Ультразвуковое получение наноструктурированных липидных носителей лекарственных веществ

Наноструктурированные липидные носители (NLCs) представляют собой усовершенствованные наноразмерные системы доставки лекарственных веществ с липидным ядром и водорастворимой оболочкой. NLCs обладают высокой стабильностью, защищают активные биомолекулы от деградации и обеспечивают пролонгированное высвобождение лекарственного вещества. Обработка ультразвуком – надёжный, эффективный и простой метод получения наноструктурированных липидных носителей, содержащих лекарственные вещества.

Ультразвуковое получение наноструктурированных липидных носителей

Наноструктурированные липидные носители (NLCs) содержат твёрдый липид, жидкий липид и поверхностно-активное вещество в водной среде, что обеспечивает им хорошие характеристики растворимости и биодоступности. NLCs широко используются для получения стабильных систем доставки лекарственных веществ с высокой биодоступностью и пролонгированным высвобождением лекарственного вещества. NLCs имеют широкий спектр применений – от перорального до парентерального введения, включая местное/трансдермальное, офтальмологическое (глазное) и лёгочное введение.
Ультразвуковое диспергирование и эмульгирование – надёжный и эффективный метод получения наноструктурированных липидных носителей, содержащих активные соединения. Основное преимущество ультразвукового получения NLCs заключается в том, что оно не требует органического растворителя, больших количеств поверхностно-активного вещества или дополнительных соединений. Ультразвуковое получение NLCs – относительно простой метод: плавящийся липид добавляют в раствор поверхностно-активного вещества, а затем обрабатывают ультразвуком.

Примеры протоколов получения наноструктурированных липидных носителей, загруженных с помощью ультразвука

Получение NLCs с дексаметазоном посредством обработки ультразвуком
С помощью обработки ультразвуком была получена нетоксичная система NLCs, потенциально пригодная для офтальмологического применения, с узким распределением по размерам, высокой эффективностью включения дексаметазона и улучшенным проникновением. Системы NLCs получали с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200S и компонентов Compritol 888 ATO, Miglyol 812N и Cremophor RH60.
Твёрдый липид, жидкий липид и поверхностно-активное вещество расплавляли с помощью магнитной мешалки с подогревом при 85ºC. Затем в расплавленную липидную смесь добавляли дексаметазон и диспергировали его. Чистую воду нагревали до 85ºC, а две фазы обрабатывали ультразвуком (при амплитуде 70% в течение 10 min) с помощью Hielscher UP200S – ультразвукового гомогенизатора. Систему NLCs охлаждали в ледяной бане.
Полученные с помощью ультразвука NLCs характеризуются узким распределением по размерам, высокой эффективностью включения DXM и улучшенным проникновением.
Исследователи рекомендуют использовать низкие концентрации поверхностно-активного вещества и липидов (например, 2,5% поверхностно-активного вещества и 10% суммарного содержания липидов), поскольку в этом случае критические параметры стабильности (Z_ave, ZP, PDI) и ёмкость загрузки лекарственного вещества (EE%) имеют подходящие значения, а концентрация эмульгатора может оставаться низкой.
(см. Kiss et al. 2019)

Получение NLCs с ретинилпальмитатом посредством обработки ультразвуком
Ретиноид – широко используемый компонент дерматологических средств для лечения морщин. Ретинол и ретинилпальмитат – два соединения из группы ретиноидов, способные увеличивать толщину эпидермиса и эффективные в качестве средств против морщин.
Состав NLCs получали методом обработки ультразвуком. Он содержал 7,2% цетилпальмитата, 4,8% олеиновой кислоты, 10% Tween 80, 10% глицерина и 2% ретинилпальмитата. Для получения NLCs с ретинилпальмитатом выполняли следующие этапы: смесь расплавленных липидов смешивают с поверхностно-активным веществом, со-ПАВ, глицерином и деионизированной водой при 60–70°C. Эту смесь перемешивают смесителем с высоким сдвигом при 9800rpm в течение 5 min. После образования предварительной эмульсии её немедленно обрабатывают ультразвуком с помощью зондового ультразвукового гомогенизатора в течение 2 min. Затем полученные NLCs выдерживали при комнатной температуре в течение 24 h. Эмульсию хранили при комнатной температуре в течение 24 h и измеряли размер наночастиц. Состав NLCs обеспечивал размеры частиц в диапазоне 200–300nm. Полученные NLCs имеют бледно-жёлтый цвет, размер глобул 258±15,85 nm и индекс полидисперсности 0,31±0,09. На приведённом ниже изображении, полученном методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM), показаны NLCs с ретинилпальмитатом, полученные с помощью ультразвука.
(см. Pamudji et al. 2015)

Получение NLCs с Zingiber zerumbet посредством обработки ультразвуком
Наноструктурированные липидные носители состоят из смеси твёрдого липида, жидкого липида и поверхностно-активного вещества. Они представляют собой превосходные системы доставки лекарственных веществ для введения биоактивных веществ с низкой растворимостью в воде и значительного повышения их биодоступности.
Для получения NLCs с Zingiber zerumbet выполняли следующие этапы. 1% твёрдого липида, а именно моностеарата глицерина, и 4% жидкого липида, а именно нерафинированного кокосового масла, смешивали и расплавляли при 50°C для получения однородной прозрачной липидной фазы. Затем в липидную фазу добавляли 1% масла Zingiber zerumbet, непрерывно поддерживая температуру на 10°C выше температуры плавления моностеарата глицерина. Для приготовления водной фазы дистиллированную воду, Tween 80 и соевый лецитин смешивали в надлежащем соотношении. Водную смесь немедленно добавляли в липидную смесь для образования предварительной эмульсии. Затем предварительную эмульсию гомогенизировали с помощью гомогенизатора с высоким сдвигом при 11 000 rpm в течение 1 min. После этого предварительную эмульсию обрабатывали ультразвуком с помощью зондового ультразвукового аппарата при амплитуде 50% в течение 20 min. Наконец, дисперсию NLCs охлаждали в бане с ледяной водой до комнатной температуры (25±1°C), чтобы резко охладить суспензию в холодной бане и предотвратить агрегацию частиц. NLCs хранили при 4°C.
NLCs с Zingiber zerumbet характеризуются размером 80,47±1,33 нанометра, стабильным индексом полидисперсности 0,188±2,72 и дзета-потенциалом -38,9±2,11. Эффективность инкапсулирования показывает способность липидного носителя инкапсулировать масло Zingiber zerumbet с эффективностью более 80%.
(см. Rosli et al. 2015)

Получение NLCs с валсаратаном посредством обработки ультразвуком
Валсаратан – блокатор рецепторов ангиотензина II, используемый в антигипертензивном препарате. Валсартан имеет низкую биодоступность – лишь около 23% – из-за низкой растворимости в воде. Использование метода ультразвукового эмульгирования расплава позволило получить NLCs с валсаратаном, характеризующиеся значительно улучшенной биодоступностью.
Процедура проста: масляный раствор Val смешивали с определённым количеством расплавленного липидного материала при температуре на 10°C выше температуры плавления липида. Водный раствор поверхностно-активных веществ готовили путём растворения определённых навесок Tween 80 и дезоксихолата натрия. Затем раствор поверхностно-активных веществ нагревали до той же температуры и смешивали с масляным липидным раствором лекарственного вещества посредством обработки ультразвуковым зондом в течение 3 min для образования эмульсии. Затем полученную эмульсию диспергировали в охлаждённой воде с помощью магнитной мешалки в течение 10 min. Полученные NLCs отделяли центрифугированием. Отбирали образцы надосадочной жидкости и анализировали концентрацию Val с помощью валидированного метода высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC).
Метод ультразвукового эмульгирования расплава имеет ряд преимуществ, включая простоту, минимальное воздействие стрессовых условий и отсутствие токсичных органических растворителей. Максимальная достигнутая эффективность включения составила 75,04%
(см. Albekery et al. 2017)

Другие активные соединения, такие как паклитаксел, клотримазол, домперидон, пуэрарин и мелоксикам, также успешно включали в твёрдые липидные наночастицы и наноструктурированные липидные носители с помощью ультразвуковых методов. (см. Bahari and Hamishehkar 2016)

Обработка ультразвуком как метод получения наноразмерных липидных носителей (NLCs) может применяться в качестве метода холодной или горячей гомогенизации. Ультразвуковая гомогенизация обеспечивает узкое распределение частиц по размерам, что улучшает стабильность NLCs и их свойства при хранении.

Ультразвуковая холодная гомогенизация

При использовании метода холодной гомогенизации для получения наноструктурированных липидных носителей фармакологически активные молекулы, то есть лекарственное вещество, растворяют в расплаве липидов, а затем быстро охлаждают с помощью жидкого азота или сухого льда. Во время охлаждения липиды затвердевают. Затем твёрдую липидную массу измельчают до размера наночастиц. Липидные наночастицы диспергируют в холодном растворе поверхностно-активного вещества, получая холодную предварительную суспензию. Наконец, эту суспензию обрабатывают ультразвуком при комнатной температуре, часто используя ультразвуковой реактор с проточной ячейкой.
Поскольку вещества нагреваются только один раз на первом этапе, ультразвуковую холодную гомогенизацию главным образом используют для получения составов с термочувствительными лекарственными веществами. Так как многие биоактивные молекулы и фармацевтические соединения подвержены термической деградации, ультразвуковая холодная гомогенизация широко применяется. Дополнительное преимущество метода холодной гомогенизации – исключение водной фазы, что облегчает инкапсулирование гидрофильных молекул, которые в противном случае могли бы переходить из жидкой липидной фазы в водную фазу во время горячей гомогенизации.

Ультразвуковая горячая гомогенизация

При использовании обработки ультразвуком в качестве метода горячей гомогенизации расплавленные липиды и активное соединение (то есть фармакологически активный ингредиент) диспергируют в горячем поверхностно-активном веществе при интенсивном перемешивании для получения предварительной эмульсии. Для процесса горячей гомогенизации важно, чтобы оба раствора – суспензия липидов/лекарственного вещества и поверхностно-активное вещество – были нагреты до одинаковой температуры (примерно на 5–10°C выше температуры плавления твёрдого липида). На втором этапе предварительную эмульсию подвергают высокопроизводительной обработке ультразвуком, поддерживая температуру.

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для наноструктурированных липидных носителей

Мощные ультразвуковые системы Hielscher Ultrasonics используются во всём мире в фармацевтических исследованиях, разработках и производстве для получения высококачественных наноразмерных носителей лекарственных веществ, таких как твёрдые липидные наночастицы (SLNs), наноструктурированные липидные носители (NLCs), наноэмульсии и нанокапсулы. Для удовлетворения потребностей своих клиентов Hielscher поставляет ультразвуковые аппараты – от компактного, но мощного ручного лабораторного гомогенизатора и настольных ультразвуковых аппаратов до полностью промышленных ультразвуковых систем для производства больших объёмов фармацевтических составов. Доступен широкий ассортимент ультразвуковых сонотродов и реакторов, обеспечивающих оптимальную конфигурацию для вашего производства наноструктурированных липидных носителей (NLCs). Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Чтобы наши клиенты могли соблюдать надлежащую производственную практику (GMP) и внедрять стандартизированные процессы, все цифровые ультразвуковые аппараты оснащены интеллектуальным программным обеспечением для точной настройки параметра обработки ультразвуком, непрерывного контроля процесса и автоматической записи всех важных параметров процесса на встроенную SD-карту. Высокое качество продукции зависит от контроля процесса и постоянно высоких стандартов обработки. Ультразвуковые аппараты Hielscher помогают контролировать и стандартизировать ваш процесс!

Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200µm можно без труда поддерживать непрерывно в режиме работы 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена ориентировочная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: