Ultrazvočna formulacija nanostrukturiranih lipidnih nosilcev zdravil

Nanostrukturirani lipidni nosilci (NLC) so napredna oblika sistemov za dostavo zdravil nanometrske velikosti z lipidnim jedrom in vodotopno ovojnico. NLC so zelo stabilni, ščitijo aktivne biomolekule pred razgradnjo in omogočajo podaljšano sproščanje zdravila. Ultrazvočna obdelava je zanesljiva, učinkovita in preprosta tehnika za izdelavo nanostrukturiranih lipidnih nosilcev z vgrajenimi učinkovinami.

Ultrazvočna priprava nanostrukturiranih lipidnih nosilcev

Nanostrukturirani lipidni nosilci (NLC) vsebujejo trdni lipid, tekoči lipid in površinsko aktivno snov v vodnem mediju, kar jim zagotavlja dobre lastnosti glede topnosti in biološke uporabnosti. NLC se pogosto uporabljajo za formulacijo stabilnih sistemov nosilcev zdravil z visoko biološko uporabnostjo in podaljšanim sproščanjem zdravila. NLC imajo širok razpon uporabe, od peroralnega do parenteralnega dajanja, vključno s topikalnim/transdermalnim, oftalmičnim (očesnim) in pljučnim dajanjem.
Ultrazvočno dispergiranje in emulgiranje sta zanesljivi in učinkoviti tehniki za pripravo nanostrukturiranih lipidnih nosilcev z vgrajenimi aktivnimi spojinami. Glavna prednost ultrazvočne priprave NLC je, da ne zahteva organskega topila, velikih količin površinsko aktivne snovi ali dodatnih spojin. Ultrazvočna formulacija NLC je razmeroma preprosta metoda, saj se taleči se lipid doda raztopini površinsko aktivne snovi in nato sonikira.

Primeri protokolov za nanostrukturirane lipidne nosilce z ultrazvočno vgrajenimi učinkovinami

NLC z deksametazonom, vgrajenim s sonikacijo
Z ultrazvočno obdelavo je bil pripravljen netoksičen sistem NLC za potencialno oftalmično uporabo, ki je imel ozko porazdelitev velikosti, visoko učinkovitost ujetja deksametazona in izboljšano penetracijo. Sistemi NLC so bili ultrazvočno pripravljeni z ultrazvočno napravo Hielscher UP200S ter s sestavinami Compritol 888 ATO, Miglyol 812N in Cremophor RH60.
Trdni lipid, tekoči lipid in površinsko aktivna snov so bili staljeni z uporabo magnetnega mešala z gretjem pri 85ºC. Nato je bil staljeni lipidni mešanici dodan deksametazon in dispergiran. Čista voda je bila segreta na 85ºC, obe fazi pa sta bili sonikirani (pri 70% amplitudi 10 min) z ultrazvočnim homogenizatorjem Hielscher UP200S . Sistem NLC je bil ohlajen v ledeni kopeli.
Ultrazvočno pripravljeni NLC imajo ozko porazdelitev velikosti, visoko učinkovitost ujetja DXM in izboljšano penetracijo.
Raziskovalci priporočajo uporabo nizke koncentracije površinsko aktivne snovi in nizke koncentracije lipidov (npr. 2,5% površinsko aktivne snovi in 10% skupnih lipidov), saj so takrat ključni parametri stabilnosti (Z_ave, ZP, PDI) in zmogljivost vgradnje zdravila (EE%) ustrezni, koncentracija emulgatorja pa lahko ostane nizka.
(prim. Kiss et al. 2019)

NLC z retinilpalmitatom, vgrajenim s sonikacijo
Retinoid je pogosto uporabljena sestavina pri dermatološkem zdravljenju gub. Retinol in retinilpalmitat sta spojini iz skupine retinoidov, ki lahko povečata debelino povrhnjice in sta učinkoviti kot sredstvi proti gubam.
Formulacija NLC je bila pripravljena z metodo ultrazvočne obdelave. Formulacija je vsebovala 7,2% cetilpalmitata, 4,8% oleinske kisline, 10% Tween 80, 10% glicerina in 2% retinilpalmitata. Za izdelavo NLC z vgrajenim retinilpalmitatom so bili izvedeni naslednji koraki: Mešanica staljenih lipidov se zmeša s površinsko aktivno snovjo, sopovršinsko aktivno snovjo, glicerinom in deionizirano vodo pri 60–70°C. Ta mešanica se meša z mešalnikom z visokim strigom pri 9800rpm 5 min. Ko nastane predemulzija, se ta takoj sonikira z ultrazvočnim homogenizatorjem s sondo 2 min. Nato so bili pridobljeni NLC hranjeni pri sobni temperaturi 24 h. Emulzija je bila shranjena pri sobni temperaturi 24 h, nato pa je bila izmerjena velikost nanodelcev. Formulacija NLC je pokazala velikosti delcev v razponu 200–300nm. Pridobljeni NLC so bledo rumenega videza, z velikostjo globul 258±15,85 nm in indeksom polidisperznosti 0,31±0,09. Spodnja slika TEM prikazuje ultrazvočno pripravljene NLC z vgrajenim retinilpalmitatom.
(prim. Pamudji et al. 2015)

NLC z Zingiber zerumbet, vgrajenim s sonikacijo
Nanostrukturirani lipidni nosilci so sestavljeni iz mešanice trdnega lipida, tekočega lipida in površinsko aktivne snovi. So odlični sistemi za dostavo zdravil za dajanje bioaktivnih snovi s slabo topnostjo v vodi in za znatno povečanje njihove biološke uporabnosti.
Za formulacijo NLC z vgrajenim Zingiber zerumbet so bili izvedeni naslednji koraki. 1% trdnega lipida, tj. glicerilmonostearata, in 4% tekočega lipida, tj. deviškega kokosovega olja, sta bila zmešana in staljena pri 50°C, da je nastala homogena, bistra lipidna faza. Nato je bil lipidni fazi dodan 1% olja Zingiber zerumbet, pri čemer je bila temperatura ves čas vzdrževana 10°C nad temperaturo tališča glicerilmonostearata. Za pripravo vodne faze so bili destilirana voda, Tween 80 in sojin lecitin zmešani v pravilnem razmerju. Vodna mešanica je bila takoj dodana lipidni mešanici, da je nastala predemulzijska mešanica. Predemulzija je bila nato homogenizirana s homogenizatorjem z visokim strigom pri 11.000 rpm 1 min. Zatem je bila predemulzija sonikirana z ultrazvočno napravo s sondo pri 50% amplitudi 20 min. Nazadnje je bila disperzija NLC ohlajena v kopeli z ledeno vodo na sobno temperaturo (25±1°C), da bi se suspenzija v hladni kopeli hitro ohladila in bi se preprečila agregacija delcev. NLC so bili shranjeni pri 4°C.
NLC z vgrajenim Zingiber zerumbet imajo nanometrsko velikost 80,47±1,33, stabilen indeks polidisperznosti 0,188±2,72 in naboj zeta potenciala -38,9±2,11. Učinkovitost enkapsulacije kaže, da lahko lipidni nosilec enkapsulira olje Zingiber zerumbet z več kot 80% učinkovitostjo.
(prim. Rosli et al. 2015)

NLC z učinkovino Valsaratan, vgrajeno s sonikacijo
Valsaratan je zaviralec receptorjev za angiotenzin II, ki se uporablja v antihipertenzivnem zdravilu. Valsartan ima zaradi slabe topnosti v vodi nizko biološko uporabnost, le približno 23%. Uporaba ultrazvočne metode emulgiranja taline je omogočila pripravo NLC z vgrajeno učinkovino Valsaratan in znatno izboljšano biološko uporabnostjo.
Preprosto povedano, oljna raztopina Val je bila zmešana z določeno količino staljenega lipidnega materiala pri temperaturi 10°C nad tališčem lipida. Vodna raztopina površinsko aktivnih snovi je bila pripravljena z raztapljanjem določenih mas Tween 80 in natrijevega deoksiholata. Raztopina površinsko aktivnih snovi je bila nato segreta na isto temperaturo in s sonikacijo s sondo 3 min. zmešana z oljno lipidno raztopino zdravila, da je nastala emulzija. Nastala emulzija je bila nato dispergirana v ohlajeni vodi z magnetnim mešanjem 10 min. Nastali NLC so bili ločeni s centrifugiranjem. Odvzeti so bili vzorci supernatanta, v katerih je bila koncentracija Val analizirana z validirano metodo HPLC.
Ultrazvočna metoda emulgiranja taline ima številne prednosti, vključno s preprostostjo, minimalnimi obremenilnimi pogoji in odsotnostjo toksičnih organskih topil. Največja dosežena učinkovitost ujetja je bila 75,04%
(prim. Albekery et al. 2017)

Tudi druge aktivne spojine, kot so paklitaksel, klotrimazol, domperidon, puerarin in meloksikam, so bile z ultrazvočnimi tehnikami uspešno vgrajene v trdne lipidne nanodelce in nanostrukturirane lipidne nosilce. (prim. Bahari in Hamishehkar 2016)

Ultrazvočna obdelava kot metoda priprave za formulacijo nanolipidnih nosilcev (NLC) se lahko uporablja kot tehnika hladne ali vroče homogenizacije. Ultrazvočna homogenizacija zagotavlja ozko porazdelitev velikosti delcev, kar izboljša stabilnost NLC in njihove lastnosti pri shranjevanju.

Ultrazvočna hladna homogenizacija

Pri uporabi tehnike hladne homogenizacije za pripravo nanostrukturiranih lipidnih nosilcev se farmakološko aktivne molekule, tj. zdravilo, raztopijo v lipidni talini in nato hitro ohladijo s tekočim dušikom ali suhim ledom. Med ohlajanjem se lipidi strdijo. Trdna lipidna masa se nato zmelje do velikosti nanodelcev. Lipidni nanodelci se dispergirajo v hladni raztopini površinsko aktivne snovi, pri čemer nastane hladna predsuspenzija. Nazadnje se ta suspenzija sonikira pri sobni temperaturi, pogosto z uporabo ultrazvočnega reaktorja s pretočno celico.
Ker se snovi segrejejo le enkrat v prvem koraku, se ultrazvočna hladna homogenizacija uporablja predvsem za formulacijo zdravil, občutljivih na toploto. Ker so številne bioaktivne molekule in farmacevtske spojine nagnjene k razgradnji zaradi toplote, je ultrazvočna hladna homogenizacija široko uporabljena. Dodatna prednost tehnike hladne homogenizacije je izogibanje vodni fazi, kar olajša enkapsulacijo hidrofilnih molekul, ki bi sicer med vročo homogenizacijo lahko prešle iz tekoče lipidne faze v vodno fazo.

Ultrazvočna vroča homogenizacija

Kadar se sonikacija uporablja kot tehnika vroče homogenizacije, se staljeni lipidi in aktivna spojina (tj. farmakološko aktivna sestavina) med intenzivnim mešanjem dispergirajo v vroči površinsko aktivni snovi, da nastane predemulzija. Za postopek vroče homogenizacije je pomembno, da sta obe raztopini, suspenzija lipida/zdravila in površinsko aktivna snov, segreti na isto temperaturo (približno 5–10°C nad tališčem trdnega lipida). V drugem koraku se predemulzija nato obdela z visokozmogljivo sonikacijo ob vzdrževanju temperature.

Visokozmogljive ultrazvočne naprave za nanostrukturirane lipidne nosilce

Zmogljivi ultrazvočni sistemi podjetja Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo v farmacevtskih raziskavah in razvoju ter proizvodnji za izdelavo visokokakovostnih nanonosilcev zdravil, kot so trdni lipidni nanodelci (SLN), nanostrukturirani lipidni nosilci (NLC), nanoemulzije in nanokapsule. Za izpolnjevanje zahtev svojih strank Hielscher dobavlja ultrazvočne naprave, od kompaktnega, a zmogljivega ročnega laboratorijskega homogenizatorja in namiznih ultrazvočnih naprav do povsem industrijskih ultrazvočnih sistemov za proizvodnjo velikih količin farmacevtskih formulacij. Na voljo je širok izbor ultrazvočnih sonotrod in reaktorjev, ki zagotavljajo optimalno konfiguracijo za vašo proizvodnjo nanostrukturiranih lipidnih nosilcev (NLC). Robustnost ultrazvočne opreme podjetja Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Da bi našim strankam omogočili izpolnjevanje zahtev dobre proizvodne prakse (GMP) in vzpostavitev standardiziranih postopkov, so vse digitalne ultrazvočne naprave opremljene z inteligentno programsko opremo za natančno nastavitev parametra sonikacije, neprekinjen nadzor procesa in samodejno beleženje vseh pomembnih procesnih parametrov na vgrajeno kartico SD. Visoka kakovost izdelka je odvisna od nadzora procesa in stalno visokih standardov obdelave. Ultrazvočne naprave Hielscher vam pomagajo spremljati in standardizirati vaš proces!

Industrijski ultrazvočni procesorji podjetja Hielscher Ultrasonics lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200µm je mogoče zlahka neprekinjeno vzdrževati pri delovanju 24/7. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost ultrazvočne opreme podjetja Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela prikazuje okvirno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: