Ultradźwiękowy preparat niosomów
Pęcherzyki niosomowe jako nanonośniki składników aktywnych
Niosom to niejonowy pęcherzyk na bazie środka powierzchniowo czynnego, utworzony głównie z niejonowego środka powierzchniowo czynnego i cholesterolu jako substancji pomocniczej. Niosomy są bardziej stabilne przed degradacją chemiczną lub utlenianiem i mają długi czas przechowywania w porównaniu do liposomów. Ze względu na środki powierzchniowo czynne stosowane do przygotowania niosomów, są one biodegradowalne, biokompatybilne i nieimmunogenne. Niosomy są aktywne osmotycznie, stabilne chemicznie i oferują dłuższy czas przechowywania w porównaniu do liposomów. W zależności od wielkości i blaszkowatości dostępne są różne metody przygotowania, takie jak sonikacja, odparowanie w odwróconej fazie, nawodnienie cienkowarstwowe lub proces wychwytu leku w transbłonowym gradiencie pH. Ultradźwiękowe przygotowanie niosomów jest preferowaną techniką wytwarzania pęcherzyków jednocząsteczkowych, które są małe i jednolite pod względem wielkości.
Ultradźwiękowa formuła niosomów
Aby utworzyć niosomy, emulsję typu olej w wodzie (o/w) należy przygotować z organicznego roztworu środka powierzchniowo czynnego, cholesterolu i roztworu wodnego zawierającego związek bioaktywny, tj. lek. Emulsyfikacja ultradźwiękowa jest doskonałą techniką mieszania niemieszających się cieczy, takich jak olej i woda. Ścinając kropelki obu faz i rozbijając je do rozmiaru nano, uzyskuje się nanoemulsję. Następnie rozpuszczalnik organiczny jest odparowywany, w wyniku czego powstają niosomy obciążone środkami terapeutycznymi, które są zdyspergowane w fazie wodnej. W porównaniu z mieszaniem mechanicznym, ultradźwiękowa technika formowania niosomów wyróżnia się tworzeniem niosomów o mniejszym średnim wymiarze i niższym wskaźniku polidyspersyjności w szybkim procesie. Stosowanie mniejszych pęcherzyków jest ogólnie preferowane, biorąc pod uwagę, że mają one tendencję do unikania mechanizmów oczyszczania organizmu lepiej niż większe cząstki i pozostają przez dłuższy czas w krwiobiegu. (por. Bragagni et al. 2014)
- jednokomórkowe, małe, jednolite pęcherzyki
- Prosty i szybki proces
- powtarzalny
- precyzyjna kontrola
- Bezpieczny
- łatwa skalowalność
Ultradźwiękowe protokoły przygotowania niosomów
Formułowanie niosomów za pomocą sonikacji zostało szeroko zbadane, dzięki czemu dostępne są liczne naukowo potwierdzone protokoły produkcji niosomów ultradźwiękowych.
Poniżej znajduje się krótki przegląd kilku protokołów formulacji przygotowujących i ładujących niosomy za pomocą sonikacji.
Niosomy wypełnione ekstraktami z Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) sformułowali surowy ekstrakt Withania somnifera w niosomy przeznaczone do stosowania miejscowego. Związki bioaktywne enkapsulowano poprzez wstrzyknięcie rozpuszczalnika. W związku z tym fazę organiczną i wodną stale mieszano magnetycznie, a temperaturę utrzymywano na poziomie 60°C ± 2°C do momentu odparowania rozpuszczalnika organicznego. Powstały preparat schłodzono i poddano sonikacji na lodzie za pomocą sonikatora Hielscher UP200ST. Niosomy miały średnie rozmiary w zakresie ok. 165,9 ± 9,4 i wykazywały wysoką skuteczność uwięzienia (EE%) withanolidu A.
Niosomy zawierające doksorubicynę
N-palmitoiloglukozaminowe niosomy (Glu) obciążone doksorubicyną, lekiem przeciwnowotworowym, przygotowano przez wytrząsanie mieszaniny NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), cholesterolu (58 mg) i Solulan C24 (54 mg) w roztworze doksorubicyny (1,5 mg/ml, 2 ml, przygotowanym w PBS) w temperaturze 90°C przez 1 godzinę, a następnie sonikację sondy przez 10 minut (75% maksimum).
Pęcherzyki z palmitoiloglikolu chitozanu (GCP) przygotowano zgodnie z wcześniejszym opisem (11) przez sonikowanie glikolu chitozanu (10 mg) i cholesterolu (4 mg) w roztworze doksorubicyny (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – Urządzenie ultradźwiękowe o mocy 400 W do formułowania nanonośników, takich jak niosomy
Alternatywne metody przygotowywania niosomów
Alternatywne metody formulacji niosomów, takie jak technika odparowywania w fazie odwróconej lub proces absorpcji leku w transbłonowym gradiencie pH, obejmują zastosowanie energii ultradźwiękowej. Obie techniki są stosowane głównie do formułowania pęcherzyków wielokomórkowych (MLV). Poniżej znajduje się krótki opis obu technik i etapu sonikacji.
Sonikacja w przygotowywaniu niosomów poprzez odparowywanie w odwróconej fazie
W metodzie odwrotnego odparowania fazowego (REV) składniki preparatu niosomalnego są rozpuszczane w mieszaninie eteru i chloroformu i dodawane do fazy wodnej, która zawiera lek. Emulsyfikacja ultradźwiękowa jest stosowana w celu przekształcenia mieszaniny w emulsję o drobnych rozmiarach. Następnie faza organiczna jest odparowywana. Niosomy otrzymane podczas odparowywania rozpuszczalnika organicznego są pęcherzykami jednokomórkowymi o dużych rozmiarach.
Przezbłonowy gradient pH w procesie wychwytu leku
W przypadku przezbłonowego gradientu pH (wewnątrz kwaśnego) procesu wychwytu leku (ze zdalnym ładowaniem), środek powierzchniowo czynny i cholesterol są rozpuszczane w chloroformie. Rozpuszczalnik jest następnie odparowywany pod próżnią w celu uzyskania cienkiej warstwy na ściance kolby okrągłodennej. Warstwę uwadnia się 300 mM kwasem cytrynowym (pH 4,0) poprzez worteksowanie zawiesiny. Wielokomórkowe pęcherzyki są zamrażane i rozmrażane trzykrotnie, a następnie poddawane sonikacji za pomocą ultrasonografu typu sondowego. Do tej zawiesiny niosomalnej dodaje się wodny roztwór zawierający 10 mg/ml leku i worteksuje. Następnie pH próbki podnosi się do pH 7,0-7,2 za pomocą 1M fosforanu disodu. Następnie mieszaninę ogrzewa się do temperatury 60°C przez 10 minut. Technika ta pozwala uzyskać pęcherzyki wielokomórkowe. (por. Kazi et al. 2010)
Ultradźwiękowa redukcja rozmiaru niosomów
W zależności od techniki przygotowania, niosomy są często stosunkowo duże i mają tendencję do tworzenia agregatów. Jednak określone rozmiary niosomów są ważnym czynnikiem, jeśli chodzi o docelowy typ systemu dostarczania. Na przykład, bardzo mały rozmiar niosomu w zakresie nanometrów jest najbardziej odpowiedni do ogólnoustrojowego dostarczania leków, gdzie lek musi być dostarczany przez błony komórkowe, aby dotrzeć do docelowego miejsca komórkowego, podczas gdy większe niosomy są zalecane do domięśniowego i wewnątrzjamowego dostarczania leków lub zastosowań okulistycznych. Ultradźwiękowa redukcja rozmiaru niosomów jest powszechnym etapem podczas przygotowywania bardzo silnych niosomów. Ultradźwiękowe siły ścinające deaglomerują i rozpraszają niosomy w monodyspersyjne nano-niosomy.
protokół – Ultradźwiękowa redukcja wielkości lipoNiosomów
Naderinezhad i wsp. (2017) sformułowali biokompatybilne LipoNiosomy (połączenie niosomu i liposomu) zawierające Tween 60: cholesterol: DPPC (w proporcjach 55 : 30 : 15 : 3) z 3% DSPE-mPEG. Aby zmniejszyć rozmiar przygotowanych LipoNiosomów, po uwodnieniu sonikowano zawiesinę przez 45 minut (15 sekund włączania i 10 sekund wyłączania, amplituda 70% przy 100 watach), aby zminimalizować agregację cząstek za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Niemcy). W przypadku metody gradientu pH wysuszone warstwy CUR, środków powierzchniowo czynnych i lipidów uwodniono 1300 ml siarczanu amonu (pH 1⁄4 4) w temperaturze 63 C przez 47 minut. Następnie nanocząstki poddano sonikacji nad łaźnią lodową w celu wytworzenia małych pęcherzyków.
Ultradźwięki do przygotowania niosomów
Hielscher Ultrasonic posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji, dystrybucji i serwisie wysokowydajnych homogenizatorów ultradźwiękowych dla przemysłu farmaceutycznego, spożywczego i kosmetycznego.
Przygotowanie wysokiej jakości niosomów, liposomów, stałych nanocząstek lipidowych, nanocząstek polimerowych, kompleksów cyklodekstrynowych i innych nanostrukturalnych nośników leków to procesy, w których systemy ultradźwiękowe Hielscher wyróżniają się wysoką niezawodnością, stałą mocą wyjściową i precyzyjną sterowalnością. Ultradźwięki Hielscher pozwalają na precyzyjną kontrolę wszystkich parametrów procesu, takich jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia sonikacji. Inteligentne oprogramowanie automatycznie zapisuje wszystkie parametry sonikacji (czas, datę, amplitudę, energię netto, energię całkowitą, temperaturę, ciśnienie) na wbudowanej karcie SD.
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu 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
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Miejscowe dostarczanie surowych ekstraktów Withania somnifera w niosomach i stałych nanocząstkach lipidowych. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Wpływ rodzaju środka powierzchniowo czynnego, zawartości cholesterolu i różnych metod zmniejszania na wielkość cząstek niosomów. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 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): Jednoczesne podawanie paklitakselu i kurkuminy w nowych kationowych PEGylowanych preparatach niosomalnych wykazuje zwiększoną synergistyczną skuteczność przeciwnowotworową. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Współdostarczanie hydrofilowych i hydrofobowych leków przeciwnowotworowych przy użyciu biokompatybilnych, wrażliwych na pH nanonośników lipidowych dla nowotworów wielolekoopornych. RSC Adv., 2017, 7, 30008-30019.
Fakty, które warto znać
Niosomy vs liposomy
Liposomy i niosomy to mikroskopijne pęcherzyki, które mogą być ładowane związkami bioaktywnymi w celu dostarczania leków. Niosomy są podobne do liposomów, ale różnią się składem dwuwarstwy. Podczas gdy liposomy mają dwuwarstwę fosfolipidową, dwuwarstwa niosomów jest wykonana z niejonowych środków powierzchniowo czynnych, co prowadzi do chemicznej różnicy w jednostkach strukturalnych. Ta różnica strukturalna zapewnia niosomom wyższą stabilność chemiczną, lepszą zdolność penetracji skóry i mniej zanieczyszczeń.
Pęcherzyki niosomalne dzielą się według wielkości na trzy główne grupy: Małe pęcherzyki jednocząsteczkowe (SUV) mają średnią średnicę 10-100 nm, duże pęcherzyki jednocząsteczkowe (LUV) mają średnią wielkość 100-3000nm, a pęcherzyki wielocząsteczkowe (MLV) charakteryzują się więcej niż jedną dwuwarstwą.
"Niosomy zachowują się in vivo jak liposomy, przedłużając krążenie uwięzionego w nich leku i zmieniając jego dystrybucję narządową oraz stabilność metaboliczną. Podobnie jak w przypadku liposomów, właściwości niosomów zależą od składu dwuwarstwy oraz metody ich wytwarzania. Doniesiono, że interkalacja cholesterolu w dwuwarstwach zmniejsza objętość uwięzienia podczas formowania, a tym samym skuteczność uwięzienia". (Kazi et al. 2010)
Niosomy mogą być przygotowywane za pomocą różnych technik, takich jak technika hydratacji cienkowarstwowej, ultradźwięki, metoda parowania w odwróconej fazie, metoda zamrażania-rozmrażania, mikrofluidyzacja lub metoda rehydratacji odwadniającej. Wybierając odpowiednią formę przygotowania, środek powierzchniowo czynny, zawartość cholesterolu, dodatki ładunku powierzchniowego i stężenie zawiesiny, można sformułować skład, lamelarność, stabilność i ładunek powierzchniowy niosomów w celu spełnienia określonych wymagań dotyczących nośnika leku.
W celu wytworzenia wysoce biokompatybilnych niosomów o bardzo niskiej cytotoksyczności, środki powierzchniowo czynne stosowane do przygotowania niosomów powinny być biodegradowalne, biokompatybilne i nieimmunogenne.