Formularea cu ultrasunete a niozomilor

Niozomii sunt vezicule de dimensiuni nanometrice, care pot fi utilizate ca purtători pentru medicamente (de ex. medicamente anticanceroase) și alte substanțe bioactive. Emulsionarea cu ultrasunete este o metodă simplă și rapidă de formulare a niozomilor mici cu o încărcătură mare de medicament.

Veziculele niozomale ca nano-purtători pentru ingrediente active

Un niozom este o veziculă pe bază de surfactant neionic, formată în principal din surfactant neionic și prin încorporarea colesterolului ca excipient. Niozomii sunt mai stabili față de degradarea chimică sau oxidare și au un timp lung de depozitare în comparație cu lipozomii. Datorită surfactanților utilizați pentru prepararea niozomilor, aceștia sunt biodegradabili, biocompatibili și neimunogeni. Niozomii sunt osmotic activi, stabili chimic și oferă un timp de depozitare mai lung în comparație cu lipozomii. În funcție de dimensiune și lamelaritate, sunt disponibile diverse metode de preparare, precum sonicarea, evaporarea în fază inversă, hidratarea filmului subțire sau procesul de preluare a medicamentului prin gradient de pH transmembranar. Prepararea cu ultrasunete a niozomilor este tehnica preferată pentru producerea veziculelor unilamelare, care sunt mici și uniforme ca dimensiune.

Formularea cu ultrasunete a niozomilor

Pentru formularea niozomilor, trebuie preparată o emulsie ulei-în-apă (o/w) dintr-o soluție organică de surfactant, colesterol și o soluție apoasă care conține compusul bioactiv, adică medicamentul. Emulsionarea cu ultrasunete este tehnica superioară pentru amestecarea lichidelor nemiscibile, precum uleiul și apa. Prin forfecarea picăturilor ambelor faze și fragmentarea lor la dimensiuni nanometrice, se obține o nanoemulsie. Ulterior, solventul organic este evaporat, rezultând niozomi încărcați cu agenți terapeutici, care sunt dispersați în faza apoasă. În comparație cu agitarea mecanică, tehnica de formulare cu ultrasunete a niozomilor se remarcă prin formarea de niozomi cu o dimensiune medie mai mică și un indice de polidispersitate mai scăzut, într-un proces rapid. Utilizarea veziculelor mai mici este în general preferabilă, având în vedere că acestea tind să evite mecanismele de clearance ale organismului mai bine decât particulele mai mari și rămân mai mult timp în fluxul sanguin. (cf. Bragagni et al. 2014)
Citiți mai multe despre sonicare pentru formulări îmbunătățite de niozomi!

Protocoale de preparare cu ultrasunete a niozomilor

Formularea niozomilor prin sonicare a fost cercetată pe larg, astfel încât sunt disponibile numeroase protocoale validate științific pentru producerea cu ultrasunete a niozomilor.
Mai jos găsiți o scurtă prezentare a câtorva protocoale de formulare pentru prepararea și încărcarea niozomilor prin sonicare.

Niozomi încărcați cu extracte de Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) au formulat extract brut de Withania somnifera în niozomi destinați aplicării topice. Compușii bioactivi au fost încapsulați prin injectare de solvent. În acest scop, fazele organică și apoasă au fost agitate magnetic continuu, iar temperatura a fost menținută la 60°C ± 2°C până la îndepărtarea solventului organic. Formularea rezultată a fost răcită și sonicată pe gheață cu ajutorul sonicatorului Hielscher UP200St. Niozomii au avut dimensiuni medii în intervalul de aprox. 165,9 ± 9,4 și au prezentat o eficiență de încapsulare (EE%) ridicată a withanolidei A.

Niozomi încărcați cu doxorubicină
Niozomii de N-palmitoil glucozamină (Glu) încărcați cu doxorubicină, un medicament anticanceros, au fost preparați prin agitarea unui amestec de NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), colesterol (58 mg) și Solulan C24 (54 mg) în soluție de doxorubicină (1,5 mg/ml, 2 ml, preparată în PBS) la 90°C timp de 1 h, urmată de sonicare cu sondă timp de 10 min (75% din maxim).
Veziculele de palmitoil glicol chitosan (GCP) au fost preparate așa cum s-a descris anterior (11), prin sonicarea cu sondă a glicol chitosanului (10 mg) și a colesterolului (4 mg) în soluție de doxorubicină (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Metode alternative de preparare a niozomilor

Metodele alternative de formulare a niozomilor, precum tehnica evaporării în fază inversă sau procesul de preluare a medicamentului prin gradient de pH transmembranar, implică aplicarea energiei ultrasonice. Ambele tehnici sunt utilizate în principal pentru formularea veziculelor multilamelare (MLV). Mai jos găsiți o scurtă descriere a ambelor tehnici și a etapei de sonicare implicate.

