Intranazálna vakcína proti S. pneumoniae enkapsulovaná do nanočastíc pomocou ultrazvuku
Výhoda vakcín proti S. pneumoniae enkapsulovaných do nanočastíc
Mott a kol. (2013) stanovili účinnosť intranazálneho podávania vakcínového konštruktu z nanočastíc kopolyméru kyseliny mliečnej a glykolovej s veľkosťou 234 ± 87,5nm pri zabezpečovaní ochrany pred experimentálnou pneumokokovou infekciou dýchacích ciest. Nanočastice s enkapsulovanými tepelne usmrtenými baktériami Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) sa v porovnaní s prázdnymi NP udržali v pľúcach 11 dní po nazálnom podaní. Imunizácia pomocou NP-HKSP vyvolala významnú odolnosť voči infekcii spôsobenej baktériou S. pneumoniae v porovnaní s podaním samotných HKSP. Zvýšená ochrana korelovala s významným zvýšením antigénovo špecifickej cytokínovej odpovede IFN-c spojenej s Th1, sprostredkovanej pľúcnymi lymfocytmi. Táto štúdia potvrdzuje účinnosť technológie na báze NP ako neinvazívneho a cieleného prístupu k nazálno-pľúcnej imunizácii proti pľúcnym infekciám.
Protokol ultrazvukovej prípravy nanočastíc
Ultrazvuková lýza
1×106 nanočastíc s enkapsulovanými tepelne usmrtenými baktériami Streptococcus pneumoniae (NP-HKSP) sa lyzovalo sonikáciou v 200µl fosfátom pufrovaného fyziologického roztoku (PBS) a 70 mg kopolyméru kyseliny mliečnej a glykolovej (PLGA) sa rozpustilo v 1 ml etylacetátu. Tieto dva roztoky sa zmiešali a miešali na vortexovom miešadle pri maximálnej rýchlosti počas 1 min, aby sa vytvorila primárna emulzia typu voda v oleji.
Ultrazvuková enkapsulácia
Metóda dvojitej emulzie: Primárna emulzia sa potom zmiešala s 3 ml 1 % roztoku polyvinylalkoholu (PVA). Tento roztok sa sonikoval pomocou ultrazvukového procesora UP200H (Hielscher Ultrasonics GmbH, Nemecko) pri 40 % amplitúde počas 2 min v nepretržitom režime (100% cyklus), v čistej sklenenej liekovke ponorenej do ľadu na odvádzanie tepla, aby sa pripravili PLGA nanočastice s enkapsulovanými HKSP. Roztok sa ďalej zriedil na 20ml autoklávovanou vodou (sterilizovanou filtráciou cez filter 0,22µ) a miešal sa 1 h pri izbovej teplote za mierneho vákua, aby sa odparil etylacetát. Roztok sa potom centrifugoval na získanie NP a tento postup sa zopakoval dvakrát na odstránenie nadbytočného PVA. Peleta nanočastíc sa resuspendovala v 500µl autoklávovanej vody a lyofilizovala. Výsledné nanočastice sa až do ďalšieho použitia skladovali pri -20°C.
Veľkosť častíc PLGA nanočastíc s enkapsulovanými tepelne usmrtenými baktériami Streptococcus pneumoniae. Meranie veľkosti častíc vodnej suspenzie nanočastíc pomocou dynamického rozptylu svetla ukazuje priemernú veľkosť a Gaussovo rozdelenie častíc v šarži.
Zdroj: Mott a kol.: Intranazálne podávanie vakcíny na báze nanočastíc zvyšuje ochranu pred S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Ultrazvukový homogenizátor UIP2000hdT (2kW) s nepretržite miešaným vsádzkovým reaktorom
Ultrazvukové procesory na farmaceutické formulácie
Hielscher Ultrasonic má dlhoročné skúsenosti s navrhovaním, výrobou, distribúciou a servisom vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov pre farmaceutický a potravinársky priemysel.
Príprava vysokokvalitných lipozómov, tuhých lipidových nanočastíc, polymérnych nanočastíc a cyklodextrínových komplexov patrí medzi procesy, pri ktorých sa ultrazvukové systémy Hielscher používajú s vysokou spoľahlivosťou a špičkovou kvalitou výsledného produktu. Ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presné riadenie všetkých procesných parametrov, ako sú amplitúda, teplota, tlak a energia sonikácie. Inteligentný softvér automaticky zaznamenáva všetky parametre sonikácie (čas, dátum, amplitúdu, čistú energiu, celkovú energiu, teplotu, tlak) na zabudovanú SD kartu.
- Vysokovýkonná emulgácia
- Presná kontrola veľkosti častíc a ich náplne
- Vysoký obsah účinných látok
- Presné riadenie procesných parametrov
- Rýchly proces
- Netepelný proces, presné riadenie teploty
- Lineárna škálovateľnosť
- Reprodukovateľnosť
- Štandardizácia procesu / GMP
- Autoklávovateľné sondy a reaktory
- CIP / SIP
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem vsádzky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórneho po poloprevádzkové a priemyselné meradlo.
Literatúra / referencie
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
- Zhiguo Zheng; Xingcai Zhang; Daniel Carbo; Cheryl Clark; Cherie-Ann Nathan; Yuri Lvov (2010): Sonication-assisted synthesis of polyelectrolyte-coated curcumin nanoparticles. Langmuir: the ACS Journal of Surfaces and Colloids, 01 Jun 2010, 26(11):7679-7681.
Užitočné informácie
Nanoštruktúrované nosiče liečiv
Nosiče liečiv s nanometrovými rozmermi, ako sú nanoemulzie, lipozómy, tuhé lipidové nanočastice, polymérne nanočastice a nanoštruktúrované lipidové nosiče, sa používajú na formulovanie farmaceutických prípravkov so zlepšenými funkčnými vlastnosťami, ako sú lepšia biologická dostupnosť, zvýšená biokompatibilita, cielené dodávanie, priaznivý polčas v krvi a veľmi nízka alebo žiadna toxicita pre zdravé tkanivá. Ultrazvukové spracovanie je vysoko účinná technika na formulovanie rôznych foriem nanoterapeutík. Prečítajte si viac o využití ultrazvuku vo farmaceutickej výrobe!
Lipozómy
Lipozóm je vezikula guľovitého tvaru s aspoň jednou lipidovou dvojvrstvou, ktorá enkapsuluje jadro z hydrofóbnych látok. Veľkosť, ako aj hydrofóbny a hydrofilný charakter robia z lipozómov účinné systémy na dodávanie liečiv, napr. lipozomálneho vitamínu C. Vlastnosti lipozómov významne ovplyvňujú zloženie lipidov, povrchový náboj, veľkosť a technika prípravy. Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej príprave lipozómov!
Nanoemulzie
Nanoemulzie alebo submikrónové emulzie sú emulzie s veľkosťou kvapôčok v rozsahu 20–200nm a úzkym rozdelením veľkosti kvapôčok. Kvapôčky s nanometrovými rozmermi ponúkajú viacero výhod pri perorálnom podávaní, ako aj pri lokálnom / transdermálnom dodávaní farmaceutických a bioaktívnych látok, napr. v CBD nanoemulziách. Kvapôčky s nanometrovými rozmermi, ktoré dokážu účinne rozpúšťať lipofilné liečivá, spolu so zvýšenou mierou absorpcie robia z nanoemulzií často používanú formu podávania na dosiahnutie vysokej biologickej dostupnosti. Nanoemulgované formulácie sa môžu používať aj na predĺžené uvoľňovanie lipofilných alebo hydrofilných liečiv.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej výrobe nanoemulzií!
Tuhé lipidové nanočastice
Tuhá lipidová nanočastica (SLN) je guľovitá nanočastica so stredným priemerom medzi 10 a 1000 nanometrami. Tuhé lipidové nanočastice majú jadro tvorené tuhou lipidovou matricou, v ktorej možno solubilizovať lipofilné molekuly (účinné látky), takže nanočastica pôsobí ako nosič liečiva. Lipidové jadro je stabilizované emulgátorom alebo povrchovo aktívnou látkou. Tuhé lipidové nanočastice sa využívajú pri parenterálnom a perorálnom podávaní, ako aj pri očnom, pľúcnom a lokálnom dodávaní liečiv na zvýšenie účinnosti liečby a zníženie systémových vedľajších účinkov.
Prečítajte si viac o syntéze tuhých lipidových nanočastíc za pomoci ultrazvuku!
Nanoštruktúrované lipidové nosiče
Podobne ako tuhé lipidové nanočastice (SLN), aj nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC) predstavujú ďalšiu formu nanočastíc na báze lipidov. Nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC) sú modifikované tuhé lipidové nanočastice pozostávajúce zo zmesi tuhých a kvapalných lipidov a ponúkajú zlepšenú stabilitu a kapacitu na naplnenie liečivom.
Nanoštruktúrované lipidové nosiče možno pripraviť ultrazvukovou emulznou metódou.
Kryštály s nanometrovými rozmermi
Ultrazvuková kryštalizácia a zrážanie predstavujú vysoko účinný spôsob enkapsulácie látok so slabou rozpustnosťou vo vode do potiahnutého kryštálu. Zheng a kol. (2020) opisujú ultrazvukovú enkapsuláciu kurkumínu, bioaktívnej zlúčeniny s mnohými zdravotnými prínosmi, ale slabou biologickou dostupnosťou v dôsledku nízkej rozpustnosti vo vode. Výskumný tím vyvinul tvorbu polyelektrolytového nanoobalu metódou vrstva po vrstve (LbL) na enkapsuláciu molekúl kurkumínu. Uvádzajú, že „[u]na rozdiel od bežne používaných emulzných metód môže naša enkapsulácia LbL za pomoci ultrazvuku viesť k nanočasticiam oveľa menšej veľkosti. V prípade kurkumínu sme získali kryštalické nanočastice s priemernou veľkosťou 80 nm a ξ-potenciálom +30 mV alebo -50 mV, čo zabezpečilo stabilitu týchto nanokoloidov počas mesiacov (pri uchovávaní v nasýtenom roztoku liečiva). Vytvorenie obalov s dvoma dvojvrstvami biokompatibilných polyelektrolytov umožnilo pomalé uvoľňovanie liečiva počas približne 20 hodín.“
Protokol nukleácie kurkumínu: Práškový kurkumín sa rozpustil v 60 % roztoku etanolu / vody. Po úplnom rozpustení kurkumínu sa pridali polykatióny vo vodnom roztoku, poly(alylamínhydrochlorid), PAH, alebo biologicky odbúrateľný protomínsulfát (PS). Potom sa roztok sonikoval pomocou UIP1000, výkonného 1kW ultrazvukového prístroja od Hielscher Ultrasonic, pri 100 wattoch na mL roztoku. Počas ultrazvukového spracovania sa do roztoku pomaly pridávala voda. V dôsledku pridanej vody sa rozpúšťadlo stáva polárnejším, čím sa znižuje rozpustnosť kurkumínu. Keď rovnovážna koncentrácia prekročí hranicu rozpustnosti, dosiahne sa presýtenie kurkumínu a začne sa nukleácia kryštálov. Pri vysokovýkonnom ultrazvukovom spracovaní sa rast častíc liečiva zastaví v počiatočných štádiách.
Prečítajte si viac o ultrazvukovom zrážaní a kryštalizácii nanokryštálov!