기 용매를 증발시키면 치료제가 탑재된 니오솜이 형성되어 수상에 분산됩니다. 기계적 교반과 비교할 때, 초음파 니오솜 제형화 기법은 신속한 공정으로 평균 크기가 더 작고 다분산 지수가 더 낮은 니오솜을 형성한다는 점에서 뛰어납니다. 작은 소포는 큰 입자보다 체내 제거 기전을 더 잘 회피하고 혈류에 더 오래 머무르는 경향이 있으므로 일반적으로 더 작은 소포를 사용하는 것이 바람직합니다. (참조: Bragagni et al. 2014)
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초음파 니오솜 제조 프로토콜

초음파 처리를 이용한 니오솜 제형화는 광범위하게 연구되어 왔으며, 이에 따라 초음파 니오솜 생산을 위한 과학적으로 검증된 프로토콜이 다수 마련되어 있습니다.
아래에서는 초음파 처리를 이용하여 니오솜을 제조하고 물질을 탑재하는 몇 가지 제형화 프로토콜의 간략한 개요를 확인할 수 있습니다.

Withania somnifera 추출물이 탑재된 니오솜
Chinembiri et al. (2017)은 국소 적용을 목적으로 Withania somnifera 조추출물을 니오솜으로 제형화했습니다. 생리활성 화합물은 용매 주입을 통해 캡슐화되었습니다. 이를 위해 유기상과 수상을 지속적으로 자기 교반하고, 유기 용매가 제거될 때까지 온도를 60°C ± 2°C로 유지했습니다. 생성된 제형을 냉각하고 Hielscher UP200ST 초음파 처리기를 사용하여 얼음 위에서 초음파 처리했습니다. 니오솜의 평균 크기는 약 165.9 ± 9.4였으며, withanolide A에 대해 높은 봉입 효율(EE%)을 나타냈습니다.

독소루비신이 탑재된 니오솜
항암제인 독소루비신이 탑재된 N-팔미토일 글루코사민 니오솜(Glu)은 독소루비신 용액(1.5 mg/ml, 2 ml, PBS로 조제)에서 NPG(16 mg), Span 60(65 mg), 콜레스테롤(58 mg), Solulan C24(54 mg)의 혼합물을 90°C에서 1 h 동안 진탕한 후, 10 min 동안 프로브 초음파 처리(최대 출력의 75%)하여 제조했습니다.
팔미토일 글리콜 키토산(GCP) 소포는 앞서 기술된 방법(11)에 따라 독소루비신 용액(1.5 mg/ml)에서 글리콜 키토산(10 mg)과 콜레스테롤(4 mg)을 프로브 초음파 처리하여 제조했습니다. (Dufes et al. 2004)

대체 니오솜 제조 방법

역상 증발법이나 막횡단 pH 구배 약물 흡수 공정과 같은 다른 니오솜 제형화 방법에서도 초음파 에너지를 적용합니다. 두 기법 모두 주로 다중층 소포(MLVs)를 제형화하는 데 사용됩니다. 아래에서는 두 기법과 각 기법에 포함된 초음파 처리 단계를 간략히 설명합니다.

역상 증발법을 이용한 니오솜 제조에서의 초음파 처리

역상 증발(REV)법에서는 니오솜 제형의 구성 성분을 에테르와 클로로포름의 혼합물에 용해한 후 약물이 포함된 수상에 첨가합니다. 초음파 유화를 이용하여 이 혼합물을 미세한 에멀젼으로 만듭니다. 이어서 유기상을 증발시킵니다. 유기 용매가 증발하는 동안 얻어지는 니오솜은 크기가 큰 단일층 소포입니다.

막횡단 pH 구배 약물 흡수 공정

막횡단 pH 구배(내부가 산성인 조건) 약물 흡수 공정(원격 로딩 사용)에서는 계면활성제와 콜레스테롤을 클로로포름에 용해합니다. 그런 다음 진공 상태에서 용매를 증발시켜 둥근바닥 플라스크의 벽에 박막을 형성합니다. 현탁액을 볼텍싱하여 300 mM 시트르산(pH 4.0)으로 박막을 수화합니다. 다중층 소포를 세 차례 동결 및 해동한 후 프로브형 초음파 처리기로 초음파 처리합니다. 이 니오솜 현탁액에 약물 10 mg/ml가 함유된 수용액을 첨가하고 볼텍싱합니다. 그런 다음 1M 인산이나트륨으로 시료의 pH를 pH 7.0–7.2까지 높입니다. 이어서 혼합물을 60°C로 10분 동안 가열합니다. 이 기법으로 다중층 소포가 생성됩니다. (참조: Kazi et al. 2010)

니오솜의 초음파 크기 감소

니오솜의 크기는 일반적으로 10nm에서 1000nm 범위입니다. 제조 기법에 따라 니오솜은 크기가 비교적 큰 경우가 많으며 응집체를 형성하는 경향이 있습니다. 그러나 목표로 하는 전달 시스템의 유형에 맞는 특정 니오솜 크기는 중요한 요소입니다. 예를 들어, 나노미터 범위의 매우 작은 니오솜은 약물이 세포 내 표적 부위에 도달하기 위해 세포막을 통과하여 전달되어야 하는 전신 약물 전달에 가장 적합한 반면, 더 큰 니오솜은 근육 내 및 체강 내 약물 전달이나 안과 용도로 권장됩니다. 니오솜의 초음파 크기 감소는 효능이 매우 높은 니오솜을 제조하는 과정에서 흔히 수행되는 단계입니다. 초음파 전단력은 니오솜의 응집을 해체하고 단분산 나노 니오솜으로 분산시킵니다.

프로토콜 – LipoNiosomes의 초음파 크기 감소

Naderinezhad et al. (2017)은 Tween 60: 콜레스테롤: DPPC(55 : 30 : 15 : 3 비율)와 3% DSPE-mPEG를 함유하는 생체적합성 LipoNiosomes(니오솜과 리포솜의 조합)를 제형화했습니다. 제조한 LipoNiosomes의 크기를 줄이기 위해 수화 후 초음파 균질기 UP200St(Hielscher Ultrasonics GmbH, 독일)를 사용하여 현탁액을 45 min 동안 초음파 처리했습니다(15초 작동 및 10초 정지, 100와트에서 진폭 70%). 이를 통해 입자 응집을 최소화했습니다. pH 구배법에서는 CUR, 계면활성제 및 지질의 건조 박막을 63 C에서 47 min 동안 황산암모늄 용액(pH 1⁄4 4) 1300 mL로 수화했습니다. 그런 다음 얼음 수조에서 나노입자를 초음파 처리하여 작은 소포를 생성했습니다.

니오솜 제조용 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonic은 제약, 식품 및 화장품 산업용 고성능 초음파 균질기의 설계, 제조, 유통 및 서비스 분야에서 오랜 경험을 보유하고 있습니다.
고품질 니오솜, 리포솜, 고체 지질 나노입자, 고분자 나노입자, 사이클로덱스트린 복합체 및 기타 나노구조 약물 운반체의 제조는 Hielscher 초음파 처리기가 높은 신뢰성, 일정한 출력 및 정밀한 제어 성능을 바탕으로 탁월한 성능을 발휘하는 공정입니다. Hielscher 초음파 처리기는 진폭, 온도, 압력 및 초음파 처리 에너지와 같은 모든 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 지능형 소프트웨어는 모든 초음파 처리 매개변수(시간, 날짜, 진폭, 순에너지, 총에너지, 온도, 압력)를 내장 SD 카드에 자동으로 기록합니다.
Hielscher 초음파 처리기는 견고하여 고부하 조건과 까다로운 환경에서도 24/7 가동할 수 있습니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.