Ultrazvuková formulácia niozómov
Niozómy sú vezikuly s nanometrovými rozmermi, ktoré možno použiť ako nosiče liečiv (napr. protinádorových liečiv) a iných bioaktívnych látok. Ultrazvuková emulgácia je jednoduchá a rýchla metóda formulácie malých niozómov s vysokým obsahom liečiva.
Niozómové vezikuly ako nanonosiče účinných látok
Niozóm je vezikula na báze neiónových povrchovo aktívnych látok, ktorá vzniká prevažne z neiónovej povrchovo aktívnej látky so začlenením cholesterolu ako pomocnej látky. Niozómy sú v porovnaní s lipozómami odolnejšie voči chemickej degradácii alebo oxidácii a majú dlhú dobu skladovateľnosti. Vďaka povrchovo aktívnym látkam používaným pri ich príprave sú niozómy biologicky odbúrateľné, biokompatibilné a neimunogénne. Niozómy sú osmoticky aktívne, chemicky stabilné a v porovnaní s lipozómami ponúkajú dlhšiu dobu skladovateľnosti. V závislosti od veľkosti a lamelarity sú k dispozícii rôzne metódy prípravy, ako sú sonikácia, odparovanie reverznej fázy, hydratácia tenkého filmu alebo proces vnášania liečiva pomocou transmembránového gradientu pH. Ultrazvuková príprava niozómov je preferovanou technikou výroby unilamelárnych vezikúl, ktoré sú malé a majú jednotnú veľkosť.
Ultrazvuková formulácia niozómov
Na formuláciu niozómov sa musí pripraviť emulzia typu olej vo vode (o/w) z organického roztoku povrchovo aktívnej látky, cholesterolu a vodného roztoku obsahujúceho bioaktívnu zlúčeninu, teda liečivo. Ultrazvuková emulgácia je lepšou technikou na miešanie nemiešateľných kvapalín, ako sú olej a voda. Pôsobením šmykových síl na kvapôčky oboch fáz a ich rozbíjaním na nanometrovú veľkosť sa získa nanoemulzia. Následne sa organické rozpúšťadlo odparí, čím vzniknú niozómy naplnené terapeutickými látkami, ktoré sú dispergované vo vodnej fáze. V porovnaní s mechanickým miešaním vyniká technika ultrazvukovej formulácie niozómov tým, že v rýchlom procese vytvára niozómy s menším priemerným rozmerom a nižším indexom polydisperzity. Použitie menších vezikúl je vo všeobecnosti vhodnejšie, keďže majú tendenciu lepšie unikať mechanizmom odstraňovania z organizmu než väčšie častice a zostávajú dlhšie v krvnom obehu. (porov. Bragagni et al. 2014)
Prečítajte si viac o sonikácii na zlepšenie niozómových formulácií!
- unilamelárne, malé vezikuly jednotnej veľkosti
- jednoduchý a rýchly proces
- reprodukovateľná
- presne regulovateľná
- bezpečná
- ľahko škálovateľná
Protokoly ultrazvukovej prípravy niozómov
Formulácia niozómov pomocou sonikácie bola rozsiahlo skúmaná, takže je k dispozícii množstvo vedecky overených protokolov ultrazvukovej výroby niozómov.
Nižšie nájdete stručný prehľad niekoľkých formulačných protokolov na prípravu a plnenie niozómov pomocou sonikácie.
Niozómy naplnené extraktmi Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formulovali surový extrakt Withania somnifera do niozómov určených na topickú aplikáciu. Bioaktívne zlúčeniny boli enkapsulované injekciou rozpúšťadla. Organická a vodná fáza sa preto nepretržite miešali magnetickým miešadlom a teplota sa udržiavala na 60°C ± 2°C, kým sa organické rozpúšťadlo neodstránilo odparením. Výsledná formulácia sa ochladila a sonikovala na ľade pomocou sonikátora Hielscher UP200ST. Niozómy mali priemernú veľkosť približne 165,9 ± 9,4 a vykazovali vysokú účinnosť zachytenia (EE%) withanolidu A.
Niozómy naplnené doxorubicínom
Niozómy z N-palmitoylglukozamínu (Glu) naplnené doxorubicínom, protinádorovým liečivom, sa pripravili pretrepávaním zmesi NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), cholesterolu (58 mg) a Solulan C24 (54 mg) v roztoku doxorubicínu (1,5 mg/ml, 2 ml, pripravenom v PBS) pri 90°C počas 1 h, po ktorom nasledovala sonikácia sondou počas 10 min (75% maxima).
Vezikuly z palmitoylglykolchitosánu (GCP) sa pripravili podľa už opísaného postupu (11) sonikáciou glykolchitosánu (10 mg) a cholesterolu (4 mg) sondou v roztoku doxorubicínu (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400W ultrazvukové zariadenie na formuláciu nanonosičov, ako sú niozómy
Alternatívne metódy prípravy niozómov
Alternatívne metódy formulácie niozómov, ako je technika odparovania reverznej fázy alebo proces vnášania liečiva pomocou transmembránového gradientu pH, zahŕňajú aplikáciu ultrazvukovej energie. Obe techniky sa používajú najmä na prípravu multilamelárnych vezikúl (MLV). Nižšie nájdete stručný opis oboch techník a príslušného sonikačného kroku.
Sonikácia pri príprave niozómov odparovaním reverznej fázy
Pri metóde odparovania reverznej fázy (REV) sa zložky niozómovej formulácie rozpustia v zmesi éteru a chloroformu a pridajú sa do vodnej fázy, ktorá obsahuje liečivo. Ultrazvuková emulgácia sa používa na premenu zmesi na jemnú emulziu. Následne sa organická fáza odparí. Niozómy získané počas odparovania organického rozpúšťadla sú unilamelárne vezikuly veľkých rozmerov.
Proces vnášania liečiva pomocou transmembránového gradientu pH
Pri procese vnášania liečiva pomocou transmembránového gradientu pH (s kyslým vnútorným prostredím) (s diaľkovým plnením) sa tenzid a cholesterol rozpustia v chloroforme. Rozpúšťadlo sa potom odparí vo vákuu, čím sa na stene banky s guľatým dnom vytvorí tenký film. Film sa hydratuje 300 mM kyselinou citrónovou (pH 4,0) vírivým miešaním suspenzie. Multilamelárne vezikuly sa trikrát zmrazia a rozmrazia a následne sa sonikujú pomocou sondového ultrazvukového prístroja. Do tejto niozómovej suspenzie sa pridá vodný roztok obsahujúci 10 mg/ml liečiva a zmes sa premieša vírivým miešaním. Hodnota pH vzorky sa potom zvýši na pH 7,0–7,2 pomocou 1M hydrogénfosforečnanu disodného. Zmes sa potom zahrieva na 60°C počas 10 minút. Touto technikou sa získavajú multilamelárne vezikuly. (porov. Kazi et al. 2010)
Ultrazvukové zmenšovanie niozómov
Niozómy majú zvyčajne veľkosť v rozsahu od 10nm do 1000nm. V závislosti od techniky prípravy sú niozómy často pomerne veľké a majú tendenciu tvoriť agregáty. Konkrétne veľkosti niozómov sú však dôležitým faktorom pri výbere zamýšľaného typu systému na podávanie liečiv. Napríklad veľmi malá veľkosť niozómov v nanometrovom rozsahu je najvhodnejšia na systémové podávanie liečiv, pri ktorom musí liečivo prejsť cez bunkové membrány, aby sa dostalo na cieľové miesto v bunke, zatiaľ čo väčšie niozómy sa odporúčajú na intramuskulárne a intrakavitárne podávanie liečiv alebo na oftalmologické aplikácie. Ultrazvukové zmenšovanie niozómov je bežným krokom pri príprave vysoko účinných niozómov. Ultrazvukové šmykové sily deaglomerujú a dispergujú niozómy na monodisperzné nanoniozómy.
Protokol – Ultrazvukové zmenšovanie LipoNiosomes
Naderinezhad et al. (2017) pripravili biokompatibilné LipoNiosomes (kombináciu niozómu a lipozómu) obsahujúce Tween 60: cholesterol: DPPC (v pomere 55 : 30 : 15 : 3) s 3% DSPE-mPEG. Na zmenšenie pripravených LipoNiosomes po hydratácii sonikovali suspenziu počas 45 min (15 sekúnd zapnuté a 10 sekúnd vypnuté, amplitúda 70% pri 100 wattoch) s cieľom minimalizovať agregáciu častíc pomocou ultrazvukového homogenizátora UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Nemecko). Pri metóde s gradientom pH sa vysušené filmy CUR, tenzidov a lipidov hydratovali 1300 mL síranu amónneho (pH 1⁄4 4) pri 63 C počas 47 min. Potom sa nanočastice sonikovali nad ľadovým kúpeľom, aby sa vytvorili malé vezikuly.
Ultrazvukové prístroje na prípravu niozómov
Hielscher Ultrasonic má dlhoročné skúsenosti s návrhom, výrobou, distribúciou a servisom vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov pre farmaceutický, potravinársky a kozmetický priemysel.
Príprava vysokokvalitných niozómov, lipozómov, tuhých lipidových nanočastíc, polymérnych nanočastíc, cyklodextrínových komplexov a ďalších nanoštruktúrovaných nosičov liečiv predstavuje procesy, v ktorých sonikátory Hielscher vynikajú vďaka vysokej spoľahlivosti, konštantnému výstupnému výkonu a presnej regulovateľnosti. Ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presnú reguláciu 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.
Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje nepretržitú prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané prístroje |
|---|---|---|
| 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 | zoskupenie prístrojov UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej až po poloprevádzkovú a priemyselnú mierku.
Literatúra/Referencie
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
Užitočné informácie
Niozómy v porovnaní s lipozómami
Lipozómy a niozómy sú mikroskopické vezikuly, do ktorých možno enkapsulovať bioaktívne zlúčeniny na podávanie liečiv. Niozómy sú podobné lipozómom, líšia sa však zložením svojej dvojvrstvy. Zatiaľ čo lipozómy majú fosfolipidovú dvojvrstvu, dvojvrstva niozómov je tvorená neiónovými povrchovo aktívnymi látkami, čo vedie k chemickému rozdielu medzi štruktúrnymi jednotkami. Tento štruktúrny rozdiel dodáva niozómom vyššiu chemickú stabilitu, lepšiu schopnosť prenikať cez kožu a nižší obsah nečistôt.
Niozómy sa podľa veľkosti delia do troch hlavných skupín: malé unilamelárne vezikuly (SUV) majú priemerný priemer 10–100 nm, veľké unilamelárne vezikuly (LUV) majú priemernú veľkosť 100–3000nm a multilamelárne vezikuly (MLV) sa vyznačujú viac než jednou dvojvrstvou.
„Niozómy sa in vivo správajú ako lipozómy, predlžujú cirkuláciu enkapsulovaného liečiva a menia jeho distribúciu v orgánoch a metabolickú stabilitu. Rovnako ako pri lipozómoch závisia vlastnosti niozómov od zloženia dvojvrstvy, ako aj od spôsobu ich výroby. Uvádza sa, že interkalácia cholesterolu do dvojvrstiev znižuje objem dostupný na enkapsuláciu počas prípravy, a tým aj účinnosť enkapsulácie.“ (Kazi et al. 2010)
Niozómy možno pripraviť rôznymi technikami, ako sú hydratácia tenkého filmu, ultrazvukové spracovanie, odparovanie reverznej fázy, zmrazovanie a rozmrazovanie, mikrofluidizácia alebo dehydratácia a rehydratácia. Výberom vhodného spôsobu prípravy, povrchovo aktívnej látky, obsahu cholesterolu, prísad ovplyvňujúcich povrchový náboj a koncentrácie suspenzie možno nastaviť zloženie, lamelaritu, stabilitu a povrchový náboj niozómov tak, aby spĺňali špecifické požiadavky na nosiče liečiv.
Na výrobu vysoko biokompatibilných niozómov s veľmi nízkou cytotoxicitou by povrchovo aktívne látky používané pri príprave niozómov mali byť biologicky rozložiteľné, biokompatibilné a neimunogénne.