Ultrasone formulering van niosomen
Niosome-deeltjes als nanodrager voor actieve ingrediënten
Een niosoom is een op niet-ionogene oppervlakteactieve stof gebaseerd blaasje, dat meestal wordt gevormd door niet-ionogene oppervlakteactieve stof en de opname van cholesterol als hulpstof. Niosomen zijn stabieler tegen chemische degradatie of oxidatie en hebben een lange bewaartijd in vergelijking met liposomen. Door de oppervlakteactieve stoffen die gebruikt worden voor de bereiding van niosomen, zijn ze biologisch afbreekbaar, biocompatibel en niet-immunogeen. Niosomen zijn osmotisch actief, chemisch stabiel en langer houdbaar dan liposomen. Afhankelijk van de grootte en lamellariteit zijn er verschillende bereidingsmethoden beschikbaar, zoals sonicatie, omgekeerde fase verdamping, hydratatie met dunne film of trans-membraan pH gradiënt medicijnopnameproces. Ultrasone niosoombereiding is de voorkeurstechniek om unilamellaire blaasjes te produceren, die klein en uniform van grootte zijn.
Ultrasone niosoomformulering
Om niosomen te formuleren, moet een olie-in-water (o/w) emulsie worden bereid uit een organische oplossing van oppervlakteactieve stof, cholesterol en een waterige oplossing die de bioactieve verbinding, d.w.z. het geneesmiddel, bevat. Ultrasone emulsificatie is de beste techniek om niet-mengbare vloeistoffen zoals olie en water te mengen. Door de druppels van beide fasen te scheren en ze te breken tot nanogrootte, wordt een nano-emulsie verkregen. Vervolgens wordt het organische oplosmiddel verdampt, wat resulteert in niosomen geladen met therapeutische middelen, die gedispergeerd zijn in de waterfase. Vergeleken met mechanisch roeren, blinkt de ultrasone niosoomformuleringstechniek uit door de vorming van niosomen met een kleinere gemiddelde afmeting en een lagere polydispersiteitsindex in een snel proces. Het gebruik van kleinere blaasjes verdient over het algemeen de voorkeur, omdat ze de neiging hebben om de klaringsmechanismen van het lichaam beter te omzeilen dan grotere deeltjes en langer in de bloedbaan blijven. (cf. Bragagni et al. 2014)
- unilamellaire, kleine, uniforme blaasjes
- eenvoudig en snel proces
- reproduceerbaar
- Nauwkeurig bestuurbaar
- Veilig
- gemakkelijk schaalbaar
Protocollen voor ultrasone niosoombereiding
De formulering van niosomen met behulp van sonicatie is uitgebreid onderzocht, zodat er talloze wetenschappelijk gevalideerde protocollen voor ultrasone niosoomproductie beschikbaar zijn.
Hieronder vind je een kort overzicht van een aantal formuleringsprotocollen voor het bereiden en laden van niosomen met behulp van sonicatie.
Niosomen geladen met Withania somnifera-extracten
Chinembiri et al. (2017) formuleerden Withania somnifera ruw extract in niosomen bedoeld voor topische toepassing. De bioactieve bestanddelen werden ingekapseld via injectie van oplosmiddelen. Daarom werden de organische en waterige fasen voortdurend magnetisch geroerd en werd de temperatuur op 60°C ± 2°C gehouden totdat het organische oplosmiddel was verdreven. De resulterende formulering werd gekoeld en op ijs gesoneerd met de Hielscher UP200ST sonicator. De niosomen hadden een gemiddelde grootte van ongeveer 165,9 ± 9,4 en vertoonden een hoge insluitingsefficiëntie (EE%) van withanolide A.
Doxorubicine geladen niosomen
N-palmitoylglucosamineniosomen (Glu) geladen met doxorubicine, een geneesmiddel tegen kanker, werden bereid door een mengsel van NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), cholesterol (58 mg) en Solulan C24 (54 mg) in doxorubicineoplossing (1,5 mg/ml, 2 ml, bereid in PBS) gedurende 1 uur bij 90°C te schudden, gevolgd door sonicatie gedurende 10 min (75% van max).
Palmitoyl glycolchitosan (GCP)-blaasjes werden bereid zoals eerder beschreven (11) door glycolchitosan (10 mg) en cholesterol (4 mg) in doxorubicineoplossing (1,5 mg/ml) te sonderen. (Dufes et al. 2004)
UP400St – Ultrasoon apparaat van 400 W voor de formulering van nanodragers zoals niosomen
Alternatieve bereidingsmethoden voor niosomen
Alternatieve formuleringsmethoden voor niosomen, zoals de omgekeerde-fase verdampingstechniek of het trans-membraan pH gradiënt geneesmiddelopnameproces, vereisen de toepassing van ultrasone energie. Beide technieken worden voornamelijk gebruikt om multilamellaire blaasjes (MLV's) te formuleren. Hieronder vindt u een korte beschrijving van beide technieken en de bijbehorende sonicatiestap.
Sonificatie in niosome-voorbereiding via omgekeerde-faseverdamping
Bij de Reverse Phase Evaporation (REV)-methode worden de componenten van de niosomale formulering opgelost in een mengsel van ether en chloroform en toegevoegd aan de waterige fase, die het geneesmiddel bevat. Ultrasone emulsificatie wordt gebruikt om van het mengsel een fijne emulsie te maken. Vervolgens wordt de organische fase ingedampt. Het niosoom dat wordt verkregen tijdens de verdamping van het organische oplosmiddel zijn unilamellaire blaasjes van grote omvang.
Trans-membraan pH gradiënt geneesmiddelopnameproces
Voor het trans-membraan pH gradiënt (binnenkant zuur) medicijnopnameproces (met laden op afstand) worden oppervlakteactieve stof en cholesterol opgelost in chloroform. Het oplosmiddel wordt vervolgens onder vacuüm verdampt om een dunne film op de wand van de rondbodemkolf te verkrijgen. De film wordt gehydrateerd met 300 mM citroenzuur (pH 4,0) door de suspensie te vortexen. De multilamellaire blaasjes worden bevroren en drie keer ontdooid en vervolgens gesoneerd met een sonde-ultrasone. Aan deze niosomale suspensie wordt een waterige oplossing met 10 mg/ml geneesmiddel toegevoegd en geveerd. De pH van het monster wordt vervolgens verhoogd tot pH 7,0-7,2 met 1M dinatriumfosfaat. Vervolgens wordt het mengsel gedurende 10 minuten verhit tot 60 °C. Deze techniek levert multilamellaire blaasjes op. (cf. Kazi et al. 2010)
Ultrasone verkleining van niosomen
Niosomen hebben meestal een grootte tussen 10 nm en 1000 nm. Afhankelijk van de preparatietechniek zijn niosomen vaak relatief groot en hebben ze de neiging om aggregaten te vormen. De specifieke grootte van niosomen is echter een belangrijke factor als het gaat om het beoogde type afgiftesysteem. Zo is een zeer kleine niosoomgrootte in het nanometerbereik het meest geschikt voor systemische toediening van geneesmiddelen, waarbij het geneesmiddel door de celmembranen heen moet worden toegediend om de cellulaire doellocatie te bereiken, terwijl grotere niosomen worden aanbevolen voor intramusculaire en intra-cavulaire toediening van geneesmiddelen of oogheelkundige toepassingen. Ultrasone verkleining van niosomen is een gebruikelijke stap tijdens de bereiding van zeer krachtige niosomen. Ultrasone schuifkrachten deagglomereren en dispergeren de niosomen in mono gedispergeerde nano-niosomen.
protocol – Ultrasone verkleining van liponiosomen
Naderinezhad et al. (2017) formuleerden biocompatibele LipoNiosomes (een combinatie van niosoom en liposoom) met Tween 60: cholesterol: DPPC (bij 55 : 30 : 15 : 3) met 3% DSPE-mPEG. Om de grootte van de bereide LipoNiosomes te verkleinen, werd de suspensie na hydratatie 45 minuten lang gesonitiseerd (15 seconden aan en 10 seconden uit, amplitude 70% bij 100 watt) om de deeltjesaggregatie te minimaliseren met behulp van ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Duitsland). Voor de pH-gradiëntmethode werden de gedroogde films van CUR, oppervlakteactieve stoffen en lipiden gehydrateerd met 1300 ml ammoniumsulfaat (pH 1⁄4 4) bij 63 C gedurende 47 minuten. Daarna werden de nanodeeltjes gesoneerd boven een ijsbad om kleine blaasjes te produceren.
Ultrasone apparaten voor de bereiding van niosomen
Hielscher Ultrasonic heeft jarenlange ervaring in het ontwerpen, produceren, distribueren en onderhouden van hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor de farmaceutische, voedingsmiddelen- en cosmetische industrie.
De bereiding van hoogwaardige niosomen, liposomen, nanodeeltjes van vaste lipiden, polymere nanodeeltjes, cyclodextrinecomplexen en andere nanogestructureerde dragers van geneesmiddelen zijn processen waarin de ultrasone systemen van Hielscher uitblinken door hun hoge betrouwbaarheid, consistente vermogensafgifte en nauwkeurige regelbaarheid. Hielscher ultrasone systemen maken een nauwkeurige regeling mogelijk van alle procesparameters, zoals amplitude, temperatuur, druk en sonische energie. De intelligente software registreert automatisch alle sonicatieparameters (tijd, datum, amplitude, netto-energie, totale energie, temperatuur, druk) op de ingebouwde SD-kaart.
Dankzij de robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur kan deze 24/7 worden gebruikt onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Krachtige ultrasone homogenisatoren van lab naar piloot en industrieel schaal.
Literatuur/referenties
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topische toediening van ruwe extracten van Withania somnifera in niosomen en vaste lipide nanodeeltjes. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect van type oppervlakteactieve stof, cholesterolgehalte en verschillende downsizingmethoden op de deeltjesgrootte van niosomen. Iraans Tijdschrift voor Farmaceutisch Onderzoek 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Gelijktijdige toediening van paclitaxel en curcumine in nieuwe kationische PEG-gelatineerde niosomale formuleringen vertoont een verbeterde synergetische antitumorwerking. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery van hydrofiele en hydrofobe antikankergeneesmiddelen met behulp van biocompatibele pH-gevoelige nanodragers op lipidebasis voor multiresistente kankers. RSC Adv., 2017, 7, 30008-30019.
Wetenswaardigheden
Niosomen vs Liposomen
Liposomen en niosomen zijn microscopische blaasjes die geladen kunnen worden met bioactieve stoffen voor het toedienen van geneesmiddelen. Niosomen lijken op liposomen, maar verschillen in de samenstelling van hun bilaag. Terwijl liposomen een fosfolipidenbilaag hebben, is de niosoombilaag gemaakt van niet-ionische oppervlakte-actieve stoffen, wat leidt tot een chemisch verschil in structurele eenheden. Dit structurele verschil geeft niosomen een hogere chemische stabiliteit, een superieur huidpenetratievermogen en minder onzuiverheid.
Niosomen worden op basis van hun grootte onderscheiden in drie grote groepen: Kleine unilamellaire vesikels (SUV) hebben een gemiddelde diameter van 10-100 nm, grote unilamellaire vesikels (LUV) hebben een gemiddelde grootte van 100-3000nm, en multilamellaire vesikels (MLV) worden gekenmerkt door meer dan één bilaag.
"Niosomen gedragen zich in vivo als liposomen, waardoor het ingesloten geneesmiddel langer blijft circuleren en de verdeling over de organen en de metabolische stabiliteit verandert. Net als bij liposomen zijn de eigenschappen van niosomen afhankelijk van de samenstelling van de bilaag en de productiemethode. Er wordt gemeld dat de intercalatie van cholesterol in de bilagen het insluitvolume tijdens de formulering vermindert, en dus ook de insluitefficiëntie." (Kazi et al. 2010)
Niosomen kunnen worden bereid via verschillende technieken zoals dunne film hydratatietechniek, ultrasoonbehandeling, omgekeerde fase verdampingsmethode, vries-dooi methode, microfluïdisatie of dehydratatie rehydratatie methode. Door de juiste bereidingswijze, oppervlakteactieve stof, cholesterolgehalte, additieven voor oppervlaktelading en suspensieconcentratie te kiezen, kunnen de samenstelling, lamellariteit, stabiliteit en oppervlaktelading van niosomen worden geformuleerd om te voldoen aan specifieke vereisten voor medicijndragers.
Om zeer biocompatibele niosomen met een zeer lage cytotoxiciteit te produceren, moeten de oppervlakteactieve stoffen die gebruikt worden bij de bereiding van niosomen biologisch afbreekbaar, biocompatibel en niet-immunogeen zijn.