Waarom nano-geformuleerde geneesmiddelen?

• Ultrasone nano-emulsies blinken uit als draagstof voor geneesmiddelen vanwege een aanzienlijk hogere oplosbaarheid dan eenvoudige micelle-oplossingen.
• Hun thermodynamische stabiliteit biedt voordelen ten opzichte van instabiele systemen zoals emulsies, dispersies en suspensies van macroformaat.
• Hielscher ultrasone apparaten worden gebruikt om nano-emulsies te bereiden met druppels tot 10 nm. – in kleinschalige en industriële productie.

Farmaceutische nanovormingen geproduceerd door ultrageluid

Aangezien farmacologische effecten meestal direct gerelateerd zijn aan de plasmaspiegels, is de absorptie en biologische beschikbaarheid van actieve farmaceutische ingrediënten van cruciaal belang. De biologische beschikbaarheid van fytochemicaliën zoals cannabinoïden (CBD, THC, CBG en andere) of curcuminoïden is beperkt vanwege de slechte oplosbaarheid, slechte permeatie, lage systemische beschikbaarheid, instabiliteit, uitgebreid first pass metabolisme of afbraak in het maagdarmkanaal.
Nanoformuleringen zoals nano-emulsies, liposomen, micellen, nanokristallen of geladen nanodeeltjes worden gebruikt in farmaceutische producten en supplementen voor verbeterde en/of gerichte medicijnafgifte. Nano-emulsies staan bekend als zeer goede vehikels om een hoge biologische beschikbaarheid van actieve farmaceutische ingrediënten (API's) en fytochemische verbindingen te bereiken. Bovendien kunnen nano-emulsies API's beschermen, die gevoelig kunnen zijn voor hydrolyse en oxidatie. API's en fytochemicaliën (bijv. cannabinoïden, curcuminoïden) ingekapseld in O/W nano-emulsies zijn getest in verschillende wetenschappelijke onderzoeken en hebben zich bewezen als dragers van geneesmiddelen met een superieure absorptiesnelheid.

Ultrasone nano-emulsificatie van oraal toegediende geneesmiddelen

De biologische beschikbaarheid van oraal toegediende flavonoïden en veel andere fenolische werkzame stoffen wordt ernstig beperkt door uitgebreide first-pass glucuronidatie. Om de beperkingen van de slechte biologische beschikbaarheid te overwinnen, zijn nanodragers zoals nano-emulsies en liposomen uitgebreid geëvalueerd voor verschillende geneesmiddelen en hebben ze goede resultaten laten zien bij het verbeteren van de absorptie.
Paclitaxel: Nanoemulsies geladen met paclitaxel (een chemotherapiemedicijn gebruikt bij kankerbehandelingen) hadden een druppelgrootte tussen ~90,6 nm (kleinste gemiddelde deeltjesgrootte) en 110 nm.
"De resultaten van de farmacokinetische studies gaven aan dat inkapseling van paclitaxel in nano-emulsies de orale biologische beschikbaarheid van paclitaxel aanzienlijk verbeterde. De verbeterde orale biologische beschikbaarheid, zoals gemeten door de oppervlakte onder de curve (AUC), van paclitaxel in nano-emulsies kan worden toegeschreven aan de oplosbaarheid van het geneesmiddel in de oliedruppels en/of aan de aanwezigheid van oppervlakteactieve stoffen op het grensvlak tussen olie en water. Verbeterde absorptie van paclitaxel kan ook worden toegeschreven aan de bescherming van het geneesmiddel tegen zowel chemische als enzymatische afbraak. In de literatuur is melding gemaakt van een verbeterde orale biologische beschikbaarheid van verschillende hydrofobe geneesmiddelen in O/W-emulsies." [Tiwari 2006, 445]

Curcuminoïden: Lu et al. (2017, p.53) maken melding van de bereiding van ultrasoon geëxtraheerde curcuminoïden, die ultrasoon geëmulgeerd zijn tot een nano-emulsie. Curcuminoïden werden geëxtraheerd onder sonicatie in ethanol. Voor de nano-emulsificatie deden ze 5 ml curcuminoïde-extract in een flacon en verdampten ze de ethanol onder stikstof. Vervolgens werden 0,75 g lecithine en 1 ml Tween 80 toegevoegd en homogeen gemengd, waarna 5,3 ml gedeïoniseerd water werd toegevoegd. Het mengsel werd grondig geroerd en daarna met ultrasone trillingen behandeld.
De ultrasone nano-emulsificatie resulteerde in een uniforme curcuminoïde nano-emulsie met een gemiddelde deeltjesgrootte van 12,1 nanometer en een bolvorm, die werd bepaald met TEM (zie onderstaande figuur).

Fig.: DLS-deeltjesgrootteverdeling (A) en TEM-afbeelding (B) van curcuminoïdendispersie samen met deeltjesgrootteverdeling rechtstreeks verkregen uit de TEM-afbeelding (C).
(Foto en studie: © Lu et al., 2017)

Polymers such as polylactic-co-glycolic acid (PLGA) or polyethylene glycol are often used as a major component to improve encapsulation and enhancement of both stability and oral bioavailability. However, the use of polymers is correlated with a larger particle size (often >100nm). The prepared curcuminoid nanoemulsion by Lu et al. had a substantially reduced size of 12-16nm. The shelf-life was also improved with a high stability of our curcuminoid nanoemulsion over a storage period of 6 months at 4℃ and 25℃ as indicated by a mean particle size of 12.4 ± 0.5nm and 16.7 ± 0.6nm, respectively, after prolonged storage.

Het effect van farmaceutische hulpstoffen en ultrasone nano-emulgering

Dong et al. onderzochten 21 farmaceutische hulpstoffen en hun effecten op de biologische beschikbaarheid van het model flavonoid chrysine. Vijf hulpstoffen – namelijk Brij 35, Brij 58, labrasol, natriumoleaat en Tween20 remden chrysine glucuronidatie significant. Natriumoleaat was de krachtigste remmer van glucuronidatie.

Mebudipine: Khani et al. (2016) rapporteerden de formulering van een mebudipine-geladen nano-emulsie die ethyloleaat, Tween 80, Span 80, polyethyleenglycol 400, ethanol en DI-water bevatte en werd bereid met een ultrasone sonde. Ze ontdekten dat de deeltjesgrootte voor een optimale formulering 22,8 ± 4,0 nm was, wat resulteerde in een relatieve biologische beschikbaarheid van de mebudipine-nano-emulsie die ongeveer 2,6 keer zo groot was. De resultaten van in vivo experimenten hebben aangetoond dat de nano-emulsie formulering in staat was om de biologische beschikbaarheid van mebudipine aanzienlijk te verbeteren in vergelijking met de suspensie, olie-oplosbare en micellaire oplossing.

Ultrasone nano-emulsie voor oculaire geneesmiddeltoediening

Oculaire nano-emulsies, bijvoorbeeld voor oftalmologische geneesmiddeltoediening, zijn bereid om een betere beschikbaarheid, snellere penetratie en hogere werkzaamheid te bereiken.
Ammar et al. (2009) formuleerden dorzolamidehydrochloride in een nano-emulsie (met een grootte van 8,4-12,8 nm) om de effecten bij de behandeling van glaucoom te vergroten, het aantal toepassingen per dag te verminderen en de therapietrouw van patiënten te verbeteren in vergelijking met conventionele oogdruppels. De ontwikkelde nano-emulsies vertoonden een snel begin van de werking van het geneesmiddel en een verlengde werking, evenals een verbeterde biologische beschikbaarheid van het geneesmiddel in vergelijking met het conventionele marktproduct.
van hoge therapeutische werkzaamheid

Morsi et al. (2014) bereidden als volgt acetazolamide-geladen nano-emulsies: 1% w/w acetazolamide (ACZ) werd sonisch behandeld met oppervlakteactieve stoffen / co-surfactanten / oliemengsels tot volledige oplossing van het geneesmiddel, vervolgens werd de waterige fase met 3% w/w dimethylsulfoxide (DMSO) druppelsgewijs toegevoegd om nano-emulsies met 39% w/w waterige fase te bereiden, terwijl om nano-emulsies met 59% watergehalte te bereiden, waterige fase met 20% DMSO werd gebruikt. DMSO werd toegevoegd om precipitatie van het geneesmiddel na toevoeging van de waterige fase te voorkomen. Nano-emulsies werden bereid met een gemiddelde druppelgrootte van 23,8-90,2 nm. De nano-emulsies bereid met een hoger watergehalte van 59% vertoonden de hoogste geneesmiddelafgifte.
De nano-geëmulgeerde acetazolamide werd met succes geformuleerd in de vorm van een nano-emulsie die een hoge therapeutische werkzaamheid liet zien bij de behandeling van glaucoom, samen met een langdurige werking.

Ultrasoneatoren met hoge prestaties voor nano-emulgering en nanoencapsulatie

Hielscher Ultrasonics biedt ultrasone systemen van compacte laboratoriumhomogenisatoren tot industriële kant-en-klare oplossingen. Om nano-emulsies van de hoogste farmaceutische kwaliteit te produceren, is een betrouwbaar emulgeerproces van cruciaal belang. Hielscher's brede scala aan sonotroden, flowcellen en de optionele MultiPhase Cavitator MPC48 stellen onze klanten in staat om de optimale verwerkingscondities in te stellen om nano-emulsies te produceren met een gestandaardiseerde, betrouwbare en consistente kwaliteit. Hielscher ultrasoonstralers zijn uitgerust met state-of-the-art software voor bediening en controle – voor een betrouwbare productie van gestandaardiseerde farmaceutische producten en supplementen van farmaceutische kwaliteit.
Neem vandaag nog contact met ons op om de mogelijkheden van ultrasoon geformuleerde API's en fytochemicaliën te ontdekken!