Formulação ultrassónica de transportadores lipídicos nanoestruturados de fármacos

Os transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) são uma forma avançada de sistemas de administração de fármacos de dimensão nanométrica, com um núcleo lipídico e um invólucro hidrossolúvel. Os NLCs apresentam elevada estabilidade, protegem as biomoléculas ativas contra a degradação e proporcionam uma libertação sustentada do fármaco. A sonicação é uma técnica fiável, eficiente e simples para produzir transportadores lipídicos nanoestruturados carregados.

Preparação ultrassónica de transportadores lipídicos nanoestruturados

Os transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) contêm lípidos sólidos, lípidos líquidos e tensioativos num meio aquoso, o que lhes confere boas características de solubilidade e biodisponibilidade. Os NLCs são amplamente utilizados para formular sistemas estáveis de transporte de fármacos com elevada biodisponibilidade e libertação sustentada do fármaco. Os NLCs têm uma ampla gama de aplicações, desde a administração oral à parentérica, incluindo a administração tópica/transdérmica, oftálmica (ocular) e pulmonar.
A dispersão e a emulsificação ultrassónicas constituem uma técnica fiável e eficiente para preparar transportadores lipídicos nanoestruturados carregados com compostos ativos. A preparação ultrassónica de NLCs tem a grande vantagem de não exigir um solvente orgânico, grandes quantidades de tensioativo ou compostos aditivos. A formulação ultrassónica de NLCs é um método relativamente simples, uma vez que o lípido em fusão é adicionado à solução de tensioativo e depois submetido a sonicação.

Exemplos de protocolos para transportadores lipídicos nanoestruturados carregados por ultrassons

NLCs carregados com dexametasona por sonicação
Foi preparado por sonicação um sistema de NLCs não tóxico com potencial para utilização oftálmica, o que resultou numa distribuição estreita de tamanhos, elevada eficácia de retenção de dexametasona e melhor penetração. Os sistemas de NLCs foram preparados por ultrassons utilizando um sonicador Hielscher UP200S e Compritol 888 ATO, Miglyol 812N e Cremophor RH60 como componentes.
O lípido sólido, o lípido líquido e o tensioativo foram fundidos utilizando um agitador magnético com aquecimento a 85ºC. Em seguida, a dexametasona foi adicionada à mistura lipídica fundida e dispersa. A água pura foi aquecida a 85ºC e as duas fases foram submetidas a sonicação (a 70% de amplitude durante 10 min) com o homogeneizador ultrassónico Hielscher UP200S . O sistema de NLCs foi arrefecido num banho de gelo.
Os NLCs preparados por ultrassons apresentam uma distribuição estreita de tamanhos, elevada eficácia de retenção de DXM e melhor penetração.
Os investigadores recomendam a utilização de uma baixa concentração de tensioativo e de uma baixa concentração de lípidos (por exemplo, 2,5% de tensioativo e 10% de lípidos totais), porque, nessas condições, os parâmetros críticos de estabilidade (Z_ave, ZP, PDI) e a capacidade de carregamento do fármaco (EE%) são adequados, enquanto a concentração de emulsionante pode permanecer em níveis baixos.
(cf. Kiss et al. 2019)

NLCs carregados com palmitato de retinilo por sonicação
O retinoide é um ingrediente amplamente utilizado em tratamentos dermatológicos de rugas. O retinol e o palmitato de retinilo são dois compostos do grupo dos retinoides que têm a capacidade de aumentar a espessura da epiderme e são eficazes como agentes antirrugas.
A formulação de NLCs foi preparada utilizando o método de sonicação. A formulação continha 7,2% de palmitato de cetilo, 4,8% de ácido oleico, 10% de Tween 80, 10% de glicerina e 2% de palmitato de retinilo. Foram seguidas as seguintes etapas para produzir NLCs carregados com palmitato de retinilo: a mistura de lípidos fundidos é misturada com o tensioativo, o cotensioativo, a glicerina e a água desionizada a 60–70°C. Esta mistura é agitada com um misturador de elevado cisalhamento a 9800rpm durante 5 min. Após a formação da pré-emulsão, esta é imediatamente submetida a sonicação utilizando um homogeneizador ultrassónico de tipo sonda durante 2 min. Em seguida, os NLCs obtidos foram mantidos à temperatura ambiente durante 24 h. A emulsão foi armazenada à temperatura ambiente durante 24 h e o tamanho das nanopartículas foi medido. A fórmula de NLCs apresentou tamanhos de partículas no intervalo de 200–300nm. Os NLCs obtidos apresentam um aspeto amarelo-pálido, um tamanho de glóbulo de 258±15,85 nm e um índice de polidispersidade de 0,31±0,09. A imagem de microscopia eletrónica de transmissão (TEM) abaixo mostra os NLCs carregados com palmitato de retinilo preparados por ultrassons.
(cf. Pamudji et al. 2015)