Sonicarea în prepararea niozomilor prin evaporare în fază inversă

În metoda evaporării în fază inversă (REV), componentele formulării niozomale sunt dizolvate într-un amestec de eter și cloroform și adăugate la faza apoasă, care conține medicamentul. Emulsionarea cu ultrasunete este utilizată pentru a transforma amestecul într-o emulsie fină. Ulterior, faza organică este evaporată. Niozomii obținuți în timpul evaporării solventului organic sunt vezicule unilamelare de dimensiuni mari.

Procesul de preluare a medicamentului prin gradient de pH transmembranar

Pentru procesul de preluare a medicamentului prin gradient de pH transmembranar (acid în interior) (cu încărcare la distanță), surfactantul și colesterolul sunt dizolvate în cloroform. Solventul este apoi evaporat sub vid pentru a obține un film subțire pe peretele balonului cu fund rotund. Filmul este hidratat cu acid citric 300 mM (pH 4,0) prin agitarea suspensiei pe vortex. Veziculele multilamelare sunt congelate și decongelate de trei ori și ulterior sonicate cu un sonicator cu sondă. La această suspensie niozomală se adaugă soluție apoasă care conține 10 mg/ml de medicament și se agită pe vortex. pH-ul probei este apoi ridicat la pH 7,0-7,2 cu fosfat disodic 1M. Apoi, amestecul este încălzit la 60°C timp de 10 minute. Această tehnică produce vezicule multilamelare. (cf. Kazi et al. 2010)

Reducerea dimensiunii niozomilor cu ultrasunete

Niozomii se încadrează de obicei în intervalul de dimensiuni de 10nm până la 1000nm. În funcție de tehnica de preparare, niozomii au adesea dimensiuni relativ mari și tind să formeze agregate. Totuși, dimensiunile specifice ale niozomilor reprezintă un factor important în ceea ce privește tipul de sistem de livrare vizat. De exemplu, o dimensiune foarte mică a niozomilor, în domeniul nanometric, este cea mai potrivită pentru livrarea sistemică a medicamentelor, unde medicamentul trebuie transportat prin membranele celulare pentru a ajunge la situsul țintă celular, în timp ce niozomii mai mari sunt recomandați pentru livrarea intramusculară și intracavitară a medicamentelor sau pentru aplicații oftalmice. Reducerea dimensiunii niozomilor cu ultrasunete este o etapă obișnuită în prepararea niozomilor de înaltă potență. Forțele de forfecare ultrasonice dezaglomerează și dispersează niozomii în nano-niozomi monodisperși.

Protocol – Reducerea cu ultrasunete a dimensiunii LipoNiozomilor

Naderinezhad et al. (2017) au formulat LipoNiozomi biocompatibili (o combinație de niozom și lipozom) care conțin Tween 60: colesterol: DPPC (la 55 : 30 : 15 : 3) cu 3% DSPE-mPEG. Pentru a reduce dimensiunea LipoNiozomilor preparați, după hidratare au sonicat suspensia timp de 45 min (15 secunde pornit și 10 secunde oprit, amplitudine 70% la 100 wați) pentru a minimiza agregarea particulelor, utilizând omogenizatorul cu ultrasunete UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germania). Pentru metoda cu gradient de pH, filmele uscate de CUR, surfactanți și lipide au fost hidratate cu 1300 mL de sulfat de amoniu (pH 1⁄4 4) la 63 C timp de 47 min. Apoi, nanoparticulele au fost sonicate pe o baie de gheață pentru a produce vezicule mici.

Sonicatoare pentru prepararea niozomilor

Hielscher Ultrasonics are o experiență îndelungată în proiectarea, fabricarea, distribuția și service-ul omogenizatoarelor cu ultrasunete de înaltă performanță pentru industria farmaceutică, alimentară și cosmetică.
Prepararea de niozomi, lipozomi, nanoparticule lipidice solide, nanoparticule polimerice, complecși de ciclodextrină și alți purtători de medicamente nanostructurați de înaltă calitate reprezintă procese în care sonicatoarele Hielscher excelează datorită fiabilității ridicate, puterii de ieșire constante și controlabilității precise. Sonicatoarele Hielscher permit controlul precis al tuturor parametrilor de proces, precum amplitudinea, temperatura, presiunea și energia de sonicare. Software-ul inteligent înregistrează automat toți parametrii de sonicare (timp, dată, amplitudine, energie netă, energie totală, temperatură, presiune) pe cardul SD încorporat.
Robustețea sonicatoarelor Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intens și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre: