Ультразвуковое получение ниосом

Ниосомы – это наноразмерные везикулы, которые могут использоваться в качестве носителей лекарственных препаратов (например, противоопухолевых препаратов) и других биоактивных веществ. Ультразвуковое эмульгирование – простой и быстрый метод получения небольших ниосом с высокой загрузкой лекарственного препарата.

Ниосомальные везикулы как наноносители действующих веществ

Ниосома – это везикула на основе неионогенного поверхностно-активного вещества, обычно образуемая неионогенным поверхностно-активным веществом с включением холестерина в качестве вспомогательного вещества. Ниосомы более устойчивы к химическому разложению или окислению и имеют длительный срок хранения по сравнению с липосомами. Благодаря поверхностно-активным веществам, используемым для получения ниосом, они биоразлагаемы, биосовместимы и неиммуногенны. Ниосомы осмотически активны, химически стабильны и имеют более длительный срок хранения по сравнению с липосомами. В зависимости от размера и числа ламелл доступны различные методы получения, такие как обработка ультразвуком, обращённо-фазовое испарение, гидратация тонкой плёнки или загрузка лекарственного препарата с использованием трансмембранного градиента pH. Ультразвуковое получение ниосом является предпочтительным методом производства небольших и однородных по размеру униламеллярных везикул.

Ультразвуковое получение ниосом

Для получения ниосом необходимо приготовить эмульсию типа «масло в воде» (o/w) из органического раствора поверхностно-активного вещества, холестерина и водного раствора, содержащего биоактивное соединение, то есть лекарственный препарат. Ультразвуковое эмульгирование является превосходным методом смешивания несмешивающихся жидкостей, таких как масло и вода. Воздействие сдвига на капли обеих фаз и их дробление до наноразмеров позволяют получить наноэмульсию. Затем органический растворитель испаряют, в результате чего образуются ниосомы, загруженные терапевтическими средствами и диспергированные в водной фазе. По сравнению с механическим перемешиванием метод ультразвукового получения ниосом превосходит его, позволяя за короткое время получать ниосомы с меньшим средним размером и более низким индексом полидисперсности. Использование меньших везикул обычно предпочтительнее, поскольку они, как правило, лучше избегают механизмов выведения из организма, чем более крупные частицы, и дольше остаются в кровотоке. (см. Bragagni et al. 2014)
Узнайте больше об обработке ультразвуком для получения улучшенных ниосомальных составов!

Протоколы ультразвукового получения ниосом

Получение ниосом с использованием обработки ультразвуком подробно изучено, поэтому доступны многочисленные научно подтверждённые протоколы ультразвукового производства ниосом.
Ниже представлен краткий обзор нескольких протоколов получения и загрузки ниосом с использованием обработки ультразвуком.

Ниосомы, загруженные экстрактами Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) включили неочищенный экстракт Withania somnifera в ниосомы, предназначенные для местного применения. Биоактивные соединения инкапсулировали методом инжекции растворителя. Для этого органическую и водную фазы непрерывно перемешивали магнитной мешалкой, поддерживая температуру 60°C ± 2°C до удаления органического растворителя. Полученный состав охлаждали и обрабатывали ультразвуком на льду с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200St. Средний размер ниосом составлял приблизительно 165,9 ± 9,4, и они демонстрировали высокую эффективность включения (EE%) витанолида A.

Ниосомы, загруженные доксорубицином
Ниосомы N-пальмитоилглюкозамина (Glu), загруженные противоопухолевым препаратом доксорубицином, получали встряхиванием смеси NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), холестерина (58 mg) и Solulan C24 (54 mg) в растворе доксорубицина (1,5 mg/ml, 2 ml, приготовленном в PBS) при 90°C в течение 1 h с последующей обработкой ультразвуком с помощью зонда в течение 10 min (75% от максимума).
Везикулы пальмитоилгликольхитозана (GCP) получали, как описано ранее (11), путём обработки ультразвуком с помощью зонда гликольхитозана (10 mg) и холестерина (4 mg) в растворе доксорубицина (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Альтернативные методы получения ниосом

Альтернативные методы получения ниосом, такие как обращённо-фазовое испарение или загрузка лекарственного препарата с использованием трансмембранного градиента pH, предусматривают применение ультразвуковой энергии. Оба метода преимущественно используются для получения мультиламеллярных везикул (MLVs). Ниже приведено краткое описание обоих методов и входящего в них этапа обработки ультразвуком.

Обработка ультразвуком при получении ниосом методом обращённо-фазового испарения

При использовании метода обращённо-фазового испарения (REV) компоненты ниосомального состава растворяют в смеси эфира и хлороформа и добавляют к водной фазе, содержащей лекарственный препарат. Ультразвуковое эмульгирование используют для превращения смеси в мелкодисперсную эмульсию. Затем органическую фазу испаряют. Ниосомы, полученные при испарении органического растворителя, представляют собой крупные униламеллярные везикулы.

Загрузка лекарственного препарата с использованием трансмембранного градиента pH

Для загрузки лекарственного препарата с использованием трансмембранного градиента pH (с кислой средой внутри) методом дистанционной загрузки поверхностно-активное вещество и холестерин растворяют в хлороформе. Затем растворитель испаряют под вакуумом, получая тонкую плёнку на стенке круглодонной колбы. Плёнку гидратируют раствором лимонной кислоты концентрацией 300 mM (pH 4,0), перемешивая суспензию на вортексе. Мультиламеллярные везикулы трижды замораживают и размораживают, после чего обрабатывают ультразвуком с помощью ультразвукового аппарата зондового типа. К этой ниосомальной суспензии добавляют водный раствор, содержащий 10 mg/ml лекарственного препарата, и перемешивают на вортексе. Затем pH образца повышают до pH 7,0–7,2 с помощью 1M гидрофосфата динатрия. После этого смесь нагревают до 60°C на 10 минут. Этот метод позволяет получить мультиламеллярные везикулы. (см. Kazi et al. 2010)

Ультразвуковое уменьшение размера ниосом

Размер ниосом обычно находится в диапазоне от 10nm до 1000nm. В зависимости от метода получения ниосомы часто имеют относительно большой размер и склонны к образованию агрегатов. Однако конкретный размер ниосом является важным фактором при выборе целевого типа системы доставки. Например, очень малый размер ниосом в нанометровом диапазоне наиболее подходит для системной доставки лекарственных препаратов, когда препарат должен проникать через клеточные мембраны, чтобы достигнуть внутриклеточной мишени, тогда как более крупные ниосомы рекомендуются для внутримышечной и внутриполостной доставки лекарственных препаратов или применения в офтальмологии. Ультразвуковое уменьшение размера ниосом является распространённым этапом получения высокоэффективных ниосом. Ультразвуковые силы сдвига вызывают деагломерацию ниосом и диспергируют их с образованием монодисперсных нанониосом.

Протокол – ультразвуковое уменьшение размера LipoNiosomes

Naderinezhad et al. (2017) получили биосовместимые LipoNiosomes (сочетание ниосомы и липосомы), содержащие Tween 60: холестерин: DPPC (в соотношении 55 : 30 : 15 : 3) с 3% DSPE-mPEG. Чтобы уменьшить размер полученных LipoNiosomes, после гидратации суспензию обрабатывали ультразвуком в течение 45 min (15 секунд работы и 10 секунд паузы, амплитуда 70% при мощности 100 ватт) для минимизации агрегации частиц с помощью ультразвукового гомогенизатора UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Германия). Для метода с использованием градиента pH высушенные плёнки CUR, поверхностно-активных веществ и липидов гидратировали с помощью 1300 mL раствора сульфата аммония (pH 1⁄4 4) при 63 C в течение 47 min. Затем наночастицы обрабатывали ультразвуком над ледяной баней для получения небольших везикул.

Ультразвуковые аппараты для получения ниосом

Hielscher Ultrasonic имеет многолетний опыт проектирования, производства, распространения и обслуживания высокопроизводительных ультразвуковых гомогенизаторов для фармацевтической, пищевой и косметической промышленности.
Получение высококачественных ниосом, липосом, твёрдых липидных наночастиц, полимерных наночастиц, комплексов циклодекстрина и других наноструктурированных носителей лекарственных препаратов – это процессы, в которых ультразвуковые аппараты Hielscher демонстрируют превосходные результаты благодаря высокой надёжности, стабильной выходной мощности и возможности точного управления. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все параметры процесса, такие как амплитуда, температура, давление и энергия обработки ультразвуком. Интеллектуальное программное обеспечение автоматически записывает все параметры обработки ультразвуком (время, дату, амплитуду, полезную энергию, общую энергию, температуру, давление) на встроенную SD-карту.
Прочность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет эксплуатировать их круглосуточно, 24/7, при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: