Ultrasone formulering van niosomen

Niosomen zijn vesikels op nanoschaal die kunnen worden gebruikt als drager voor geneesmiddelen (bijv. geneesmiddelen tegen kanker) en andere bioactieve stoffen. Ultrasone emulgering is een eenvoudige en snelle methode om kleine niosomen met een hoge geneesmiddelbelading te formuleren.

Niosoomvesikels als nanodrager voor werkzame stoffen

Een niosoom is een vesikel op basis van niet-ionische oppervlakteactieve stoffen, dat meestal wordt gevormd door een niet-ionische oppervlakteactieve stof en de toevoeging van cholesterol als hulpstof. Niosomen zijn beter bestand tegen chemische afbraak of oxidatie en hebben een lange bewaartijd in vergelijking met liposomen. Door de oppervlakteactieve stoffen die voor de bereiding van niosomen worden gebruikt, zijn ze biologisch afbreekbaar, biocompatibel en niet-immunogeen. Niosomen zijn osmotisch actief, chemisch stabiel en bieden een langere bewaartijd in vergelijking met liposomen. Afhankelijk van de grootte en lamellariteit zijn verschillende bereidingsmethoden beschikbaar, zoals sonicatie, verdamping in de omgekeerde fase, hydratatie van een dunne film of een proces voor geneesmiddelopname via een transmembraan-pH-gradiënt. Ultrasone bereiding van niosomen is de voorkeursmethode voor het produceren van unilamellaire vesikels die klein en uniform van grootte zijn.

Ultrasone formulering van niosomen

Om niosomen te formuleren, moet een olie-in-wateremulsie (o/w) worden bereid uit een organische oplossing van een oppervlakteactieve stof en cholesterol, en een waterige oplossing die de bioactieve verbinding, d.w.z. het geneesmiddel, bevat. Ultrasone emulgering is de superieure techniek voor het mengen van niet-mengbare vloeistoffen zoals olie en water. Door de druppels van beide fasen aan afschuiving te onderwerpen en tot nanogrootte te verkleinen, wordt een nano-emulsie verkregen. Vervolgens wordt het organische oplosmiddel verdampt, waardoor niosomen ontstaan die beladen zijn met therapeutische stoffen en in de waterige fase zijn gedispergeerd. In vergelijking met mechanisch roeren blinkt de ultrasone formuleringstechniek voor niosomen uit doordat deze in een snel proces niosomen vormt met een kleinere gemiddelde grootte en een lagere polydispersiteitsindex. Het gebruik van kleinere vesikels verdient over het algemeen de voorkeur, omdat ze de klaringsmechanismen van het lichaam doorgaans beter ontwijken dan grotere deeltjes en langer in de bloedbaan blijven. (vgl. Bragagni et al. 2014)
Lees meer over sonicatie voor verbeterde niosoomformuleringen!

Protocollen voor ultrasone bereiding van niosomen

De formulering van niosomen met sonicatie is uitgebreid onderzocht, waardoor talrijke wetenschappelijk gevalideerde protocollen voor ultrasone productie van niosomen beschikbaar zijn.
Hieronder vindt u een kort overzicht van enkele formuleringsprotocollen voor het bereiden en beladen van niosomen met sonicatie.

Niosomen beladen met extracten van Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formuleerden ruw extract van Withania somnifera in niosomen voor topische toepassing. De bioactieve verbindingen werden ingekapseld via oplosmiddelinjectie. Daartoe werden de organische en waterige fasen continu 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 aan sonicatie onderworpen met de Hielscher UP200ST sonicator. De niosomen hadden een gemiddelde grootte van ongeveer 165,9 ± 9,4 en vertoonden een hoge inkapselingsefficiëntie (EE%) voor withanolide A.

Niosomen beladen met doxorubicine
Niosomen op basis van N-palmitoylglucosamine (Glu), beladen 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 een doxorubicineoplossing (1,5 mg/ml, 2 ml, bereid in PBS) gedurende 1 h bij 90°C te schudden, gevolgd door sonicatie met een sonde gedurende 10 min (75% van het maximum).
Vesikels op basis van palmitoylglycolchitosan (GCP) werden bereid zoals eerder beschreven (11), door glycolchitosan (10 mg) en cholesterol (4 mg) in een doxorubicineoplossing (1,5 mg/ml) aan sonicatie met een sonde te onderwerpen. (Dufes et al. 2004)

Alternatieve bereidingsmethoden voor niosomen

Alternatieve formuleringsmethoden voor niosomen, zoals de techniek van verdamping in de omgekeerde fase of het proces voor geneesmiddelopname via een transmembraan-pH-gradiënt, omvatten de toepassing van ultrasone energie. Beide technieken worden voornamelijk gebruikt om multilamellaire vesikels (MLV’s) te formuleren. Hieronder vindt u een korte beschrijving van beide technieken en de bijbehorende sonicatiestap.

Sonicatie bij de bereiding van niosomen via verdamping in de omgekeerde fase

Bij de methode van verdamping in de omgekeerde fase (REV) worden de componenten van de niosoomformulering opgelost in een mengsel van ether en chloroform en toegevoegd aan de waterige fase, die het geneesmiddel bevat. Ultrasone emulgering wordt gebruikt om het mengsel om te zetten in een emulsie met fijne druppels. Vervolgens wordt de organische fase verdampt. De niosomen die tijdens de verdamping van het organische oplosmiddel worden verkregen, zijn grote unilamellaire vesikels.

Proces voor geneesmiddelopname via een transmembraan-pH-gradiënt

Voor het proces voor geneesmiddelopname via een transmembraan-pH-gradiënt (zuur aan de binnenzijde), met belading op afstand, worden een 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 met een vortexmixer te mengen. De multilamellaire vesikels worden driemaal ingevroren en ontdooid en vervolgens aan sonicatie onderworpen met een ultrasoonapparaat met sonde. Aan deze niosoomsuspensie wordt een waterige oplossing met 10 mg/ml geneesmiddel toegevoegd, waarna het mengsel met een vortexmixer wordt gemengd. De pH van het monster wordt vervolgens met 1M dinatriumfosfaat verhoogd tot pH 7,0–7,2. Daarna wordt het mengsel gedurende 10 minuten tot 60°C verwarmd. Deze techniek levert multilamellaire vesikels op. (vgl. Kazi et al. 2010)

Ultrasone verkleining van niosomen

Niosomen hebben gewoonlijk een grootte van 10nm tot 1000nm. Afhankelijk van de bereidingstechniek zijn niosomen vaak relatief groot en hebben ze de neiging aggregaten te vormen. Specifieke niosoomgroottes zijn echter een belangrijke factor voor het beoogde type afgiftesysteem. Zo is een zeer kleine niosoomgrootte in het nanometerbereik het meest geschikt voor systemische geneesmiddelafgifte, waarbij het geneesmiddel door celmembranen heen moet worden afgeleverd om de cellulaire doellocatie te bereiken, terwijl grotere niosomen worden aanbevolen voor intramusculaire geneesmiddelafgifte, geneesmiddelafgifte in lichaamsholten of oftalmische toepassingen. Ultrasone verkleining van niosomen is een gebruikelijke stap bij de bereiding van zeer krachtige niosomen. Ultrasone afschuifkrachten deagglomereren en dispergeren de niosomen tot monodisperse nano-niosomen.

Protocol – ultrasone verkleining van LipoNiosomes

Naderinezhad et al. (2017) formuleerden biocompatibele LipoNiosomes (een combinatie van niosoom en liposoom) die Tween 60: cholesterol: DPPC (in een verhouding van 55 : 30 : 15 : 3) met 3% DSPE-mPEG bevatten. Om de bereide LipoNiosomes te verkleinen, onderwierpen ze de suspensie na hydratatie gedurende 45 min aan sonicatie (15 seconden aan en 10 seconden uit, amplitude 70% bij 100 watt) met de ultrasone homogenisator UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Duitsland), om de aggregatie van deeltjes te minimaliseren. Voor de pH-gradiëntmethode werden de gedroogde films van CUR, oppervlakteactieve stoffen en lipiden gedurende 47 min bij 63 C gehydrateerd met 1300 mL ammoniumsulfaat (pH 1⁄4 4). Vervolgens werden de nanodeeltjes boven een ijsbad aan sonicatie onderworpen om kleine vesikels te produceren.

Ultrasoonapparaten voor de bereiding van niosomen

Hielscher Ultrasonic heeft jarenlange ervaring met het ontwerp, de productie, de distributie en de service van ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor de farmaceutische, voedingsmiddelen- en cosmetische industrie.
De bereiding van hoogwaardige niosomen, liposomen, vaste lipidenanodeeltjes, polymere nanodeeltjes, cyclodextrinecomplexen en andere geneesmiddeldragers met nanostructuur omvat processen waarin Hielscher sonicatoren uitblinken dankzij hun hoge betrouwbaarheid, constante vermogensafgifte en nauwkeurige regelbaarheid. Hielscher ultrasoonapparaten maken een nauwkeurige regeling van alle procesparameters mogelijk, zoals amplitude, temperatuur, druk en sonicatie-energie. De intelligente software registreert automatisch alle sonicatieparameters (tijd, datum, amplitude, netto-energie, totale energie, temperatuur, druk) op de ingebouwde SD-kaart.
Dankzij hun robuustheid kunnen Hielscher sonicatoren 24/7 worden gebruikt bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasoonapparaten: