Formularea cu ultrasunete a purtătorilor lipidici nanostructurați de medicamente

Purtătorii lipidici nanostructurați (NLC) sunt o formă avansată de sisteme de administrare a medicamentelor de dimensiuni nanometrice, cu un miez lipidic și un înveliș hidrosolubil. NLC au o stabilitate ridicată, protejează biomoleculele active împotriva degradării și oferă o eliberare susținută a medicamentului. Ultrasonicarea este o tehnică fiabilă, eficientă și simplă pentru producerea purtătorilor lipidici nanostructurați încărcați.

Prepararea cu ultrasunete a purtătorilor lipidici nanostructurați

Purtătorii lipidici nanostructurați (NLC) conțin lipid solid, lipid lichid și surfactant într-un mediu apos, ceea ce le conferă caracteristici bune de solubilitate și biodisponibilitate. NLC sunt utilizați pe scară largă pentru formularea unor sisteme stabile de purtători de medicamente cu o biodisponibilitate ridicată și o eliberare susținută a medicamentului. NLC au o gamă largă de aplicații, de la administrarea orală la cea parenterală, inclusiv administrarea topică/transdermică, oftalmică (oculară) și pulmonară.
Dispersarea și emulsionarea cu ultrasunete reprezintă o tehnică fiabilă și eficientă pentru prepararea purtătorilor lipidici nanostructurați încărcați cu compuși activi. Prepararea NLC cu ultrasunete are avantajul major că nu necesită un solvent organic, cantități mari de surfactant sau compuși aditivi. Formularea NLC cu ultrasunete este o metodă relativ simplă, deoarece lipidul topit este adăugat la soluția de surfactant și apoi sonicat.

Protocoale exemplificative pentru purtători lipidici nanostructurați încărcați cu ultrasunete

NLC încărcați cu dexametazonă prin sonicare
Un sistem NLC oftalmic potențial netoxic a fost preparat prin ultrasonicare, ceea ce a dus la o distribuție îngustă a dimensiunilor, o eficacitate ridicată de înglobare a dexametazonei și o penetrare îmbunătățită. Sistemele NLC au fost preparate cu ultrasunete folosind un ultrasonicator Hielscher UP200S și Compritol 888 ATO, Miglyol 812N și Cremophor RH60 drept componente.
Lipidul solid, lipidul lichid și surfactantul au fost topite folosind un agitator magnetic cu încălzire la 85ºC. Apoi, dexametazona a fost adăugată la amestecul de lipide topite și dispersată. Apa pură a fost încălzită la 85ºC, iar cele două faze au fost sonicate (la o amplitudine de 70% timp de 10 min) cu Hielscher UP200S – un omogenizator cu ultrasunete. Sistemul NLC a fost răcit într-o baie de gheață.
NLC preparați cu ultrasunete prezintă o distribuție îngustă a dimensiunilor, o eficacitate ridicată de înglobare a DXM și o penetrare îmbunătățită.
Cercetătorii recomandă utilizarea unei concentrații scăzute de surfactant și a unei concentrații scăzute de lipide (de ex., 2,5% pentru surfactant și 10% pentru lipidele totale), deoarece atunci parametrii critici de stabilitate (Z_ave, ZP, PDI) și capacitatea de încărcare cu medicament (EE%) sunt adecvate, în timp ce concentrația de emulgator poate rămâne la niveluri scăzute.
(cf. Kiss et al. 2019)

NLC încărcați cu palmitat de retinil prin sonicare
Retinoidul este un ingredient utilizat pe scară largă în terapiile dermatologice ale ridurilor. Retinolul și palmitatul de retinil sunt doi compuși din grupa retinoizilor care au capacitatea de a induce îngroșarea epidermei și sunt eficienți ca agenți antirid.
Formularea NLC a fost preparată folosind metoda ultrasonicării. Formularea conținea 7,2% palmitat de cetil, 4,8% acid oleic, 10% Tween 80, 10% glicerină și 2% palmitat de retinil. Pentru producerea NLC încărcați cu palmitat de retinil s-au parcurs următorii pași: amestecul de lipide topite este amestecat cu surfactantul, co-surfactantul, glicerina și apa deionizată la 60–70°C. Acest amestec este agitat cu un mixer cu forfecare ridicată la 9800rpm timp de 5 min. După formarea pre-emulsiei, această pre-emulsie este sonicată imediat folosind un omogenizator cu ultrasunete de tip sondă timp de 2 min. Apoi NLC obținut a fost păstrat la temperatura camerei timp de 24 h. Emulsia a fost depozitată la temperatura camerei timp de 24 h, iar dimensiunea nanoparticulelor a fost măsurată. Formula NLC a prezentat dimensiuni ale particulelor în intervalul 200–300nm. NLC obținut are un aspect galben pal, o dimensiune a globulelor de 258±15,85 nm și un indice de polidispersitate de 0,31±0,09. Imaginea TEM de mai jos prezintă NLC încărcați cu palmitat de retinil preparați cu ultrasunete.
(cf. Pamudji et al. 2015)

NLC încărcați cu Zingiber zerumbet prin sonicare
Purtătorii lipidici nanostructurați constau dintr-un amestec de lipid solid, lipid lichid și surfactant. Aceștia sunt sisteme excelente de administrare a medicamentelor pentru administrarea substanțelor bioactive cu solubilitate redusă în apă și pentru creșterea semnificativă a biodisponibilității acestora.
Pentru formularea NLC încărcați cu Zingiber zerumbet s-au parcurs următorii pași. 1% lipid solid, adică monostearat de gliceril, și 4% lipid lichid, adică ulei de cocos virgin, au fost amestecate și topite la 50°C pentru a obține o fază lipidică omogenă și limpede. Ulterior, 1% ulei de Zingiber zerumbet a fost adăugat la faza lipidică, temperatura fiind menținută continuu cu 10°C peste temperatura de topire a monostearatului de gliceril. Pentru prepararea fazei apoase, apa distilată, Tween 80 și lecitina de soia au fost amestecate împreună în raportul corect. Amestecul apos a fost adăugat imediat în amestecul lipidic pentru a forma un amestec de pre-emulsie. Pre-emulsia a fost apoi omogenizată folosind un omogenizator cu forfecare ridicată la 11.000 rpm timp de 1 min. Ulterior, pre-emulsia a fost sonicată folosind un ultrasonicator de tip sondă la amplitudini de 50% timp de 20 min. În final, dispersia NLC a fost răcită într-o baie de apă cu gheață până la temperatura camerei (25±1°C), pentru a răci brusc suspensia în baia rece și a preveni agregarea particulelor. NLC au fost depozitați la 4°C.
NLC încărcați cu Zingiber zerumbet prezintă o dimensiune nanometrică de 80,47±1,33, un indice de polidispersitate stabil de 0,188±2,72 și o sarcină a potențialului zeta de -38,9±2,11. Eficiența de încapsulare arată capacitatea purtătorului lipidic de a încapsula uleiul de Zingiber zerumbet cu o eficiență de peste 80%.
(cf. Rosli et al. 2015)

NLC încărcați cu valsaratan prin sonicare
Valsaratanul este un blocant al receptorilor angiotensinei II utilizat în medicamente antihipertensive. Valsartanul are o biodisponibilitate scăzută, de doar aprox. 23%, din cauza solubilității sale reduse în apă. Utilizarea metodei de emulsionare a topiturii cu ultrasunete a permis prepararea unor NLC încărcați cu valsaratan cu o biodisponibilitate semnificativ îmbunătățită.
Pe scurt, soluția uleioasă de Val a fost amestecată cu o anumită cantitate de material lipidic topit, la o temperatură cu 10°C peste punctul de topire al lipidului. O soluție apoasă de surfactant a fost preparată prin dizolvarea unor cantități determinate de Tween 80 și deoxicolat de sodiu. Soluția de surfactant a fost încălzită în continuare la aceeași temperatură și amestecată cu soluția uleioasă lipid-medicament prin sonicare cu sondă timp de 3 min. pentru a forma o emulsie. Apoi, emulsia formată a fost dispersată în apă răcită prin agitare magnetică timp de 10 min. NLC formați au fost separați prin centrifugare. Din supernatant s-au prelevat probe, care au fost analizate pentru concentrația de Val folosind o metodă HPLC validată.
Metoda de emulsionare a topiturii cu ultrasunete are o serie de avantaje, inclusiv simplitatea, condiții de stres minime și absența solvenților organici toxici. Eficiența maximă de înglobare obținută a fost de 75,04%
(cf. Albekery et al. 2017)

Alți compuși activi, precum paclitaxel, clotrimazol, domperidonă, puerarină și meloxicam, au fost, de asemenea, încorporați cu succes în nanoparticule lipidice solide și purtători lipidici nanostructurați folosind tehnici cu ultrasunete. (cf. Bahari și Hamishehkar 2016)

Ultrasonicarea ca metodă de preparare pentru formularea nanopurtătorilor lipidici (NLC) poate fi utilizată ca tehnică de omogenizare la rece sau la cald. Omogenizarea cu ultrasunete are ca rezultat o distribuție îngustă a dimensiunilor particulelor, ceea ce îmbunătățește stabilitatea și proprietățile de depozitare ale NLC.

Omogenizarea la rece cu ultrasunete

Atunci când tehnica de omogenizare la rece este utilizată pentru prepararea purtătorilor lipidici nanostructurați, moleculele farmacologic active, adică medicamentul, sunt dizolvate în topitura lipidică și apoi răcite rapid cu azot lichid sau gheață carbonică. În timpul răcirii, lipidele se solidifică. Masa lipidică solidă este apoi măcinată până la dimensiunea nanoparticulelor. Nanoparticulele lipidice sunt dispersate într-o soluție rece de surfactant, obținându-se o pre-suspensie rece. În final, această suspensie este sonicată, adesea folosind un reactor cu celulă de flux cu ultrasunete, la temperatura camerei.
Deoarece substanțele sunt încălzite o singură dată, în prima etapă, omogenizarea la rece cu ultrasunete este utilizată în principal pentru formularea medicamentelor sensibile la căldură. Întrucât multe molecule bioactive și compuși farmaceutici sunt predispuși la degradare termică, omogenizarea la rece cu ultrasunete este o aplicație larg utilizată. Un avantaj suplimentar al tehnicii de omogenizare la rece este evitarea unei faze apoase, ceea ce facilitează încapsularea moleculelor hidrofile, care altfel s-ar putea repartiza din faza lipidică lichidă în faza apoasă în timpul omogenizării la cald.

Omogenizarea la cald cu ultrasunete

Atunci când sonicarea este utilizată ca tehnică de omogenizare la cald, lipidele topite și compusul activ (adică ingredientul farmacologic activ) sunt dispersate într-un surfactant fierbinte, sub agitare intensă, pentru a obține o pre-emulsie. Pentru procesul de omogenizare la cald este important ca ambele soluții, suspensia lipid/medicament și surfactantul, să fi fost încălzite la aceeași temperatură (aprox. 5–10°C peste punctul de topire al lipidului solid). În a doua etapă, pre-emulsia este apoi tratată prin sonicare de înaltă performanță, menținându-se temperatura.

Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru purtători lipidici nanostructurați

Sistemele puternice cu ultrasunete de la Hielscher Ultrasonics sunt utilizate în întreaga lume în cercetarea-dezvoltarea și producția farmaceutică pentru a produce nanopurtători de medicamente de înaltă calitate, precum nanoparticulele lipidice solide (SLN), purtătorii lipidici nanostructurați (NLC), nanoemulsiile și nanocapsulele. Pentru a răspunde cerințelor clienților săi, Hielscher furnizează ultrasonicatoare de la omogenizatorul de laborator compact, dar puternic, ținut în mână și ultrasonicatoarele de banc, până la sisteme cu ultrasunete complet industriale pentru producția de volume mari de formulări farmaceutice. O gamă largă de sonotrode și reactoare cu ultrasunete este disponibilă pentru a asigura o configurație optimă pentru producția dumneavoastră de purtători lipidici nanostructurați (NLC). Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv și în medii solicitante.
Pentru a permite clienților noștri să respecte Bunele Practici de Fabricație (GMP) și să stabilească procese standardizate, toate ultrasonicatoarele digitale sunt echipate cu software inteligent pentru setarea precisă a parametrului de sonicare, controlul continuu al procesului și înregistrarea automată a tuturor parametrilor importanți ai procesului pe un card SD încorporat. Calitatea ridicată a produsului depinde de controlul procesului și de standarde de procesare constant ridicate. Ultrasonicatoarele Hielscher vă ajută să monitorizați și să standardizați procesul dumneavoastră!

Procesoarele industriale cu ultrasunete de la Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari sunt disponibile sonotrode cu ultrasunete personalizate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: