Nanostructuur lipidedragers (NLC's) zijn een geavanceerde vorm van nanosystemen voor het toedienen van geneesmiddelen met een lipidekern en een in water oplosbaar omhulsel. NLC's hebben een hoge stabiliteit, beschermen de actieve biomoleculen tegen degradatie en bieden een duurzame geneesmiddelafgifte. Ultrasonicatie is een betrouwbare, efficiënte en eenvoudige techniek om geladen nano-gestructureerde lipidedragers te produceren.

Ultrasone voorbereiding van Nanogestructureerde Lipid Carriers

Nanostructuur lipidendragers (NLC's) bevatten vaste lipiden, vloeibare lipiden en oppervlakte-actieve stoffen in een waterig medium, wat hen goede oplosbaarheid en biologische beschikbaarheidskenmerken geeft. NLC's worden op grote schaal gebruikt voor het formuleren van stabiele draagstoffen voor geneesmiddelen met een hoge biobeschikbaarheid en duurzame afgifte van geneesmiddelen. NLC's hebben een breed scala aan toepassingen, variërend van orale tot parenterale toediening, inclusief topische/transdermale, oogheelkundige (oculaire) en pulmonale toediening.
Ultrasone dispersie en emulsificatie is een betrouwbare en efficiënte techniek om nanogestructureerde lipidedragers geladen met actieve verbindingen te prepareren. Het ultrasone NLC-preparaat heeft het grote voordeel dat er geen organisch oplosmiddel, grote hoeveelheden oppervlakteactieve stoffen of additieven nodig zijn. De ultrasone NLC-formulering is een relatief eenvoudige methode omdat het smeltende lipide wordt toegevoegd aan de oplossing van de oppervlakte-actieve stof en vervolgens wordt gesoneerd.

Voorbeeldige protocollen voor ultrasonisch belaste nanodragers met een lipidestructuur

Dexamethasone-geladen NLC's via Sonication
Een niet-toxisch potentieel oftalmologisch NLC-systeem werd voorbereid onder ultrasoonbehandeling, wat resulteerde in een smalle grootteverdeling, een hoge Dexamethasone beklemmingseffectiviteit en een verbeterde penetratie. NLC-systemen werden ultrasoon voorbereid met behulp van een Hielscher UP200S ultrasonicator en Compritol 888 ATO, Miglyol 812N, en Cremophor RH60 als componenten.
De vaste lipiden, vloeibare lipiden en oppervlakte-actieve stoffen werden gesmolten met behulp van een verwarmingsmagneetroerder bij 85ºC. Vervolgens werd Dexamethason aan het gesmolten lipidenmengsel toegevoegd en gedispergeerd. Het zuivere water werd verwarmd bij 85ºC en de twee fasen werden gesoniseerd (bij 70% amplitude gedurende 10 minuten) met de Hielscher UP200S ultrasone homogenisator. Het NLC-systeem werd gekoeld in een ijsbad.
De ultrasoon geprepareerde NLC's vertonen een smalle grootteverdeling, een hoge DXM-vastleggingseffectiviteit en een verbeterde penetratie.
De onderzoekers bevelen het gebruik aan van een lage oppervlakte-actieve stof concentratie en een lage lipide concentratie (bijv. 2,5% voor oppervlakte-actieve stof en 10% voor totale lipide) omdat dan de kritische stabiliteitsparameters (Z_ave, ZP, PDI) en drug loading capacity (EE%) zijn geschikt, terwijl de emulgatorconcentratie op een laag niveau kan blijven.
(zie Kiss et al. 2019)

Retinyl Palmitaat geladen NLC's via Sonication
Retinoïde is een veel gebruikt ingrediënt in de dermatologie van rimpels. Retinol en retinyl-palmitaat zijn twee verbindingen van de retinoïdegroep die de dikte van de epidermis kunnen induceren en effectief zijn als anti-rimpelmiddel.
De NLC-formulering werd bereid met behulp van de ultrasone methode. De formulering bevatte 7,2% cetylpalmitaat, 4,8% oliezuur, 10% Tween 80, 10% glycerine en 2% retinylpalmitaat. De volgende stappen werden genomen om netvliespalmitaat geladen NLC's te produceren: Het mengsel van gesmolten lipiden wordt gemengd met de oppervlakteactieve stof, co-surfactant, glycerine en gedeïoniseerd water bij 60-70 ° C. Dit mengsel wordt geroerd met een high-shear mixer bij 9800rpm gedurende 5 minuten. Nadat de pre-emulsie is gevormd, wordt deze pre-emulsie onmiddellijk gesoneerd met behulp van een ultrasone ultrasone homogenisator van het sonde-type gedurende 2 minuten. Vervolgens wordt de verkregen NLC gedurende 24 uur bij kamertemperatuur bewaard. De emulsie wordt gedurende 24 uur bij kamertemperatuur bewaard en de grootte van de nanodeeltjes wordt gemeten. De NLC-formule toonde deeltjesgrootte in het bereik van 200-300nm. de verkregen NLC heeft een lichtgele uitstraling, een globule grootte van 258 ± 15,85 nm, en een polydispersiteitsindex van 0,31 ± 0,09. De TEM afbeelding hieronder toont de ultrasoon geprepareerde retinyl palmitaat geladen NLC's.
(zie Pamudji et al. 2015)

Zingiber zerumbet geladen NLC's via Sonication
Nanogestructureerde lipidedragers bestaan uit een mengsel van vast-lipide, vloeibaar-lipide en oppervlakte-actieve stof. Het zijn uitstekende medicijnafgiftesystemen om bioactieve stoffen met een slechte wateroplosbaarheid toe te dienen en hun biobeschikbaarheid aanzienlijk te verhogen.
De volgende stappen werden ondernomen om Zingiber NLC's te formuleren met een zerumbetbelasting. 1% vaste lipide, d.w.z. glycerylmonostearaat, en 4% vloeibare lipide, d.w.z. virgin kokosolie, werden gemengd en gesmolten bij 50°C om een homogene, heldere lipidefase te verkrijgen. Vervolgens werd 1% Zingiber zerumbet olie toegevoegd aan de lipide fase, terwijl de temperatuur continu 10°C boven de smelttemperatuur van glycerylmonostearaat werd gehouden. Voor de bereiding van de waterige fase werden gedestilleerd water, Tween 80 en sojalecithine in de juiste verhouding gemengd. Het waterige mengsel werd onmiddellijk aan het lipidenmengsel toegevoegd om een pre-emulsiemengsel te vormen. De pre-emulsie werd vervolgens gehomogeniseerd met behulp van een high-shear-homogenisator bij 11.000 rpm gedurende 1 minuut. Daarna werd de pre-emulsie met behulp van een sonde-type ultrasonicator bij 50% amplitudes gedurende 20 min. gesoniseerd. Tenslotte werd de NLC-dispersie in een ijswaterbad afgekoeld tot kamertemperatuur (25±1°C) om de suspensie in het koude bad te doven om aggregatie van de deeltjes te voorkomen. De NLC's werden opgeslagen bij 4°C.
De Zingiber zerumbet geladen NLC's hebben een nanometer grootte van 80,47±1,33, een stabiele polydispersiteitsindex van 0,188±2,72 en een zeta potentiële lading van -38,9±2,11. De inkapselingsefficiëntie toont het vermogen van de lipidedrager om Zingiber zerumbetolie meer dan 80% rendement in te kapselen.
(zie Rosli et al. 2015)

Valsaratan-geladen NLC's via Sonication
Valsaratan is een angiotensine II receptor blokker gebruikt in antihypertensiva. Valsaratan heeft een lage biologische beschikbaarheid van ca. 23% alleen vanwege de slechte wateroplosbaarheid. Door gebruik te maken van de ultrasone smeltemulgatiemethode konden Valsaratan geladen NLC's met een aanzienlijk verbeterde biobeschikbaarheid worden geprepareerd.
Eenvoudigweg werd een olieachtige oplossing van Val gemengd met een bepaalde hoeveelheid van een gesmolten lipidenmateriaal bij een temperatuur van 10°C boven het lipidensmeltpunt. Een waterige oppervlakteactieve oplossing werd bereid door bepaalde gewichten van Tween 80 en natrium desoxycholaat op te lossen. De oppervlakteactieve oplossing werd verder verhit tot dezelfde temperatuur en gemengd met de vette lipideoplossing door sonde-sonicatie gedurende 3 min. om een emulsie te vormen. Vervolgens werd de gevormde emulsie verspreid in gekoeld water door magnetisch roeren gedurende 10 minuten. De gevormde NLC werden gescheiden door middel van centrifugeren. Monsters van het supernatant werden genomen en geanalyseerd op de concentratie van Val met behulp van een gevalideerde HPLC-methode.
De ultrasone smeltemulsificatiemethode heeft een aantal voordelen, waaronder eenvoud met een minimum aan stress en het ontbreken van giftige organische oplosmiddelen. De maximale opsluitingsefficiëntie die werd bereikt was 75,04%.
(zie Albekery et al. 2017)

Andere actieve verbindingen zoals paclitaxel, clotrimazol, domperidon, puerarine en meloxicam werden ook met succes opgenomen in vast-lipide-nanodeeltjes en nanogestructureerde lipidedragers met behulp van ultrasone technieken. (zie Bahari en Hamishehkar 2016).

Ultrasonicatie als bereidingswijze voor de formulering van nano lipidedragers (NLC's) kan worden gebruikt als koude of warme homogenisatietechniek. Ultrasoon homogeniseren resulteert in een smalle deeltjesgrootteverdeling, waardoor de NLC's stabieler worden en beter kunnen worden opgeslagen.

Ultrasone Koude Homogenisatie

Wanneer de koude homogenisatietechniek wordt gebruikt om nanogestructureerde lipidedragers te bereiden, worden de farmacologisch actieve moleculen, d.w.z. het geneesmiddel, opgelost in de lipide-smelt en vervolgens snel afgekoeld met behulp van vloeibare stikstof of droogijs. Tijdens het afkoelen stollen de lipiden. De vaste lipidemassa is dan gemalen nanopartikelgrootte. De lipide nanodeeltjes worden verspreid in een koude oppervlakteactieve oplossing, waardoor een koude pre-suspensie ontstaat. Tot slot wordt deze suspensie bij kamertemperatuur gesoneerd, vaak met behulp van een ultrasone flowcelreactor.
Aangezien de stoffen slechts één keer in de eerste stap worden verhit, wordt ultrasone koudehomogenisatie vooral gebruikt om warmtegevoelige geneesmiddelen te formuleren. Aangezien veel bioactieve moleculen en farmaceutische verbindingen gevoelig zijn voor warmteafbraak, is ultrasone koudehomogenisatie een veelgebruikte toepassing. Een ander voordeel van de koude homogenisatietechniek is het vermijden van een waterige fase, waardoor het gemakkelijker wordt om hydrofiele moleculen in te kapselen, die anders tijdens de warme homogenisatie van de vloeibare lipidefase naar de waterfase zouden kunnen gaan.

Ultrasone Hete Homogenisering

Wanneer sonicatie wordt gebruikt als hete homogenisatietechniek, worden de gesmolten lipiden en het actieve bestanddeel (d.w.z. het farmacologisch actieve bestanddeel) in een hete oppervlakte-actieve stof gedispergeerd onder intensief roeren om een pre-emulsie te verkrijgen. Voor het warme homogenisatieproces is het belangrijk dat beide oplossingen, de lipide/drugssuspensie en de oppervlakte-actieve stof tot dezelfde temperatuur zijn verhit (ongeveer 5-10°C boven het smeltpunt van de vaste lipide). In de tweede stap wordt de pre-emulsie vervolgens behandeld met high-performance sonicatie met behoud van de temperatuur.

Hoogwaardige Ultrasonicatoren voor Nanogestructureerde Lipid Carriers

De krachtige ultrasone systemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt in farmaceutische R&D en productie voor de productie van hoogwaardige nano-drugdragers zoals vaste lipidennanopartikels (SLN's), nanogestructureerde lipidedragers (NLC's), nanoemulsies en nanocapsules. Om aan de eisen van haar klanten te voldoen, levert Hielscher ultrasonicatoren van de compacte, maar krachtige ultrasone laboratoriumhomogenisator en bench-top ultrasonicators tot volledig industriële ultrasone systemen voor de productie van grote hoeveelheden farmaceutische formuleringen. Een breed scala aan ultrasone sonotrodes en reactoren is beschikbaar om een optimale opstelling voor uw productie van nanogestructureerde lipidedragers (NLC's) te garanderen. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen te werken.
Om onze klanten in staat te stellen te voldoen aan Good Manufacturing Practices (GMP) en om gestandaardiseerde processen op te zetten, zijn alle digitale ultrasonicators uitgerust met intelligente software voor het nauwkeurig instellen van de sonicatieparameter, continue procesbesturing en automatische registratie van alle belangrijke procesparameters op een ingebouwde SD-kaart. Een hoge productkwaliteit is afhankelijk van de procesbesturing en de continu hoge verwerkingsnormen. Hielscher ultrasonicatoren helpen u bij het bewaken en standaardiseren van uw proces!

Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden gebruikt in 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24 uur per dag, 7 dagen per week, 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen mogelijk.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: