Ультразвуковая обработка наночастиц для фармацевтических препаратов

Ультразвуковые аппараты зондового типа играют решающую роль в фармацевтических исследованиях и производстве, являясь мощным и контролируемым средством для уменьшения размера частиц, разрушения клеток и гомогенизации. Ультразвуковые аппараты используют ультразвуковые волны для создания кавитации, что приводит к образованию и схлопыванию микроскопических пузырьков. Это явление генерирует интенсивные сдвиговые силы и ударные волны, эффективно разрушая частицы или разрушая клетки.

Вот некоторые ключевые аспекты использования ультразвуковых аппаратов зондового типа в фармацевтической промышленности:

• Уменьшение размера частиц: Ультразвуковые аппараты зондов используются для уменьшения размера частиц активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) или других соединений. Небольшой и однородный размер частиц жизненно важен для повышения биодоступности, скорости растворения и общей эффективности фармацевтических составов.
• Разрушение клеток: В биофармацевтических исследованиях зондовые ультразвуковики используются для разрушения клеток с целью высвобождения внутриклеточных компонентов. Это особенно важно для экстракции белков, ферментов и других биомолекул из микробных клеток или культивируемых клеток млекопитающих.
• Гомогенизация: Гомогенизация фармацевтических составов имеет важное значение для обеспечения равномерного распределения ингредиентов. Ультразвуковые датчики помогают достичь однородности за счет расщепления агломератов и равномерного диспергирования компонентов.
• Наноэмульсия и образование липосом: Ультразвук используется для создания стабильных наноэмульсий и липосом в фармацевтических составах. Эти наноразмерные системы доставки используются для доставки лекарств с целью повышения растворимости и биодоступности.
• Контроль качества и оптимизация процессов: Ультразвуковая обработка является ценным инструментом для контроля качества в фармацевтическом производстве. Это помогает оптимизировать процессы, обеспечивая равномерное распределение частиц по размерам и однородность, способствуя воспроизводимости от партии к партии.
• Составление и разработка лекарственных препаратов: Во время составления и разработки лекарственных препаратов зондовые ультразвуковики используются для приготовления стабильных суспензий, эмульсий или дисперсий. Это имеет решающее значение для разработки фармацевтических продуктов с желаемыми физическими и химическими свойствами.

Наноматериалы в фармацевтике

Ультразвуковые технологии играют ключевую роль в получении, обработке и функционализации наноматериалов в фармацевтических исследованиях и производстве. Интенсивное воздействие мощного ультразвука, включая акустическую кавитацию, способствует разрушению агломератов, диспергированию частиц и эмульгированию нанокапель. Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты Hielscher представляют собой надежное и эффективное решение в соответствии с фармацевтическими стандартами, обеспечивая безопасное производство и способствуя масштабированию без дополнительных усилий по оптимизации.

Обработка наноматериалов

Наноматериалы, особенно наночастицы, произвели революцию в доставке лекарств в фармацевтике, предложив проверенный метод введения активных веществ перорально или через инъекции. Эта технология повышает эффективность дозирования и доставки лекарств, открывая новые возможности для медицинского лечения. Способность доставлять лекарства, тепло или другие активные вещества непосредственно к определенным клеткам, особенно к больным, знаменует собой значительный прогресс.

В терапии рака нанопрепараты продемонстрировали многообещающие результаты, используя преимущества наноразмерных частиц для доставки высоких доз лекарства непосредственно к опухолевым клеткам, максимизируя терапевтические эффекты при минимизации побочных эффектов на другие органы. Наноразмерный размер позволяет этим частицам проходить через клеточные стенки и мембраны, высвобождая активные вещества точно в клетки-мишени.

Обработка наноматериалов, определяемых как частицы размером менее 100 нм, сопряжена с проблемами, требующими больших усилий. Ультразвуковая кавитация становится хорошо зарекомендовавшей себя технологией деагломерации и диспергирования наноматериалов. Углеродные нанотрубки (УНТ), особенно многостенные углеродные нанотрубки (УНТ) и одностенные углеродные нанотрубки (ОДНОСТЕННЫЕ), демонстрируют уникальные свойства, предлагая большой внутренний объем для инкапсуляции молекул лекарств и отдельные поверхности для функционализации.
 

Сонохимическое производство одностенных углеродных нанотрубок. Порошок диоксида кремния в растворе ферроцен-ксилоловой смеси подвергался обработке ультразвуком в течение 20 мин. при комнатной температуре и под давлением окружающей среды. С помощью ультразвука на поверхности порошка диоксида кремния образуются одностенные углеродные нанотрубки высокой чистоты. (Чонг и др. 2004)

Функционализированные углеродные нанотрубки (f-УНТ) играют решающую роль в повышении растворимости, обеспечивая эффективное нацеливание на опухоль и предотвращая цитотоксичность. Ультразвуковые методы облегчают их производство и функционализацию, такие как сонохимический метод для одностенных углеродных нанотрубок высокой чистоты. Кроме того, f-УНТ могут служить системами доставки вакцин, связывая антигены с углеродными нанотрубками для индуцирования специфических ответов антител.
Керамические наночастицы, полученные из диоксида кремния, титана или оксида алюминия, имеют пористую поверхность, что делает их идеальными носителями лекарств. Ультразвуковой синтез и осаждение наночастиц с использованием сонохимии обеспечивают восходящий подход к получению наноразмерных соединений. Этот процесс улучшает массообмен, что приводит к уменьшению размеров частиц и повышению однородности

Ультразвуковой синтез и осаждение наночастиц

Ультразвук играет жизненно важную роль в функционализации наночастиц. Этот метод эффективно разрушает пограничные слои вокруг частиц, позволяя новым функциональным группам достигать поверхности частиц. Например, ультразвуковая функционализация одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с фрагментами PL-PEG препятствует поглощению неспецифическими клетками, способствуя при этом специфическому поглощению клетками для целевых применений.

Чтобы получить наночастицы с определенными характеристиками и функциями, поверхность частиц должна быть модифицирована. Различные наносистемы, такие как полимерные наночастицы, липосомы, дендримеры, углеродные нанотрубки, квантовые точки и т. д., могут быть успешно функционализированы для эффективного использования в фармацевтике.

Практический пример фукционализации ультразвуковых частиц:

Ультразвуковая функционализация одностенных углеродных нанотрубок (SWNT) с помощью PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) продемонстрировали, что диспергирование одностенных углеродных нанотрубок (SWNT) путем ультразвуковой обработки фосфолипид-полиэтиленгликолем (PL-PEG) фрагментирует их, тем самым нарушая их способность блокировать неспецифическое поглощение клетками. Тем не менее, нефрагментированный PL-PEG способствует специфическому клеточному поглощению целевых одностенных углеродных нанотрубок к двум различным классам рецепторов, экспрессируемых раковыми клетками. Ультразвуковая обработка в присутствии PL-PEG является распространенным методом, используемым для диспергирования или функционализации углеродных нанотрубок, и целостность PEG важна для стимулирования специфического клеточного поглощения лиганд-функционализированных нанотрубок. Поскольку фрагментация является вероятным следствием ультразвуковой обработки, обычно используемого для диспергирования одностенных углеродных нанотрубок, это может вызывать беспокойство в некоторых областях, таких как доставка лекарств.
 

Ультразвуковое диспергирование одностенных углеродных нанотрубок с PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Ультразвуковое образование липосом

Еще одним успешным применением ультразвука является получение липосом и нанолипосом. Системы доставки лекарств и генов на основе липосом играют важную роль в различных видах терапии, а также в косметике и питании. Липосомы являются хорошими носителями, так как водорастворимые активные вещества могут быть помещены в водный центр липосом или, если агент жирорастворимый, в липидный слой. Липосомы могут быть сформированы с помощью ультразвука. Основным материалом для получения липосомов являются амфиликатные молекулы, полученные или основанные на биологических мембранных липидах. Для образования небольших униламеллярных везикул (SUV) дисперсия липидов обрабатывается ультразвуком – например, с помощью ручного ультразвукового аппарата UP50H (50 Вт, 30 кГц), VialTweeter или ультразвукового чашечного рожка. Продолжительность такой ультразвуковой обработки составляет около 5 – 15 минут. Еще одним методом получения небольших одноламеллярных везикул является ультразвуковая обработка многослойных везикул липосом.
Dinu-Pirvu et al. (2010) сообщают о получении трансферосом путем ультразвуковой обработки MLV при комнатной температуре.
Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые устройства, сонотроды и аксессуары для удовлетворения требований всех видов процессов.
Узнайте больше об экстракте алоэ вера, экстрагированном и инкапсулированном ультразвуком!

Ультразвуковая инкапсуляция агентов в липосомы

Липосомы работают как носители активных веществ. Ультразвук является эффективным инструментом для подготовки и формирования липосом для захвата активных веществ. До инкапсуляции липосомы имеют тенденцию образовывать кластеры из-за поверхностного заряд-зарядового взаимодействия фосфолипидных полярных головок (Míckova et al. 2008), кроме того, они должны быть открыты. В качестве примера Zhu et al. (2003) описывают инкапсуляцию порошка биотина в липосомах с помощью ультразвука. Поскольку порошок биотина был добавлен в раствор суспензии везикул, раствор подвергался ультразвуковой обработке в течение примерно 1 часа. После этого лечения биотин был захвачен в липосомах.

Липосомальные эмульсии

Чтобы усилить питательный эффект увлажняющих или омолаживающих кремов, лосьонов, гелей и других космецевтических составов, эмульгатор добавляется в липосомальные дисперсии для стабилизации большего количества липидов. Но исследования показали, что возможности липосом, как правило, ограничены. С добавлением эмульгаторов этот эффект проявится раньше и дополнительные эмульгаторы вызывают ослабление барьерного сродства фосфатидилхолина. Наночастицы – Входящие в состав фосфатидилхолин и липиды – вот решение этой проблемы. Эти наночастицы образуются из капли масла, которая покрыта монослоем фосфатидилхолина. Использование наночастиц позволяет создавать составы, которые способны поглощать больше липидов и оставаться стабильными, так что дополнительные эмульгаторы не требуются.
Ультразвуковое исследование является проверенным методом производства наноэмульсий и нанодисперсий. Высокоинтенсивный ультразвук обеспечивает мощность, необходимую для диспергирования жидкой фазы (дисперсной фазы) в виде мелких капель во второй фазе (непрерывной фазе). В зоне диспергирования схлопывающиеся кавитационные пузырьки вызывают интенсивные ударные волны в окружающей жидкости и приводят к образованию струй жидкости с высокой скоростью жидкости. С целью стабилизации вновь образовавшихся капель дисперсной фазы против коалесценции в эмульсию добавляют эмульгаторы (поверхностно-активные вещества, поверхностно-активные вещества) и стабилизаторы. Поскольку коалесценция капель после разрушения влияет на конечное распределение капель по размерам, эффективно стабилизирующие эмульгаторы используются для поддержания конечного распределения капель по размерам на уровне, равном распределению сразу после разрушения капель в зоне ультразвукового диспергирования.

липосомальные дисперсии

Липосомальные дисперсии, в основе которых лежит ненасыщенный фосфатидилхлорин, не обладают устойчивостью к окислению. Стабилизация дисперсии может быть достигнута антиоксидантами, такими как комплекс витаминов С и Е.
Ortan et al. (2002) в своем исследовании, касающемся ультразвукового препарата эфирного масла Anethum graveolens в липосомах, добились хороших результатов. После ультразвуковой обработки размер липосом составлял 70-150 нм, а для MLV - 230-475 нм; эти значения были примерно постоянными и через 2 месяца, но прекратились через 12 месяцев, особенно при дисперсии внедорожника (см. гистограммы ниже). Измерение стабильности, касающееся потерь эфирного масла и распределения по размерам, также показало, что липосомальные дисперсии сохраняют содержание летучего масла. Это говорит о том, что захват эфирного масла в липосомах повышает стабильность масла.
 

Стабильность дисперсий MLV и SUV через 1 год. Липосомальные препараты хранили при температуре 4±1 ºC.
(Исследование и график: ©Ortan et al., 2009):

 
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом препарате липосом!

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для фармацевтических исследований и производства

Hielscher Ultrasonics является вашим ведущим поставщиком высококачественных высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов для исследований и производства фармацевтических препаратов. Устройства в диапазоне от 50 Вт до 16 000 Вт позволяют подобрать подходящий ультразвуковой процессор для любого объема и каждого процесса. Благодаря своей высокой производительности, надежности, прочности и простоте в эксплуатации, ультразвуковая обработка является важным методом для получения и обработки наноматериалов. Оснащенные системами CIP (безразборная мойка) и SIP (стерилизация на месте), ультразвуковые аппараты Hielscher гарантируют безопасное и эффективное производство в соответствии с фармацевтическими стандартами. Все специфические ультразвуковые процессы могут быть легко проверены в лаборатории или на настольных компьютерах. Результаты этих испытаний полностью воспроизводимы, так что последующее масштабирование происходит линейно и может быть легко выполнено без дополнительных усилий по оптимизации процесса.

Hielscher Sonicators: проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Литература/Литература