Ultradźwiękowy preparat nanostrukturalnych lipidowych nośników leków
Nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) są zaawansowaną formą nanorozmiarowych systemów dostarczania leków z rdzeniem lipidowym i rozpuszczalną w wodzie powłoką. NLC mają wysoką stabilność, chronią aktywne biocząsteczki przed degradacją i zapewniają długotrwałe uwalnianie leku. Ultradźwięki są niezawodną, wydajną i prostą techniką wytwarzania obciążonych nanostrukturalnych nośników lipidowych.
Ultradźwiękowy preparat nanostrukturalnych nośników lipidowych
Nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) zawierają stały lipid, ciekły lipid i środek powierzchniowo czynny w środowisku wodnym, co zapewnia im dobrą rozpuszczalność i biodostępność. NLC są szeroko stosowane do formułowania stabilnych systemów nośników leków o wysokiej biodostępności i przedłużonym uwalnianiu leku. NLC mają szeroki zakres zastosowań, od podawania doustnego do pozajelitowego, w tym miejscowego / przezskórnego, okulistycznego (ocznego) i płucnego.
Dyspersja ultradźwiękowa i emulgowanie to niezawodna i skuteczna technika przygotowania nanostrukturalnych nośników lipidowych obciążonych związkami aktywnymi. Ultradźwiękowy preparat NLC ma tę główną zaletę, że nie wymaga rozpuszczalnika organicznego, dużych ilości środka powierzchniowo czynnego lub związków dodatkowych. Ultradźwiękowy preparat NLC jest stosunkowo prostą metodą, ponieważ topiący się lipid jest dodawany do roztworu środka powierzchniowo czynnego, a następnie poddawany działaniu ultradźwięków.
Przykładowe protokoły dla ultradźwiękowo obciążonych nanostrukturalnych nośników lipidowych
NLC załadowane deksametazonem poprzez sonikację
Nietoksyczny potencjalny okulistyczny system NLC został przygotowany pod ultradźwiękami, co spowodowało wąski rozkład wielkości, wysoką skuteczność uwięzienia deksametazonu i lepszą penetrację. Systemy NLC zostały przygotowane ultradźwiękowo przy użyciu Hielscher UP200S ultrasonicator i Compritol 888 ATO, Miglyol 812N i Cremophor RH60 jako składniki.
Stały lipid, ciekły lipid i środek powierzchniowo czynny zostały stopione przy użyciu mieszadła magnetycznego podgrzewającego w temperaturze 85ºC. Następnie do stopionej mieszaniny lipidów dodano deksametazon i zdyspergowano. Czystą wodę podgrzano w temperaturze 85ºC, a dwie fazy poddano działaniu ultradźwięków (przy 70% amplitudzie przez 10 minut) za pomocą sondy. Hielscher UP200S homogenizator ultradźwiękowy. System NLC został schłodzony w łaźni lodowej.
Ultradźwiękowo przygotowane NLC wykazują wąski rozkład wielkości, wysoką skuteczność uwięzienia DXM i lepszą penetrację.
Naukowcy zalecają stosowanie niskiego stężenia środka powierzchniowo czynnego i niskiego stężenia lipidów (np. 2,5% dla środka powierzchniowo czynnego i 10% dla całkowitego lipidu), ponieważ wtedy krytyczne parametry stabilności (Zave, ZP, PDI) i zdolność ładowania leku (EE%) są odpowiednie, podczas gdy stężenie emulgatora może pozostać na niskim poziomie.
(por. Kiss et al. 2019)
NLC załadowane palmitynianem retinylu poprzez sonikację
Retinoid jest szeroko stosowanym składnikiem w dermatologicznych terapiach zmarszczek. Retinol i palmitynian retinylu to dwa związki z grupy retinoidów, które mają zdolność indukowania grubości naskórka i są skuteczne jako środek przeciwzmarszczkowy.
Formułę NLC przygotowano metodą ultradźwiękową. Preparat zawierał 7,2% palmitynianu cetylu, 4,8% kwasu oleinowego, 10% Tween 80, 10% gliceryny i 2% palmitynianu retinylu. W celu wytworzenia NLC zawierających palmitynian retinylu podjęto następujące kroki: Mieszanina stopionych lipidów jest mieszana ze środkiem powierzchniowo czynnym, współśrodkiem powierzchniowo czynnym, gliceryną i wodą dejonizowaną w temperaturze 60-70°C. Mieszanina ta jest mieszana za pomocą mieszadła wysokoobrotowego z prędkością 9800 obr/min przez 5 minut. Po utworzeniu wstępnej emulsji, ta wstępna emulsja jest natychmiast poddawana działaniu ultradźwięków za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego typu sondy przez 2 minuty. Następnie otrzymany NLC przechowywano w temperaturze pokojowej przez 24 h. Emulsję przechowywano w temperaturze pokojowej przez 24 h i zmierzono wielkość nanocząstek. Formuła NLC wykazała rozmiary cząstek w zakresie 200-300 nm. Uzyskany NLC ma bladożółty wygląd, rozmiar kuleczki 258 ± 15,85 nm i wskaźnik polidyspersyjności 0,31 ± 0,09. Poniższy obraz TEM przedstawia ultradźwiękowo przygotowane NLC załadowane palmitynianem retinylu.
(por. Pamudji et al. 2015)

UP400StHomogenizator ultradźwiękowy o mocy 400 W do produkcji nanostrukturalnych nośników lipidowych (NLC).

Morfologia ultradźwiękowo sformułowanych NLC palmitynianu retinylu: (A) powiększenie 10000x, (B) powiększenie 20000x i (C) powiększenie 40000x.
źródło: Pamudji et al. 2016
Zingiber zerumbet-loaded NLCs poprzez sonikację
Nanostrukturalne nośniki lipidowe składają się z mieszaniny stałego lipidu, ciekłego lipidu i środka powierzchniowo czynnego. Są to doskonałe systemy dostarczania leków do podawania substancji bioaktywnych o słabej rozpuszczalności w wodzie i znacznego zwiększenia ich biodostępności.
Podjęto następujące kroki w celu sformułowania NLC zawierających Zingiber zerumbet. 1% stały lipid, tj. monostearynian glicerolu, i 4% płynny lipid, tj. olej kokosowy z pierwszego tłoczenia, zmieszano i stopiono w temperaturze 50°C w celu uzyskania jednorodnej, klarownej fazy lipidowej. Następnie do fazy lipidowej dodano 1% oleju Zingiber zerumbet, podczas gdy temperaturę utrzymywano stale 10°C powyżej temperatury topnienia monostearynianu glicerolu. W celu przygotowania fazy wodnej zmieszano wodę destylowaną, Tween 80 i lecytynę sojową w odpowiednim stosunku. Mieszanina wodna została natychmiast dodana do mieszaniny lipidów w celu utworzenia mieszaniny wstępnej emulsji. Wstępna emulsja była następnie homogenizowana przy użyciu homogenizatora wysokoobrotowego z prędkością 11 000 obrotów na minutę przez 1 minutę. Następnie wstępną emulsję poddano działaniu ultradźwięków za pomocą ultrasonografu z sondą o amplitudzie 50% przez 20 minut, Na koniec dyspersję NLC schłodzono w łaźni wodnej z lodem do temperatury pokojowej (25 ± 1 ° C) w celu schłodzenia zawiesiny w zimnej kąpieli, aby zapobiec agregacji cząstek. NLC były przechowywane w temperaturze 4°C.
NLC załadowane Zingiber zerumbet wykazują rozmiar nanometrów 80,47±1,33, stabilny wskaźnik polidyspersyjności 0,188±2,72 i potencjał zeta -38,9±2,11. Wydajność enkapsulacji wykazuje zdolność nośnika lipidowego do enkapsulacji oleju Zingiber zerumbet z ponad 80% wydajnością.
(por. Rosli et al. 2015)
NLC załadowane Valsaratanem poprzez sonikację
Walsartan jest blokerem receptora angiotensyny II stosowanym w lekach przeciwnadciśnieniowych. Walsartan ma niską biodostępność wynoszącą ok. 23% tylko ze względu na słabą rozpuszczalność w wodzie. Zastosowanie ultradźwiękowej metody emulgowania w stanie stopionym pozwoliło na przygotowanie NLC zawierających walsartan o znacznie poprawionej biodostępności.
Po prostu, oleisty roztwór Val zmieszano z pewną ilością stopionego materiału lipidowego w temperaturze 10°C powyżej temperatury topnienia lipidów. Wodny roztwór środka powierzchniowo czynnego przygotowano przez rozpuszczenie pewnej ilości Tween 80 i dezoksycholanu sodu. Roztwór środka powierzchniowo czynnego ogrzewano dalej do tego samego stopnia temperatury i mieszano z oleistym roztworem leku lipidowego za pomocą sonikacji przez 3 minuty w celu utworzenia emulsji. Następnie utworzoną emulsję zdyspergowano w schłodzonej wodzie przez mieszanie magnetyczne przez 10 minut. Utworzone NLC zostały oddzielone przez odwirowanie. Próbki z supernatantu pobierano i analizowano pod kątem stężenia Val przy użyciu zwalidowanej metody HPLC.
Ultradźwiękowa metoda emulgowania w stanie stopionym ma wiele zalet, w tym prostotę przy minimalnych warunkach stresowych i pozbawiona toksycznych rozpuszczalników organicznych. Maksymalna osiągnięta skuteczność uwięzienia wyniosła 75,04%
(por. Albekery et al. 2017)
Inne związki czynne, takie jak paklitaksel, klotrimazol, domperidon, pueraryna i meloksykam zostały również z powodzeniem włączone do nanocząstek stałolipidowych i nanostrukturalnych nośników lipidowych przy użyciu technik ultradźwiękowych. (por. Bahari i Hamishehkar 2016)
Ultradźwiękowa homogenizacja na zimno
Gdy technika homogenizacji na zimno jest stosowana do przygotowania nanostrukturalnych nośników lipidowych, farmakologicznie aktywne cząsteczki, tj. lek, są rozpuszczane w stopionym lipidzie, a następnie szybko schładzane za pomocą ciekłego azotu lub suchego lodu. Podczas chłodzenia lipidy zestalają się. Stała masa lipidowa jest następnie rozdrabniana do rozmiaru nanocząstek. Nanocząstki lipidów są rozpraszane w zimnym roztworze środka powierzchniowo czynnego, uzyskując zimną zawiesinę wstępną. Wreszcie, zawiesina ta jest poddawana sonikacji, często przy użyciu ultradźwiękowego reaktora przepływowego, w temperaturze pokojowej.
Ponieważ substancje są podgrzewane tylko raz w pierwszym etapie, ultradźwiękowa homogenizacja na zimno jest stosowana głównie do formułowania leków wrażliwych na ciepło. Ponieważ wiele bioaktywnych cząsteczek i związków farmaceutycznych jest podatnych na degradację cieplną, ultradźwiękowa homogenizacja na zimno jest szeroko stosowanym zastosowaniem. Kolejną zaletą techniki homogenizacji na zimno jest unikanie fazy wodnej, co ułatwia enkapsulację cząsteczek hydrofilowych, które w przeciwnym razie mogłyby ulec podziałowi z ciekłej fazy lipidowej do fazy wodnej podczas homogenizacji na gorąco.
Ultradźwiękowa homogenizacja na gorąco
Gdy sonikacja jest stosowana jako technika homogenizacji na gorąco, stopione lipidy i związek czynny (tj. farmakologicznie aktywny składnik) są rozpraszane w gorącym środku powierzchniowo czynnym podczas intensywnego mieszania w celu uzyskania wstępnej emulsji. W procesie homogenizacji na gorąco ważne jest, aby oba roztwory, zawiesina lipidów/leku i środek powierzchniowo czynny zostały podgrzane do tej samej temperatury (około 5-10°C powyżej temperatury topnienia stałego lipidu). W drugim etapie wstępna emulsja jest następnie poddawana wysokowydajnej sonikacji przy jednoczesnym utrzymaniu temperatury.
Wysokowydajne ultradźwięki dla nanostrukturalnych nośników lipidowych
Potężne systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w farmaceutycznych produktach R&D i produkcji w celu wytworzenia wysokiej jakości nanonośników leków, takich jak stałe nanocząstki lipidowe (SLN), nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC), nanoemulsje i nanokapsułki. Aby sprostać wymaganiom swoich klientów, Hielscher dostarcza ultradźwięki z kompaktowego, ale mocnego ręcznego homogenizatora laboratoryjnego i ultrasonografów stołowych do w pełni przemysłowych systemów ultradźwiękowych do produkcji dużych ilości preparatów farmaceutycznych. Szeroka gama ultradźwiękowych sonotrod i reaktorów jest dostępna, aby zapewnić optymalną konfigurację do produkcji nanostrukturalnych nośników lipidowych (NLC). Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Aby umożliwić naszym klientom spełnienie Dobrych Praktyk Produkcyjnych (GMP) i ustanowienie znormalizowanych procesów, wszystkie ultradźwięki cyfrowe są wyposażone w inteligentne oprogramowanie do precyzyjnego ustawiania parametrów sonikacji, ciągłej kontroli procesu i automatycznego rejestrowania wszystkich ważnych parametrów procesu na wbudowanej karcie SD. Wysoka jakość produktu zależy od kontroli procesu i stale wysokich standardów przetwarzania. Ultradźwięki Hielscher pomagają monitorować i standaryzować proces!
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Wysokiej mocy homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do pilot i Przemysł skala.
Literatura / Referencje
- Eszter L. Kiss, Szilvia Berkó, Attila Gácsi, Anita Kovács, Gábor Katona, Judit Soós, Erzsébet Csányi, Ilona Gróf, András Harazin, Mária A. Deli, Mária Budai-Szűcs (2019): Design and Optimization of Nanostructured Lipid Carrier Containing Dexamethasone for Ophthalmic Use. Pharmaceutics. 2019 Dec; 11(12): 679.
- Iti Chauhan , Mohd Yasir, Madhu Verma, Alok Pratap Singh (2020): Nanostructured Lipid Carriers: A Groundbreaking Approach for Transdermal Drug Delivery. Adv Pharm Bull, 2020, 10(2), 150-165.
- Pamudji J. S., Mauludin R, Indriani N. (2015): Development of Nanostructure Lipid Carrier Formulation Containing of Retinyl Palmitate. Int J Pharm Pharm Sci, Vol 8, Issue 2, 256-26.
- Akanksha Garud, Deepti Singh, Navneet Garud (2012): Solid Lipid Nanoparticles (SLN): Method, Characterization and Applications. International Current Pharmaceutical Journal 2012, 1(11): 384-393.
- Rosli N. A., Hasham R., Abdul Azizc A., Aziz R. (2015): Formulation and characterization of nanostructured lipid carrier encapsulated Zingiber zerumbet oil using ultrasonication. Journal of Advanced Research in Applied Mechanics Vol. 11, No. 1, 2015. 16-23.
- Albekery M. A., Alharbi K. T. , Alarifi S., Ahmad D., Omer M. E, Massadeh S., Yassin A. E. (2017): Optimization of a nanostructured Lipid Carrier System for Enhancing the Biopharmaceutical Properties of Valsaratan. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures Vol. 12, No. 2, April – June 2017. 381-389.
- Leila Azhar Shekoufeh Bahari; Hamed Hamishehkar (2016): The Impact of Variables on Particle Size of Solid Lipid Nanoparticles and Nanostructured Lipid Carriers; A Comparative Literature Review. Advanced Pharmaceutical Bulletin 6(2), 2016. 143-151.
Fakty, które warto znać
Zaawansowane nanonośniki leków
Nanoemulsje, liposomy, niosomy, nanocząstki polimerowe, nanocząstki stałolipidowe i nanostrukturalne nanocząstki lipidowe są stosowane jako zaawansowane systemy dostarczania leków w celu poprawy biodostępności, zmniejszenia cytotoksyczności i osiągnięcia trwałego uwalniania leku.

Schematyczna struktura a) stałej nanocząstki lipidowej b) nanostrukturalnego nośnika lipidowego
Źródło: Bahari i Hamishehkar 2016
Termin nanocząstki na bazie stałych lipidów (SLBN) obejmuje dwa rodzaje nano-nośników leków, stałe nanocząstki lipidowe (SLN) i nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC). SLN i NLC wyróżniają się składem matrycy cząstek stałych:
Stałe nanocząstki lipidowe (SLN), znane również jako liposfery lub stałe nanosfery lipidowe, to submikronowe cząstki o średnim rozmiarze od 50 do 100 nm. SLN są wykonane z lipidów, które pozostają stałe w temperaturze pokojowej i w temperaturze ciała. Stały lipid jest wykorzystywany jako materiał matrycowy, w którym kapsułkowane są leki. Lipidy do przygotowania SLN mogą być wybrane spośród różnych lipidów, w tym mono-, di- lub triglicerydów; mieszanin glicerydów; i kwasów lipidowych. Matryca lipidowa jest następnie stabilizowana przez biokompatybilne środki powierzchniowo czynne.
Nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) to nanocząstki na bazie lipidów wykonane ze stałej matrycy lipidowej, która jest połączona z ciekłymi lipidami lub olejem. Stały lipid zapewnia stabilną matrycę, która unieruchamia bioaktywne cząsteczki, tj. lek, i zapobiega agregacji cząstek. Kropelki ciekłego lipidu lub oleju w stałej matrycy lipidowej zwiększają zdolność cząstek do ładowania leku.