NLCs carregados com Zingiber zerumbet por sonicação
Os transportadores lipídicos nanoestruturados consistem numa mistura de lípidos sólidos, lípidos líquidos e tensioativos. São excelentes sistemas de administração de fármacos para administrar substâncias bioativas com fraca solubilidade em água e aumentar significativamente a sua biodisponibilidade.
Foram realizadas as seguintes etapas para formular NLCs carregados com Zingiber zerumbet. Misturaram-se e fundiram-se a 50°C 1% de lípido sólido, isto é, monoestearato de glicerilo, e 4% de lípido líquido, isto é, óleo de coco virgem, para obter uma fase lipídica homogénea e límpida. Posteriormente, adicionou-se 1% de óleo de Zingiber zerumbet à fase lipídica, mantendo-se continuamente a temperatura 10°C acima da temperatura de fusão do monoestearato de glicerilo. Para a preparação da fase aquosa, misturaram-se água destilada, Tween 80 e lecitina de soja na proporção correta. A mistura aquosa foi imediatamente adicionada à mistura lipídica para formar uma mistura de pré-emulsão. A pré-emulsão foi então homogeneizada utilizando um homogeneizador de elevado cisalhamento a 11 000 rpm durante 1 min. Depois, a pré-emulsão foi submetida a sonicação utilizando um sonicador de tipo sonda a 50% de amplitude durante 20 min. Por fim, a dispersão de NLCs foi arrefecida num banho de água gelada até à temperatura ambiente (25±1°C), de modo a arrefecer rapidamente a suspensão no banho frio para evitar a agregação das partículas. Os NLCs foram armazenados a 4°C.
Os NLCs carregados com Zingiber zerumbet apresentam um tamanho em nanómetros de 80,47±1,33, um índice de polidispersidade estável de 0,188±2,72 e uma carga de potencial zeta de -38,9±2,11. A eficiência de encapsulação demonstra a capacidade do transportador lipídico para encapsular óleo de Zingiber zerumbet com uma eficiência superior a 80%.
(cf. Rosli et al. 2015)

NLCs carregados com Valsaratan por sonicação
Valsaratan é um bloqueador dos recetores da angiotensina II utilizado em medicamentos anti-hipertensores. Valsartan tem uma baixa biodisponibilidade de apenas aprox. 23% devido à sua fraca solubilidade em água. A utilização do método ultrassónico de emulsificação por fusão permitiu preparar NLCs carregados com Valsaratan com uma biodisponibilidade significativamente melhorada.
De forma simples, uma solução oleosa de Val foi misturada com uma determinada quantidade de material lipídico fundido a uma temperatura 10°C acima do ponto de fusão do lípido. Preparou-se uma solução aquosa de tensioativo dissolvendo determinadas massas de Tween 80 e desoxicolato de sódio. A solução de tensioativo foi depois aquecida à mesma temperatura e misturada com a solução oleosa de lípido e fármaco por sonicação com sonda durante 3 min. para formar uma emulsão. Em seguida, a emulsão formada foi dispersa em água arrefecida por agitação magnética durante 10 min. Os NLCs formados foram separados por centrifugação. Recolheram-se amostras do sobrenadante e analisou-se a concentração de Val utilizando um método de HPLC validado.
O método ultrassónico de emulsificação por fusão tem várias vantagens, incluindo a simplicidade, condições mínimas de stress e a ausência de solventes orgânicos tóxicos. A eficiência máxima de retenção alcançada foi de 75,04%
(cf. Albekery et al. 2017)

Outros compostos ativos, como paclitaxel, clotrimazol, domperidona, puerarina e meloxicam, também foram incorporados com sucesso em nanopartículas lipídicas sólidas e transportadores lipídicos nanoestruturados utilizando técnicas ultrassónicas. (cf. Bahari and Hamishehkar 2016)

A sonicação, enquanto método de preparação para a formulação de nanotransportadores lipídicos (NLCs), pode ser utilizada como técnica de homogeneização a frio ou a quente. A homogeneização ultrassónica resulta numa distribuição estreita de tamanhos de partículas, o que melhora a estabilidade e as propriedades de armazenamento dos NLCs.

Homogeneização ultrassónica a frio

Quando a técnica de homogeneização a frio é utilizada para preparar transportadores lipídicos nanoestruturados, as moléculas farmacologicamente ativas, isto é, o fármaco, são dissolvidas no lípido fundido e depois rapidamente arrefecidas utilizando azoto líquido ou gelo seco. Durante o arrefecimento, os lípidos solidificam. A massa lipídica sólida é então moída até atingir o tamanho de nanopartículas. As nanopartículas lipídicas são dispersas numa solução fria de tensioativo, originando uma pré-suspensão fria. Por fim, esta suspensão é submetida a sonicação, frequentemente utilizando um reator ultrassónico com célula de fluxo, à temperatura ambiente.
Como as substâncias são aquecidas apenas uma vez na primeira etapa, a homogeneização ultrassónica a frio é utilizada principalmente para formular fármacos sensíveis ao calor. Como muitas biomoléculas ativas e muitos compostos farmacêuticos são suscetíveis à degradação pelo calor, a homogeneização ultrassónica a frio é uma aplicação amplamente utilizada. Outra vantagem da técnica de homogeneização a frio é evitar uma fase aquosa, o que facilita a encapsulação de moléculas hidrofílicas que, de outro modo, poderiam passar da fase lipídica líquida para a fase aquosa durante a homogeneização a quente.

Homogeneização ultrassónica a quente

Quando a sonicação é utilizada como técnica de homogeneização a quente, os lípidos fundidos e o composto ativo (isto é, o ingrediente farmacologicamente ativo) são dispersos num tensioativo quente sob agitação intensa para obter uma pré-emulsão. Para o processo de homogeneização a quente, é importante que ambas as soluções, a suspensão de lípido/fármaco e o tensioativo, tenham sido aquecidas à mesma temperatura (aprox. 5–10°C acima do ponto de fusão do lípido sólido). Na segunda etapa, a pré-emulsão é então tratada por sonicação de alto desempenho, mantendo a temperatura.

Sonicadores de alto desempenho para transportadores lipídicos nanoestruturados

Os potentes sistemas ultrassónicos da Hielscher Ultrasonics são utilizados em todo o mundo na investigação e desenvolvimento e na produção farmacêutica para produzir nanotransportadores de fármacos de elevada qualidade, como nanopartículas lipídicas sólidas (SLNs), transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs), nanoemulsões e nanocápsulas. Para satisfazer as exigências dos seus clientes, a Hielscher fornece sonicadores que vão desde o homogeneizador de laboratório de mão, compacto mas potente, e os sonicadores de bancada até aos sistemas ultrassónicos totalmente industriais para a produção de grandes volumes de formulações farmacêuticas. Está disponível uma ampla gama de sonotrodos e reatores ultrassónicos para assegurar uma configuração ideal para a sua produção de transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs). A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 sob condições de serviço intensivo e em ambientes exigentes.
Para permitir que os nossos clientes cumpram as Boas Práticas de Fabrico (GMP) e estabeleçam processos normalizados, todos os sonicadores digitais estão equipados com software inteligente para a definição precisa do parâmetro de sonicação, o controlo contínuo do processo e o registo automático de todos os parâmetros importantes do processo num cartão SD integrado. A elevada qualidade do produto depende do controlo do processo e de padrões de processamento continuamente elevados. Os sonicadores Hielscher ajudam-no a monitorizar e a normalizar o seu processo!

Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito elevadas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm de forma contínua em funcionamento 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 sob condições de serviço intensivo e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo apresenta uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: