Ultraschallbehandlung vun Nanopartikele fir pharmazeutesch Produiten

Ultraschallgeräter mat Sond spillen eng entscheedend Roll an der pharmazeutescher Fuerschung a Produktioun, andeems si e leeschtungsstaarkt a kontrolléiert Mëttel fir d’Verklengerung vun der Partikelgréisst, den Zellopschloss an d’Homogeniséierung ubidden. Ultraschallgeräter benotzen Ultraschallwellen, fir Kavitatioun ze erzeugen, wat zur Bildung an zum Zesummebroch vu mikroskopesche Blose féiert. Dëst Phenomeen erzeugt intensiv Schéierkräften a Stousswellen, déi Partikelen effektiv zerkleineren oder Zellen opschléissen.

Hei sinn e puer wichteg Aspekter vum Asaz vun Ultraschallgeräter mat Sond a pharmazeuteschen Uwendungen:

• Verklengerung vun der Partikelgréisst: Ultraschallgeräter mat Sond ginn agesat, fir d’Partikelgréisst vu pharmazeutesche Wierkstoffer (APIs) oder anere Verbindungen ze verklengeren. Eng kleng an eenheetlech Partikelgréisst ass entscheedend, fir d’Bioverfügbarkeet, d’Opléisungsgeschwindegkeeten an d’Gesamtwierksamkeet vu pharmazeutesche Formuléierungen ze verbesseren.
• Zellopschloss: An der biopharmazeutescher Fuerschung ginn Ultraschallgeräter mat Sond fir den Zellopschloss benotzt, fir intrazellulär Bestanddeeler fräizesetzen. Dëst ass besonnesch wichteg fir d’Extraktioun vu Proteinnen, Enzymen an anere Biomoleküllen aus mikrobiellen Zellen oder kultivéierte Mamendéierenzellen.
• Homogeniséierung: D’Homogeniséierung vu pharmazeutesche Formuléierungen ass essentiell, fir eng eenheetlech Verdeelung vun de Bestanddeeler ze garantéieren. Ultraschallgeräter mat Sond hëllefen, Homogenitéit z’erreechen, andeems si Agglomerater opbriechen an d’Komponente gläichméisseg dispergéieren.
• Bildung vun Nanoemulsiounen a Liposomen: D’Ultraschallbehandlung gëtt benotzt, fir stabil Nanoemulsiounen a Liposomen a pharmazeutesche Formuléierungen hierzestellen. Dës nanoskaleg Transportsystemer gi fir d’Liwwerung vu Medikamenter agesat, fir d’Léislechkeet an d’Bioverfügbarkeet ze verbesseren.
• Qualitéitskontroll a Prozessoptimiséierung: D’Ultraschallbehandlung ass e wäertvollt Instrument fir d’Qualitéitskontroll an der pharmazeutescher Produktioun. Si hëlleft, Prozesser ze optimiséieren, andeems si eng konstant Partikelgréissteverdeelung an Homogenitéit garantéiert an domat zur Reproduzéierbarkeet vu Charge zu Charge bäidréit.
• Formuléierung an Entwécklung vu Medikamenter: Bei der Formuléierung an Entwécklung vu Medikamenter ginn Ultraschallgeräter mat Sond benotzt, fir stabil Suspensiounen, Emulsiounen oder Dispersiounen hierzestellen. Dëst ass entscheedend fir d’Entwécklung vu pharmazeutesche Produite mat de gewënschte physikaleschen a cheemeschen Eegenschaften.

Nanomaterialien a pharmazeutesche Produiten

Ultraschalltechnologië spillen eng zentral Roll bei der Preparatioun, Veraarbechtung a Funktionaliséierung vun Nanomaterialien an der pharmazeutescher Fuerschung a Produktioun. Déi intensiv Effekter vu leeschtungsstaarkem Ultraschall, dorënner d’akustesch Kavitatioun, droen dozou bäi, Agglomerater opzebriechen, Partikelen ze dispergéieren an Nanodrëpsen ze emulgéieren. Déi leeschtungsstaark Ultraschallgeräter vun Hielscher bidden eng zouverlässeg an effizient Léisung fir pharmazeutesch Standarden, garantéieren eng sécher Produktioun an erliichteren d’Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf ouni zousätzlechen Opwand fir d’Optimiséierung.

Veraarbechtung vun Nanomaterialien

Nanomaterialien, besonnesch Nanopartikelen, hunn den Transport vu Medikamenter an der Pharmazeutik revolutionéiert, andeems si eng bewäert Method bidden, fir Wierkstoffer mëndlech oder duerch Injektioun ze verabreechen. Dës Technologie verbessert d’Effizienz vun der Doséierung an der Verabreechung vu Medikamenter an erschléisst nei Weeër fir medezinesch Behandlungen. D’Méiglechkeet, Medikamenter, Hëtzt oder aner aktiv Substanzen direkt u bestëmmt Zellen, besonnesch u krank Zellen, ze bréngen, stellt e bedeitende Fortschrëtt duer.

An der Kriibstherapie hu Medikamenter mat Nanoformuléierungen villverspriechend Resultater gewisen. Dobäi gëtt de Virdeel vun de Partikelen an Nanogréisst genotzt, fir héich Medikamentendosissen direkt un Tumorzellen ze bréngen, déi therapeutesch Effekter ze maximéieren an dobäi d’Niewewierkungen op aner Organer ze miniméieren. D’Gréisst am Nanoberäich erlaabt dëse Partikelen, duerch Zellwänn a Membranen ze kommen an d’Wierkstoffer genee bei de geziilt ugeschwatenen Zelle fräizesetzen.

D’Veraarbechtung vun Nanomaterialien, déi als Partikele mat Dimensioune vu manner wéi 100nm definéiert sinn, bréngt Erausfuerderunge mat sech, déi méi Opwand erfuerderen. Ultraschallkavitatioun erweist sech als eng gutt etabléiert Technologie fir d’Desagglomeratioun an d’Dispergéierung vun Nanomaterialien. Kuelestoffnanoréier (CNTs), besonnesch méiwandeg Kuelestoffnanoréier (MWCNTs) an eenwandeg Kuelestoffnanoréier (SWCNTs), weisen eenzegaarteg Eegeschaften op a bidden e grousst bannescht Volumen fir d’Ankapselung vu Medikamentemoleküllen an ënnerschiddlech Uewerfläche fir d’Funktionaliséierung.
 

Sonocheemesch Produktioun vu SWCNTs. Siliziumdioxidpolver an enger Léisung vun engem Ferrocen-Xylol-Gemësch gouf 20 min. laang bei Raumtemperatur an ënner Ëmgéigendsdrock mat Ultraschall behandelt. D’Ultraschallbehandlung produzéiert héichreng SWCNTS op der Uewerfläch vum Siliziumdioxidpolver. (Jeong et al. 2004)

Funktionaliséiert Kuelestoffnanoréier (f-CNTs) spillen eng entscheedend Roll bei der Verbesserung vun der Léislechkeet, der Erméiglechung vun enger effizienter gezilter Usteierung vun Tumoren an der Vermeidung vun Zytotoxizitéit. Ultraschalltechnike vereinfachen hir Produktioun a Funktionaliséierung, wéi zum Beispill déi sonocheemesch Method fir héichreng SWCNTs. Ausserdeem kënnen f-CNTs als Transportsystemer fir Impfstoffer déngen, andeems Antigener u Kuelestoffnanoréier gebonne ginn, fir spezifesch Antikierperreaktiounen auszeléisen.
Keramesch Nanopartikelen aus Siliziumdioxid, Titandioxid oder Aluminiumoxid hunn eng poréis Uewerfläch, wat si zu ideale Medikamentendréier mécht. D’Ultraschallsynthes an d’Ausfällung vun Nanopartikelen, bei deenen d’Sonochemie genotzt gëtt, bidden e Bottom-up-Usaz fir d’Hierstellung vu Verbindungen an Nanogréisst. De Prozess verbessert de Stofftransport, wat zu méi klenge Partikelgréissten an enger méi héijer Gläichméissegkeet féiert

Ultraschallsynthes an Ausfällung vun Nanopartikelen

D’Ultraschallbehandlung spillt eng wesentlech Roll bei der Funktionaliséierung vun Nanopartikelen. Dës Technik brécht d’Grenzschichte ronderëm d’Partikelen effizient op, sou datt nei funktionell Gruppen d’Partikeluewerfläch erreeche kënnen. Zum Beispill stéiert d’Ultraschallfunktionaliséierung vun eenwandege Kuelestoffnanoréier (SWCNTs) mat PL-PEG-Fragmenter déi onspezifesch Opnam duerch Zellen, wärend si déi spezifesch zellulär Opnam fir geziilt Uwendunge fërdert.

Fir Nanopartikele mat spezifeschen Eegeschaften a Funktiounen ze kréien, muss d’Uewerfläch vun de Partikele modifizéiert ginn. Verschidden Nanosystemer wéi polymer Nanopartikelen, Liposomen, Dendrimeren, Kuelestoffnanoréier, Quantepunkten asw. kënnen erfollegräich funktionaliséiert ginn, fir si effizient an der Pharmazeutik anzesetzen.

Praktescht Beispill vun der Ultraschallfunktionaliséierung vu Partikelen:

Ultraschallfunktionaliséierung vu SWCNTs mat PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) hu gewisen, datt d’Dispergéiere vun eenwandege Kuelestoffnanoréier (SWNTs) duerch Ultraschall mat Phospholipid-Polyethylenglykol (PL-PEG) de PL-PEG fragmentéiert an doduerch seng Fäegkeet beeinträchtegt, déi onspezifesch Opnam duerch Zellen ze blockéieren. Onfragmentéierte PL-PEG fërdert awer déi spezifesch zellulär Opnam vu SWNTs, déi op zwou ënnerschiddlech Klasse vu Rezeptoren ausgeriicht sinn, déi vu Kriibszellen expriméiert ginn. D’Ultraschallbehandlung a Presenz vu PL-PEG ass eng geleefeg Method, fir Kuelestoffnanoréier ze dispergéieren oder ze funktionaliséieren, an d’Integritéit vum PEG ass wichteg, fir déi spezifesch zellulär Opnam vu ligandefunktionaliséierten Nanoréier ze fërderen. Well d’Fragmentéierung eng warscheinlech Konsequenz vun der Ultraschallbehandlung ass, enger Technik, déi dacks benotzt gëtt, fir SWNTs ze dispergéieren, kéint dëst bei bestëmmten Uwendungen, wéi der Wierkstoffliwwerung, problematesch sinn.
 

Ultraschalldispersioun vu SWCNTs mat PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Bildung vu Liposome mat Ultraschall

Eng aner erfollegräich Uwendung vum Ultraschall ass d’Hierstellung vu Liposomen an Nanoliposomen. Liwwersystemer fir Wierkstoffer a Genen op Basis vu Liposome spillen eng bedeitend Roll a villfältegen Therapien, awer och an der Kosmetik an an der Ernärung. Liposome si gutt Träger, well waasserléislech Wierkstoffer an hire waasserhaltege Kär oder, wann de Wierkstoff fettléislech ass, an d’Lipidschicht abruecht kënne ginn. Liposome kënnen duerch den Asaz vun Ultraschall gebilt ginn. D’Grondmaterial fir d’Hierstellung vu Liposome sinn amphiphil Moleküllen, déi vu biologesche Membranlipiden ofgeleet sinn oder op dëse baséieren. Fir kleng unilamellar Vesikelen (SUV) ze bilden, gëtt d’Lipiddispersioun douce mat Ultraschall behandelt – z. B. mam handgehalenen Ultraschallapparat UP50H (50W, 30kHz), dem VialTweeter oder engem Ultraschall-Becherhorn. Esou eng Ultraschallbehandlung dauert ongeféier 5 – 15 Minutten. Eng aner Method, fir kleng unilamellar Vesikelen hierzestellen, ass d’Ultraschallbehandlung vu Liposomen a Form vu multilamellare Vesikelen.
Dinu-Pirvu et al. (2010) berichten iwwer d’Gewanne vun Transferosomen duerch d’Ultraschallbehandlung vu MLVs bei Raumtemperatur.
Hielscher Ultrasonics bitt verschidden Ultraschallapparater, Sonotroden an Accessoiren un, fir den Ufuerderunge vun all Zort vu Prozesser gerecht ze ginn.
Liest méi iwwer Aloe-vera-Extrait, dee mat Ultraschall extrahéiert an akapselt gouf!

Akapselung vu Wierkstoffer a Liposome mat Ultraschall

Liposome déngen als Träger fir Wierkstoffer. Ultraschall ass en effikast Instrument, fir Liposome fir d’Aschléisse vu Wierkstoffer virzebereeden an ze bilden. Virun der Akapselung tendéieren d’Liposome dozou, duerch d’Interaktioun tëscht den Uewerflächeladunge vun de polare Käpp vun de Phospholipiden Cluster ze bilden (Míckova et al. 2008); ausserdeem musse si opgemaach ginn. Als Beispill beschreiwen Zhu et al. (2003) d’Akapselung vu Biotinpudder a Liposomen duerch Ultraschall. Wéi de Biotinpudder an d’Vesikelsuspensiounsléisung bäigefüügt gouf, gouf d’Léisung ongeféier 1 Stonn laang mat Ultraschall behandelt. No dëser Behandlung war de Biotin an de Liposomen ageschloss.

Liposomal Emulsiounen

Fir de fleegenden Effekt vu fiichtegkeetsspendege Cremen oder Anti-Aging-Cremen, Lotiounen, Gelen an anere kosmezeutesche Formuléierungen ze verstäerken, ginn Emulgatoren zu de liposomalen Dispersioune bäigefüügt, fir méi grouss Quantitéite vu Lipiden ze stabiliséieren. Ënnersichungen hunn awer gewisen, datt d’Kapazitéit vu Liposomen am Allgemenge limitéiert ass. Wann Emulgatore bäigefüügt ginn, trëtt dësen Effekt méi fréi op, an déi zousätzlech Emulgatore schwächen d’Affinitéit vum Phosphatidylcholin fir d’Barriär. Nanopartikelen – déi aus Phosphatidylcholin a Lipide bestinn – sinn d’Äntwert op dëse Problem. Dës Nanopartikele bestinn aus engem Uelegdrëps, dee mat enger Monoschicht vu Phosphatidylcholin bedeckt ass. D’Verwende vun Nanopartikelen erméiglecht Formuléierungen, déi méi Lipiden ophuele kënnen a stabil bleiwen, sou datt keng zousätzlech Emulgatoren néideg sinn.
D’Ultraschallbehandlung ass eng bewäert Method fir d’Produktioun vun Nanoemulsiounen an Nanodispersiounen. Ultraschall mat ganz héijer Intensitéit liwwert déi néideg Leeschtung, fir eng flësseg Phas (disperséiert Phas) a Form vu klengen Drëpsen an enger zweeter Phas (kontinuéierlech Phas) ze dispergéieren. An der Dispergéierungszon verursaachen implodéierend Kavitatiounsblosen intensiv Stousswellen an der Flëssegkeet ronderëm a féieren zur Bildung vu Flëssegkeetsstrale mat héijer Stréimungsvitesse. Fir déi nei gebilten Drëpse vun der disperséierter Phas géint Koaleszenz ze stabiliséieren, ginn Emulgatoren (uewerflächenaktiv Substanzen, Tensiden) a Stabilisatoren zu der Emulsioun bäigefüügt. Well d’Koaleszenz vun den Drëpsen nom Opbriechen déi endgülteg Drëpsegréissteverdeelung beaflosst, ginn effizient stabiliséierend Emulgatore benotzt, fir déi endgülteg Drëpsegréissteverdeelung op engem Niveau ze halen, deen der Verdeelung direkt nom Opbrieche vun den Drëpsen an der Ultraschall-Dispergéierungszon entsprécht.

Liposomal Dispersiounen

Liposomal Dispersiounen, déi op ongesättegtem Phosphatidylchlorin baséieren, sinn net genuch géint Oxidatioun stabil. D’Dispersioun ka mat Antioxidantien stabiliséiert ginn, zum Beispill mat engem Komplex aus de Vitaminne C an E.
Ortan et al. (2002) hunn an hirer Etüd iwwer d’Virbereedung vun äthereschem Ueleg vun Anethum graveolens a Liposome mat Ultraschall gutt Resultater erreecht. No der Ultraschallbehandlung louch d’Gréisst vun de Liposomen tëscht 70–150 nm a bei MLV tëscht 230–475 nm; dës Wäerter waren och no 2 Méint ongeféier konstant, sinn awer no 12 Méint geklommen, besonnesch an der SUV-Dispersioun (kuckt d’Histogrammen hei drënner). D’Stabilitéitsmiessung a Bezuch op de Verloscht vun äthereschem Ueleg an d’Gréissteverdeelung huet och gewisen, datt liposomal Dispersiounen de Gehalt u flüchtegem Ueleg bäibehalen hunn. Dëst léisst unhuelen, datt d’Aschléisse vum äthereschen Ueleg a Liposomen d’Stabilitéit vum Ueleg erhéicht huet.
 

Stabilitéit vu MLV- an SUV-Dispersiounen no 1 Joer. Liposomal Formuléierunge goufe bei 4±1 ºC gelagert.
(Etüd a Grafik: ©Ortan et al., 2009):

 
Klickt hei, fir méi iwwer d’Virbereedung vu Liposome mat Ultraschall ze liesen!

Héichleeschtungssonikatore fir pharmazeutesch Fuerschung a Produktioun

Hielscher Ultrasonics ass Äre féierende Fournisseur vu qualitativ héichwäertegen, leeschtungsstaarke Sonikatore fir d’Fuerschung an d’Produktioun vu Medikamenter. Apparater am Beräich vu 50 Watt bis zu 16.000 Watt erlaben et, fir all Volumen an all Prozess de passenden Ultraschallprozessor ze fannen. Duerch hir héich Leeschtung, Zouverlässegkeet, Robustheet an einfach Bedéngung ass d’Ultraschallbehandlung eng wesentlech Technik fir d’Virbereedung an d’Veraarbechtung vun Nanomaterialien. Mat CIP (Botzen op der Plaz) a SIP (Steriliséieren op der Plaz) ausgestatt, garantéieren Hielscher Sonikatoren eng sécher an effizient Produktioun no pharmazeutesche Standarden. All spezifesch Ultraschallprozesser kënnen einfach am Labo oder am Dëschmoossstaf getest ginn. D’Resultater vun dëse Versich si vollstänneg reproduzéierbar, sou datt déi uschléissend Vergréisserung vum Moossstaf linear ass an einfach ouni zousätzlechen Opwand fir d’Prozessoptimiséierung duerchgefouert ka ginn.

Hielscher Sonikatoren: Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen déi reibungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater gi liicht mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfeld eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifizéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op leeschtungsstaark Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Literatur/Referenzen

• 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.

 

Ultraschall ass eng innovativ Technologie, déi erfollegräich fir d’sonochemesch Synthes, d’Desagglomeratioun, d’Dispersioun, d’Emulgéierung, d’Funktionaliséierung an d’Aktivéierung vu Partikele benotzt gëtt. Besonnesch an der Nanotechnologie ass d’Ultraschallbehandlung eng wesentlech Technik fir d’Synthes an d’Veraarbechtung vu Materialien an Nanogréisst. Zënter d’Nanotechnologie dësen aussergewéinleche wëssenschaftlechen Interessi erwächt huet, gi Partikelen an Nanogréisst an aussergewéinlech ville wëssenschaftlechen an industrielle Beräicher agesat. Och d’pharmazeutesch Industrie huet dat héicht Potenzial vun dësem flexibelen a variable Material entdeckt. Dofir ginn Nanopartikelen a verschidde funktionell Uwendungen an der pharmazeutescher Industrie integréiert, dorënner:

• Medikamenteliwwerung (Dréier)
• Diagnostikprodukter
• Produktverpackung
• Entdeckung vu Biomarker