Ultrasone formulering van nanogestructureerde lipidedragers voor geneesmiddelen

Nanogestructureerde lipidedragers (NLC's) zijn een geavanceerde vorm van nanogrootte systemen voor de toediening 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 langdurige afgifte van geneesmiddelen. Ultrasoonbehandeling is een betrouwbare, efficiënte en eenvoudige techniek om geladen nanogestructureerde lipidedragers te produceren.

Ultrasone bereiding van nanogestructureerde lipidedragers

Nanostructurele lipidedragers (NLC's) bevatten vaste lipiden, vloeibare lipiden en oppervlakteactieve stoffen in een waterig medium, waardoor ze goede eigenschappen hebben op het gebied van oplosbaarheid en biologische beschikbaarheid. NLC's worden op grote schaal gebruikt om stabiele dragersystemen voor geneesmiddelen te formuleren met een hoge biologische beschikbaarheid en langdurige afgifte van geneesmiddelen. NLC's hebben een breed toepassingsgebied, variërend van orale tot parenterale toediening, waaronder 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 bereiden. Het ultrasone NLC-preparaat heeft het grote voordeel dat er geen organisch oplosmiddel, grote hoeveelheden oppervlakteactieve stoffen of additieve verbindingen nodig zijn. Ultrasone NLC-formulering is een relatief eenvoudige methode omdat de smeltende lipide wordt toegevoegd aan de oplossing van oppervlakteactieve stof en vervolgens wordt gesoneerd.

Voorbeeldprotocollen voor ultrasoon geladen nanostructuur-lipidragers

Dexamethason-geladen NLC's via Sonicatie
Een niet-toxisch potentieel oftalmologisch NLC-systeem werd bereid onder ultrasone trillingen, wat resulteerde in een smalle grootteverdeling, hoge Dexamethason insluiting efficiëntie en verbeterde penetratie. NLC-systemen werden ultrasoon bereid met een Hielscher UP200S ultrasoonapparaat en Compritol 888 ATO, Miglyol 812N en Cremophor RH60 als bestanddelen.
De vaste lipide, vloeibare lipide en oppervlakteactieve stof werden gesmolten met behulp van een verwarmende magneetroerder bij 85ºC. Vervolgens werd Dexamethason aan het gesmolten lipidenmengsel toegevoegd en gedispergeerd. Het zuivere water werd verwarmd bij 85ºC en de twee fasen werden gesonitiseerd (bij 70% amplitude gedurende 10 minuten) met de Hielscher UP200S ultrasone homogenisator. Het NLC-systeem werd gekoeld in een ijsbad.
De ultrasonisch bereide NLC's vertonen een smalle grootteverdeling, een hoge efficiëntie bij het insluiten van DXM en een verbeterde penetratie.
De onderzoekers bevelen het gebruik van een lage oppervlakteactieve stofconcentratie en een lage lipideconcentratie aan (bijvoorbeeld 2,5% voor oppervlakteactieve stof en 10% voor totale lipide) omdat dan de kritische stabiliteitsparameters (Z_ave, ZP, PDI) en de geneesmiddelbeladingscapaciteit (EE%) zijn geschikt terwijl de emulgatorconcentratie op een laag niveau kan blijven.
(cf. Kiss et al. 2019)

Retinylpalmitaat-geladen NLC's via Sonicatie
Retinoïde is een veelgebruikt ingrediënt in dermatologische behandelingen tegen rimpels. Retinol en retinylpalmitaat zijn twee verbindingen uit de retinoïdegroep die de dikte van de opperhuid kunnen induceren en effectief zijn als antirimpelmiddel.
De NLC-formulering werd bereid met behulp van ultrasone trillingen. De formulering bevatte 7,2% cetylpalmitaat, 4,8% oliezuur, 10% Tween 80, 10% glycerine en 2% retinylpalmitaat. De volgende stappen werden genomen om retinylpalmitaat-geladen NLC's te produceren: Het mengsel van gesmolten lipiden wordt gemengd met de oppervlakteactieve stof, co-surfactieve stof, glycerine en gedeïoniseerd water bij 60-70 °C. Dit mengsel wordt gedurende 5 minuten geroerd met een high-shear mixer bij 9800 rpm. Nadat de pre-emulsie is gevormd, wordt deze pre-emulsie onmiddellijk gesoneerd met een ultrasone homogenisator van het probe-type gedurende 2 minuten. Daarna werd de verkregen NLC gedurende 24 uur bij kamertemperatuur bewaard. De emulsie werd gedurende 24 uur bij kamertemperatuur bewaard en de grootte van de nanodeeltjes werd gemeten. De NLC-formule vertoonde deeltjesgrootten in het bereik van 200-300 nm. De verkregen NLC heeft een lichtgeel uiterlijk, een globulegrootte van 258±15,85 nm en een polydispersiteitsindex van 0,31±0,09. De TEM beeld hieronder toont de ultrasonisch bereid retinylpalmitaat geladen NLCs.
(vgl. Pamudji et al. 2015)

Zingiber zerumbet-geladen NLC's via Sonicatie
Nanogestructureerde lipidedragers bestaan uit een mengsel van vaste lipiden, vloeibare lipiden en oppervlakteactieve stoffen. Het zijn uitstekende systemen voor het toedienen van medicijnen om bioactieve stoffen met een slechte oplosbaarheid in water toe te dienen en hun biologische beschikbaarheid aanzienlijk te verhogen.
De volgende stappen werden ondernomen om NLC's geladen met Zingiber zerumbet te formuleren. 1% vaste lipide, d.w.z. glycerylmonostearaat, en 4% vloeibare lipide, d.w.z. kokosolie van eerste persing, werden gemengd en gesmolten bij 50°C om een homogene, heldere lipidefase te verkrijgen. Vervolgens werd 1% Zingiber zerumbet olie aan de lipidefase toegevoegd, 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-emulsie 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 gesoneerd met behulp van een probe-type ultrasoonapparaat bij 50% amplitudes gedurende 20 minuten, Ten slotte werd de NLC dispersie gekoeld in ijs waterbad tot kamertemperatuur (25 ± 1 ° C) om de suspensie te blussen in het koude bad om deeltjesaggregatie te voorkomen. De NLC's werden opgeslagen bij 4 °C.
De Zingiber zerumbet-geladen NLC's vertonen een nanometergrootte van 80,47±1,33, een stabiele polydispersiteitsindex van 0,188±2,72 en een zetapotentiaal van -38,9±2,11. De inkapselingsefficiëntie toont het vermogen van de lipidedrager om Zingiber zerumbet-olie met een efficiëntie van meer dan 80% in te kapselen.
(vgl. Rosli et al. 2015)

Valsaratan-geladen NLC's via Sonicatie
Valsaratan is een angiotensine II-receptorblokker die wordt gebruikt als antihypertensivum. Valsartan heeft een lage biologische beschikbaarheid van ongeveer 23% als gevolg van de slechte oplosbaarheid in water. Met behulp van de ultrasone smeltemulsificatiemethode konden NLC's met Valsaratan worden bereid met een aanzienlijk verbeterde biologische beschikbaarheid.
Eenvoudigweg werd een olieachtige oplossing van Val gemengd met een bepaalde hoeveelheid gesmolten lipidemateriaal bij een temperatuur van 10°C boven het smeltpunt van lipiden. Er werd een waterige oppervlakteactieve oplossing bereid door bepaalde gewichten Tween 80 en natriumdeoxycholaat op te lossen. De oppervlakte-actieve oplossing werd verder verwarmd tot dezelfde temperatuur en gemengd met de olieachtige lipide medicijnoplossing door middel van sonde-sonicatie gedurende 3 minuten om een emulsie te vormen. Vervolgens werd de gevormde emulsie gedispergeerd in gekoeld water door magnetisch roeren gedurende 10 minuten. De gevormde NLC werden gescheiden door centrifugeren. Monsters van het supernatant werden genomen en geanalyseerd op de concentratie van Val met behulp van een gevalideerde HPLC-methode.
De ultrasone smelt-emulgeermethode heeft een aantal voordelen, waaronder eenvoud, minimale belasting en geen gebruik van giftige organische oplosmiddelen. De maximale bereikte insluitingsefficiëntie was 75,04%.
(vgl. Albekery et al. 2017)

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

Ultrasoon als bereidingsmethode voor de formulering van nanolipiden (NLC's) kan worden gebruikt als koude of warme homogenisatietechniek. Ultrasone homogenisatie resulteert in een smalle deeltjesgrootteverdeling, wat de stabiliteit en bewaareigenschappen van de NLC's verbetert.

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 lipidensmelt en vervolgens snel afgekoeld met vloeibare stikstof of droogijs. Tijdens het koelen stollen de lipiden. De vaste lipidemassa wordt dan vermalen tot nanodeeltjes. De lipidenanodeeltjes worden gedispergeerd in een koude oppervlakteactieve oplossing, waardoor een koude presuspensie ontstaat. Ten slotte wordt deze suspensie gesoniseerd, vaak met behulp van een ultrasone flowcellreactor, bij kamertemperatuur.
Omdat de stoffen in de eerste stap slechts eenmaal worden verhit, wordt ultrasone koude homogenisatie voornamelijk gebruikt om hittegevoelige geneesmiddelen te formuleren. Aangezien veel bioactieve moleculen en farmaceutische verbindingen gevoelig zijn voor hitteafbraak, is ultrasone koude homogenisatie 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 hete homogenisatie van de vloeibare lipidefase naar de waterfase zouden kunnen gaan.

Ultrasone Hete Homogenisatie

Wanneer sonicatie wordt gebruikt als hete homogenisatietechniek, worden de gesmolten lipiden en de werkzame stof (d.w.z. farmacologisch actief ingrediënt) onder intensief roeren gedispergeerd in een hete oppervlakteactieve stof om een pre-emulsie te verkrijgen. Voor het hete homogenisatieproces is het belangrijk dat beide oplossingen, de lipide/geneesmiddelsuspensie en de oppervlakteactieve 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 krachtige sonicatie terwijl de temperatuur gehandhaafd blijft.

Ultrasoneatoren met hoge prestaties voor nanogestructureerde lipidedragers

De krachtige ultrasone systemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt in farmaceutische R&D en productie om hoogwaardige nanodragers voor geneesmiddelen te produceren, zoals vaste lipiden-nanodeeltjes (SLN's), nanogestructureerde lipiden-dragers (NLC's), nano-emulsies en nanocapsules. Om aan de eisen van klanten te voldoen, levert Hielscher ultrasone systemen, van de compacte maar krachtige handbediende laboratoriumhomogenisator en tafelmodel ultrasone apparaten tot volledig industriële ultrasone systemen voor de productie van grote hoeveelheden farmaceutische formuleringen. Er is een breed scala aan ultrasone sonotroden en reactoren beschikbaar voor een optimale opstelling voor uw productie van nanogestructureerde lipidedragers (NLC's). De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24/7 te werken onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen.
Om onze klanten in staat te stellen te voldoen aan Good Manufacturing Practices (GMP) en om gestandaardiseerde processen op te zetten, zijn alle digitale ultrasone machines uitgerust met intelligente software voor het nauwkeurig instellen van de sonicatieparameters, continue procescontrole en automatische registratie van alle belangrijke procesparameters op een ingebouwde SD-kaart. Een hoge productkwaliteit is afhankelijk van procescontrole en continu hoge verwerkingsnormen. Hielscher ultrasoonapparaten helpen u uw proces te bewaken en te standaardiseren!

Hielscher Ultrasonics’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden verkrijgbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: