Ultrazvuková formulácia nanoštruktúrovaných lipidových nosičov liečiv

Nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC) sú pokročilou formou systémov na dodávanie liečiv s nanometrovými rozmermi, ktoré majú lipidové jadro a obal rozpustný vo vode. NLC sa vyznačujú vysokou stabilitou, chránia aktívne biomolekuly pred degradáciou a zabezpečujú predĺžené uvoľňovanie liečiva. Ultrazvukové spracovanie je spoľahlivá, účinná a jednoduchá technika výroby nanoštruktúrovaných lipidových nosičov s náplňou liečiva.

Ultrazvuková príprava nanoštruktúrovaných lipidových nosičov

Nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC) obsahujú tuhý lipid, kvapalný lipid a povrchovo aktívnu látku vo vodnom prostredí, čo im dodáva dobrú rozpustnosť a biologickú dostupnosť. NLC sa široko využívajú na formuláciu stabilných systémov nosičov liečiv s vysokou biologickou dostupnosťou a predĺženým uvoľňovaním liečiva. NLC majú široké spektrum využitia od perorálneho až po parenterálne podávanie vrátane lokálneho/transdermálneho, oftalmického (očného) a pľúcneho podávania.
Ultrazvuková dispergácia a emulgácia je spoľahlivá a účinná technika prípravy nanoštruktúrovaných lipidových nosičov s náplňou účinných látok. Hlavnou výhodou ultrazvukovej prípravy NLC je, že nevyžaduje organické rozpúšťadlo, veľké množstvá povrchovo aktívnej látky ani prídavné zlúčeniny. Ultrazvuková formulácia NLC je pomerne jednoduchá metóda, pri ktorej sa taviaci sa lipid pridáva do roztoku povrchovo aktívnej látky a následne sa sonikuje.

Príklady protokolov na ultrazvukové plnenie nanoštruktúrovaných lipidových nosičov

NLC s náplňou dexametazónu pripravené sonikáciou
Pomocou ultrazvukového spracovania bol pripravený netoxický systém NLC s potenciálom na oftalmické použitie, ktorý sa vyznačoval úzkou distribúciou veľkosti, vysokou účinnosťou zachytenia dexametazónu a zlepšenou penetráciou. Systémy NLC boli pripravené ultrazvukovo pomocou ultrazvukového prístroja Hielscher UP200S a zložiek Compritol 888 ATO, Miglyol 812N a Cremophor RH60.
Tuhý lipid, kvapalný lipid a povrchovo aktívna látka sa roztavili pomocou magnetického miešadla s ohrevom pri 85ºC. Potom sa do roztavenej lipidovej zmesi pridal dexametazón a dispergoval sa. Čistá voda sa zohriala na 85ºC a obe fázy sa sonikovali (pri 70% amplitúde počas 10 min) pomocou ultrazvukového homogenizátora Hielscher UP200S . Systém NLC sa ochladil v ľadovom kúpeli.
Ultrazvukovo pripravené NLC vykazujú úzku distribúciu veľkosti, vysokú účinnosť zachytenia DXM a zlepšenú penetráciu.
Výskumníci odporúčajú použiť nízku koncentráciu povrchovo aktívnej látky a nízku koncentráciu lipidov (napr. 2,5% povrchovo aktívnej látky a 10% celkových lipidov), pretože vtedy sú kritické parametre stability (Z_ave, ZP, PDI) a kapacita naplnenia liečivom (EE%) vyhovujúce, pričom koncentrácia emulgátora môže zostať nízka.
(porov. Kiss et al. 2019)

NLC s náplňou retinylpalmitátu pripravené sonikáciou
Retinoid je široko používanou zložkou dermatologických terapií vrások. Retinol a retinylpalmitát sú dve zlúčeniny zo skupiny retinoidov, ktoré majú schopnosť zväčšovať hrúbku epidermy a sú účinné proti vráskam.
Formulácia NLC bola pripravená metódou ultrazvukového spracovania. Formulácia obsahovala 7,2% cetylpalmitátu, 4,8% kyseliny olejovej, 10% Tween 80, 10% glycerínu a 2% retinylpalmitátu. Pri výrobe NLC s náplňou retinylpalmitátu sa postupovalo takto: Zmes roztavených lipidov sa zmieša s povrchovo aktívnou látkou, pomocnou povrchovo aktívnou látkou, glycerínom a deionizovanou vodou pri 60–70°C. Táto zmes sa mieša miešadlom s vysokým šmykom pri 9800rpm počas 5 min. Po vytvorení predemulzie sa táto predemulzia ihneď sonikuje pomocou sondového ultrazvukového homogenizátora počas 2 min. Získané NLC sa potom uchovávali pri izbovej teplote počas 24 h. Emulzia sa skladovala pri izbovej teplote počas 24 h a zmerala sa veľkosť nanočastíc. Formulácia NLC vykazovala veľkosť častíc v rozsahu 200–300nm. Získané NLC majú svetložltý vzhľad, veľkosť globúl 258±15,85 nm a index polydisperzity 0,31±0,09. Snímka z TEM nižšie zobrazuje ultrazvukovo pripravené NLC s náplňou retinylpalmitátu.
(porov. Pamudji et al. 2015)

NLC s obsahom Zingiber zerumbet pripravené sonikáciou
Nanoštruktúrované lipidové nosiče pozostávajú zo zmesi tuhého lipidu, kvapalného lipidu a povrchovo aktívnej látky. Sú vynikajúcimi systémami na podávanie liečiv, ktoré umožňujú podávať bioaktívne látky so slabou rozpustnosťou vo vode a výrazne zvyšovať ich biologickú dostupnosť.
Na formuláciu NLC s obsahom Zingiber zerumbet sa vykonali nasledujúce kroky. Zmiešali sa 1% tuhého lipidu, t. j. glycerylmonostearátu, a 4% kvapalného lipidu, t. j. panenského kokosového oleja, a roztavili sa pri 50°C, aby sa získala homogénna, číra lipidová fáza. Následne sa do lipidovej fázy pridal 1% oleja zo Zingiber zerumbet, pričom sa teplota nepretržite udržiavala 10°C nad teplotou topenia glycerylmonostearátu. Na prípravu vodnej fázy sa v správnom pomere zmiešali destilovaná voda, Tween 80 a sójový lecitín. Vodná zmes sa okamžite pridala do lipidovej zmesi, čím vznikla predemulzná zmes. Predemulzia sa potom homogenizovala pomocou homogenizátora s vysokým šmykovým namáhaním pri 11 000 rpm počas 1 min. Následne sa predemulzia sonikovala pomocou sondového ultrazvukového prístroja pri 50% amplitúde počas 20 min. Nakoniec sa disperzia NLC ochladila vo vodnom kúpeli s ľadom na izbovú teplotu (25±1°C), aby sa suspenzia v studenom kúpeli prudko ochladila a zabránilo sa agregácii častíc. NLC sa skladovali pri 4°C.
NLC s obsahom Zingiber zerumbet vykazujú veľkosť v nanometroch 80,47±1,33, stabilný index polydisperzity 0,188±2,72 a náboj zeta potenciálu -38,9±2,11. Účinnosť enkapsulácie poukazuje na schopnosť lipidového nosiča enkapsulovať olej zo Zingiber zerumbet s účinnosťou vyššou ako 80%.
(porov. Rosli et al. 2015)

NLC s obsahom látky Valsaratan pripravené sonikáciou
Valsaratan je blokátor receptorov angiotenzínu II používaný v antihypertenznom lieku. Valsartan má nízku biologickú dostupnosť, iba približne 23%, v dôsledku slabej rozpustnosti vo vode. Použitie metódy ultrazvukovej emulgácie taveniny umožnilo prípravu NLC s obsahom látky Valsaratan s výrazne zlepšenou biologickou dostupnosťou.
Olejový roztok Val sa jednoducho zmiešal s určitým množstvom roztaveného lipidového materiálu pri teplote 10°C nad teplotou topenia lipidu. Vodný roztok povrchovo aktívnych látok sa pripravil rozpustením určitých navážok látky Tween 80 a deoxycholátu sodného. Roztok povrchovo aktívnych látok sa ďalej zahrial na rovnakú teplotu a zmiešal sa s olejovým lipidovým roztokom liečiva pomocou sondovej sonikácie počas 3 min., aby sa vytvorila emulzia. Vzniknutá emulzia sa potom dispergovala v ochladenej vode pomocou magnetického miešania počas 10 min. Vzniknuté NLC sa oddelili centrifugáciou. Odobrali sa vzorky supernatantu a koncentrácia Val sa analyzovala pomocou validovanej metódy HPLC.
Metóda ultrazvukovej emulgácie taveniny má viacero výhod vrátane jednoduchosti pri minimálne zaťažujúcich podmienkach a absencie toxických organických rozpúšťadiel. Maximálna dosiahnutá účinnosť zachytenia bola 75,04%
(porov. Albekery et al. 2017)

Pomocou ultrazvukových techník sa do tuhých lipidových nanočastíc a nanoštruktúrovaných lipidových nosičov úspešne začlenili aj ďalšie účinné látky, ako sú paklitaxel, klotrimazol, domperidón, puerarín a meloxikam. (porov. Bahari a Hamishehkar 2016)

Sonikáciu ako metódu prípravy pri formulácii nanolipidových nosičov (NLC) možno použiť ako techniku homogenizácie za studena alebo za tepla. Ultrazvuková homogenizácia vedie k úzkej distribúcii veľkosti častíc, čo zlepšuje stabilitu NLC a ich skladovacie vlastnosti.

Ultrazvuková homogenizácia za studena

Keď sa na prípravu nanoštruktúrovaných lipidových nosičov používa technika homogenizácie za studena, farmakologicky aktívne molekuly, t. j. liečivo, sa rozpustia v lipidovej tavenine a potom sa rýchlo ochladia pomocou kvapalného dusíka alebo suchého ľadu. Počas chladenia lipidy tuhnú. Tuhá lipidová hmota sa potom rozomelie na častice nanometrovej veľkosti. Lipidové nanočastice sa dispergujú v studenom roztoku povrchovo aktívnej látky, čím vzniká studená predsuspenzia. Nakoniec sa táto suspenzia sonikuje pri izbovej teplote, často pomocou ultrazvukového reaktora s prietokovou celou.
Keďže sa látky zahrievajú iba raz v prvom kroku, ultrazvuková homogenizácia za studena sa používa najmä na prípravu formulácií liečiv citlivých na teplo. Keďže mnohé bioaktívne molekuly a farmaceutické zlúčeniny sú náchylné na tepelnú degradáciu, ultrazvuková homogenizácia za studena je široko používanou metódou. Ďalšou výhodou techniky homogenizácie za studena je vynechanie vodnej fázy, čo uľahčuje enkapsuláciu hydrofilných molekúl, ktoré by inak počas homogenizácie za tepla mohli prechádzať z kvapalnej lipidovej fázy do vodnej fázy.

Ultrazvuková homogenizácia za tepla

Keď sa sonikácia používa ako technika homogenizácie za tepla, roztavené lipidy a aktívna zlúčenina (t. j. farmakologicky účinná látka) sa za intenzívneho miešania dispergujú v horúcej povrchovo aktívnej látke, čím sa získa predemulzia. Pri procese 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 tuhého lipidu). V druhom kroku sa potom predemulzia spracuje vysokovýkonnou sonikáciou pri udržiavaní teploty.

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na prípravu nanoštruktúrovaných lipidových nosičov

Výkonné ultrazvukové systémy spoločnosti Hielscher Ultrasonics sa používajú na celom svete vo farmaceutickom výskume, vývoji a výrobe na prípravu vysokokvalitných nanonosičov liečiv, ako sú tuhé lipidové nanočastice (SLN), nanoštruktúrované lipidové nosiče (NLC), nanoemulzie a nanokapsuly. Aby spoločnosť Hielscher splnila požiadavky svojich zákazníkov, dodáva ultrazvukové prístroje od kompaktného, no výkonného ručného laboratórneho homogenizátora a stolových ultrazvukových prístrojov až po plne priemyselné ultrazvukové systémy na veľkoobjemovú výrobu farmaceutických formulácií. K dispozícii je široký sortiment ultrazvukových sonotród a reaktorov na zabezpečenie optimálnej konfigurácie pre vašu výrobu nanoštruktúrovaných lipidových nosičov (NLC). Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Aby naši zákazníci mohli dodržiavať správnu výrobnú prax (GMP) a zaviesť štandardizované procesy, všetky digitálne ultrazvukové prístroje sú vybavené inteligentným softvérom na presné nastavenie parametra sonikácie, nepretržité riadenie procesu a automatický záznam všetkých dôležitých procesných parametrov na zabudovanú SD kartu. Vysoká kvalita produktov závisí od riadenia procesu a trvalo vysokých štandardov spracovania. Ultrazvukové prístroje Hielscher vám pomáhajú monitorovať a štandardizovať váš proces!

Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher Ultrasonics dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko nepretržite udržiavať pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových prístrojov: