Ultrazvuková formulácia nanoštruktúrovaných lipidových nosičov liečiv

Nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC) sú pokročilou formou nanosystémov dodávania liekov s lipidovým jadrom a vo vode rozpustným obalom. NLC majú vysokú stabilitu, chránia aktívne biomolekuly pred degradáciou a ponúkajú trvalé uvoľňovanie liečiva. Ultrazvuk je spoľahlivá, efektívna a jednoduchá technika na výrobu zaťažených nanoštruktúrovaných lipidových nosičov.

Ultrazvuková príprava nanoštruktúrovaných lipidových nosičov

Nanoštruktúrne lipidové nosiče (NLC) obsahujú pevný lipid, kvapalný lipid a povrchovo aktívnu látku vo vodnom prostredí, čo im dodáva dobrú rozpustnosť a biologickú dostupnosť. NLC sa široko používajú na formuláciu stabilných systémov nosičov liečiv s vysokou biologickou dostupnosťou a trvalým uvoľňovaním liekov. NLC majú širokú škálu aplikácií od perorálneho až po parenterálne podávanie vrátane lokálneho/transdermálneho, oftalmologického (očného) a pľúcneho podávania.
Ultrazvuková disperzia a emulgácia je spoľahlivá a účinná technika na prípravu nanoštruktúrovaných lipidových nosičov nabitých aktívnymi zlúčeninami. Ultrazvukový prípravok NLC má hlavnú výhodu v tom, že nevyžaduje organické rozpúšťadlo, veľké množstvo povrchovo aktívnych látok alebo prísad. Ultrazvuková formulácia NLC je pomerne jednoduchá metóda, pretože topiaci sa lipid sa pridáva do roztoku povrchovo aktívnej látky a potom sa sonikuje.

Príkladové protokoly pre ultrazvukovo zaťažené nanoštruktúrne nosiče lipidov

NLC načítané dexametazónom prostredníctvom sonikácie
Ultrazvukom bol pripravený netoxický potenciálny oftalmologický NLC systém, čo viedlo k úzkej distribúcii veľkosti, vysokej účinnosti zachytenia dexametazónu a zlepšenej penetrácii. Systémy NLC boli ultrazvukom pripravené pomocou Hielscher UP200S ultrazvuk a Compritol 888 ATO, Miglyol 812N a Cremophor RH60 ako komponenty.
Pevný lipid, kvapalný lipid a povrchovo aktívna látka sa roztavili pomocou vyhrievacieho magnetického miešadla pri 85 °C. Potom sa do roztavenej lipidovej zmesi pridal dexametazón a rozptýlil sa. Čistá voda sa zahriala na 85 ° C a obe fázy boli sonikované (pri 70 % amplitúde počas 10 minút) Hielscher UP200S ultrazvukový homogenizátor. Systém NLC bol chladený v ľadovom kúpeli.
Ultrazvukovo pripravené NLC vykazujú úzku distribúciu veľkosti, vysokú účinnosť zachytenia DXM a zlepšenú penetráciu.
Vedci odporúčajú použitie nízkej koncentrácie povrchovo aktívnej látky a nízkej koncentrácie lipidov (napr. 2,5 % pre povrchovo aktívnu látku a 10 % pre celkové lipidy), pretože potom kritické parametre stability (Z_Ave, ZP, PDI) a kapacita zaťaženia liečiva (EE%), zatiaľ čo koncentrácia emulgátora môže zostať na nízkych úrovniach.
(porovnaj Kiss a kol. 2019)

NLC zaťažené retinyl palmitátom prostredníctvom sonikácie
Retinoid je široko používanou zložkou v dermatologickej terapii vrások. Retinol a retinylpalmitát sú dve zlúčeniny zo skupiny retinoidov, ktoré majú schopnosť indukovať hrúbku epidermy a sú účinné ako prostriedok proti vráskam.
Formulácia NLC bola pripravená pomocou ultrazvukovej metódy. Formulácia obsahovala 7,2 % cetylpalmitátu, 4,8 % kyseliny olejovej, 10 % Tween 80, 10 % glycerínu a 2 % retinylpalmitátu. Na výrobu NLC zaťažených retinylpalmitátom boli podniknuté nasledujúce kroky: Zmes roztavených lipidov sa zmieša s povrchovo aktívnou látkou, ko-povrchovo aktívnou látkou, glycerínom a deionizovanou vodou pri 60-70 °C. Táto zmes sa mieša mixérom s vysokým strihom pri 9800 ot./min po dobu 5 minút. Po vytvorení predemulzie sa táto predemulzia okamžite sonikuje pomocou ultrazvukového homogenizátora sondového typu po dobu 2 minút. Potom sa získané NLC udržiavalo pri izbovej teplote 24 hodín. Emulzia sa skladovala pri izbovej teplote 24 hodín a merala sa veľkosť nanočastíc. Vzorec NLC ukázal veľkosti častíc v rozmedzí 200-300 nm. získané NLC má bledožltý vzhľad, veľkosť guľôčok 258±15,85 nm a index polydisperznosti 0,31±0,09. Obrázok TEM nižšie ukazuje ultrazvukom pripravené NLC zaťažené retinylpalmitátom.
(porovnaj Pamudji et al. 2015)

NLC načítané Zingiber zerumbetom prostredníctvom Sonikácie
Nanoštruktúrované lipidové nosiče pozostávajú zo zmesi pevných lipidov, kvapalných lipidov a povrchovo aktívnych látok. Sú to vynikajúce systémy na podávanie bioaktívnych látok so zlou rozpustnosťou vo vode a na výrazné zvýšenie ich biologickej dostupnosti.
Na formulovanie NLC zaťažených Zingiber zerumbetom boli vykonané nasledujúce kroky. 1% pevného lipidu, tj. glycerylmonostearát a 4 % tekutý lipid, t. j. panenský kokosový olej, boli zmiešané a rozpustené pri 50 °C, aby sa získala homogénna, číra lipidová fáza. Následne sa do lipidovej fázy pridal 1% olej Zingiber zerumbet, pričom teplota sa udržiavala nepretržite o 10 °C nad teplotou topenia glycerylmonostearátu. Na prípravu vodnej fázy sa v správnom pomere zmiešala destilovaná voda, Tween 80 a sójový lecitín. Vodná zmes sa okamžite pridala do lipidovej zmesi, aby sa vytvorila predemulzná zmes. Predemulzia sa potom homogenizovala pomocou homogenizátora s vysokým strihom pri 11 000 ot./min počas 1 minúty. Potom bola predemulzia sonikovaná pomocou ultrazvukového ultrazvuku typu sondy pri 50% amplitúdach počas 20 minút, nakoniec sa disperzia NLC ochladila v ľadovom vodnom kúpeli na izbovú teplotu (25±1 °C), aby sa suspenzia uhasila v studenom kúpeli, aby sa zabránilo agregácii častíc. NLC boli skladované pri teplote 4 °C.
NLC zaťažené Zingiber zerumbetom vykazujú nanometrovú veľkosť 80,47±1,33, stabilný index polydisperznosti 0,188±2,72 a náboj zeta potenciálu -38,9±2,11. Účinnosť zapuzdrenia ukazuje schopnosť lipidového nosiča zapuzdriť olej Zingiber zerumbet s účinnosťou viac ako 80%.
(porovnaj Rosli et al. 2015)

NLC načítané Valsaratanom cez Sonication
Valsaratan je blokátor receptora angiotenzínu II, ktorý sa používa v antihypertenzívach. Valsartan má nízku biologickú dostupnosť cca. 23 % len kvôli svojej zlej rozpustnosti vo vode. Použitie metódy ultrazvukovej emulgácie taveniny umožnilo prípravu NLC zaťažených Valsaratanom, ktoré sa vyznačujú výrazne zlepšenou biologickou dostupnosťou.
Jednoducho sa olejový roztok Val zmiešal s určitým množstvom roztaveného lipidového materiálu pri teplote 10 °C nad teplotou topenia lipidov. Vodný roztok povrchovo aktívnej látky bol pripravený rozpustením určitých hmotností Tween 80 a deoxycholátu sodného. Roztok povrchovo aktívnej látky sa ďalej zahrial na rovnaký stupeň teploty a zmiešal sa s olejovým lipidovým roztokom liečiva sondou sondou počas 3 minút, aby sa vytvorila emulzia. Potom sa vytvorená emulzia rozptýlila v ochladenej vode magnetickým miešaním po dobu 10 minút. Vytvorené NLC boli oddelené centrifugáciou. Vzorky zo supernatantu boli odobraté a analyzované na koncentráciu Val pomocou validovanej metódy HPLC.
Ultrazvuková metóda emulgácie taveniny má množstvo výhod vrátane jednoduchosti s minimálnymi stresovými podmienkami a bez toxických organických rozpúšťadiel. Maximálna dosiahnutá účinnosť zachytenia bola 75,04 %
(porovnaj Albekery et al. 2017)

Ďalšie účinné látky ako paklitaxel, klotrimazol, domperidón, puerárin a meloxikam boli tiež úspešne začlenené do nanočastíc pevných lipidov a nanoštruktúrovaných lipidových nosičov pomocou ultrazvukových techník. (porovnaj Bahari a Hamishehkar 2016)

Ultrazvuk ako metóda prípravy na formuláciu nanolipidových nosičov (NLC) sa môže použiť ako technika homogenizácie za studena alebo za tepla. Ultrazvuková homogenizácia má za následok úzku distribúciu veľkosti častíc, čo zlepšuje stabilitu a skladovacie vlastnosti NLC.

Ultrazvuková homogenizácia za studena

Keď sa na prípravu nanoštruktúrovaných lipidových nosičov použije technika homogenizácie za studena, farmakologicky aktívne molekuly, t. j. liečivo, sa rozpustia v lipidovej tavenine a potom sa rýchlo ochladia pomocou tekutého dusíka alebo suchého ľadu. Počas chladenia lipidy tuhnú. Pevná lipidová hmota je potom rozomletá veľkosť nanočastíc. Lipidové nanočastice sa rozptýlia v studenom roztoku povrchovo aktívnej látky, čím sa získa studená predbežná suspenzia. Nakoniec sa táto suspenzia sonikuje, často pomocou ultrazvukového prietokového reaktora, pri izbovej teplote.
Pretože látky sa v prvom kroku zahrievajú iba raz, ultrazvuková homogenizácia za studena sa používa hlavne na formuláciu liekov citlivých na teplo. Keďže mnohé bioaktívne molekuly a farmaceutické zlúčeniny sú náchylné na tepelnú degradáciu, ultrazvuková homogenizácia za studena je široko používanou aplikáciou. Ďalšou výhodou techniky studenej homogenizácie je zabránenie vodnej fáze, čo uľahčuje zapuzdrenie hydrofilných molekúl, ktoré by sa inak mohli počas horúcej homogenizácie rozdeliť z kvapalnej lipidovej fázy na vodnú fázu.

Ultrazvuková homogenizácia za tepla

Keď sa sonikacia používa ako technika horúcej homogenizácie, roztavené lipidy a účinná látka (t. j. farmakologicky aktívna zložka) sa za intenzívneho miešania rozptýlia v horúcej povrchovo aktívnej látke, aby sa získala predemulzia. Pre proces homogenizácie za tepla je dôležité, aby sa oba roztoky, suspenzia lipidu/liečiva a povrchovo aktívna látka zahriali na rovnakú teplotu (približne 5–10 °C nad teplotou topenia pevného lipidu). V druhom kroku sa potom predemulzia ošetrí vysokoúčinnou sonikáciou pri zachovaní teploty.

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje pre nanoštruktúrované lipidové nosiče

Hielscher Ultrasonics’ powerful ultrasonic systems are used worldwide in pharmaceutical R&D and production to produce high-quality nano drug carriers such as solid lipid nanoparticles (SLNs), nanostructured lipid carriers (NLCs), nanoemulsions and nanocapsules. To meet its customers’ demands, Hielscher supplies ultrasonicators from the compact, yet powerful hand-held lab homogeniser and bench-top ultrasonicators to fully industrial ultrasonic systems for the production of high-volumes of pharmaceutical formulations. A broad range of ultrasonic sonotrodes and reactors are available to ensure an optimal setup for your production of nanostructured lipid carriers (NLCs). The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Aby sme našim zákazníkom umožnili dodržiavať správnu výrobnú prax (GMP) a zaviesť štandardizované procesy, sú všetky digitálne ultrazvukové prístroje vybavené inteligentným softvérom na presné nastavenie parametra sonikácie, nepretržitým riadením procesu a automatickým zaznamenávaním všetkých dôležitých parametrov procesu na vstavanú SD kartu. Vysoká kvalita produktu závisí od riadenia procesu a neustále vysokých štandardov spracovania. Ultrazvukové prístroje Hielscher vám pomôžu monitorovať a štandardizovať váš proces!

Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: