Ultrazvočna formulacija niosomov
Niosomi so vezikli nanometrskih velikosti, ki se lahko uporabljajo kot nosilci zdravil (npr. zdravil za zdravljenje raka) in drugih bioaktivnih snovi. Ultrazvočno emulgiranje je preprosta in hitra metoda za formulacijo majhnih niosomov z visoko vsebnostjo zdravila.
Niosomski vezikli kot nanonosilci učinkovin
Niosom je vezikel na osnovi neionske površinsko aktivne snovi, ki večinoma nastane z vključitvijo neionske površinsko aktivne snovi in holesterola kot pomožne snovi. Niosomi so v primerjavi z liposomi odpornejši proti kemijski razgradnji ali oksidaciji in jih je mogoče dolgo shranjevati. Zaradi površinsko aktivnih snovi, ki se uporabljajo za pripravo niosomov, so ti biorazgradljivi, biokompatibilni in neimunogeni. Niosomi so osmotsko aktivni, kemijsko stabilni in omogočajo daljše shranjevanje v primerjavi z liposomi. Glede na velikost in lamelarnost so na voljo različne metode priprave, kot so sonikacija, izparevanje z reverzno fazo, hidratacija tankega filma ali postopek vnosa zdravila s transmembranskim gradientom pH. Ultrazvočna priprava niosomov je prednostna tehnika za izdelavo enolamelarnih veziklov, ki so majhni in enotne velikosti.
Ultrazvočna formulacija niosomov
Za formulacijo niosomov je treba iz organske raztopine površinsko aktivne snovi in holesterola ter vodne raztopine, ki vsebuje bioaktivno spojino, tj. zdravilo, pripraviti emulzijo olja v vodi (o/w). Ultrazvočno emulgiranje je vrhunska tehnika za mešanje nemešljivih tekočin, kot sta olje in voda. S strigom kapljic obeh faz in njihovim razbijanjem do nanometrske velikosti nastane nanoemulzija. Nato se organsko topilo odpari, pri čemer nastanejo niosomi, napolnjeni s terapevtskimi učinkovinami, ki so dispergirani v vodni fazi. V primerjavi z mehanskim mešanjem se tehnika ultrazvočne formulacije niosomov odlikuje po tem, da v hitrem postopku tvori niosome z manjšo povprečno velikostjo in nižjim indeksom polidisperznosti. Uporaba manjših veziklov je na splošno prednostna, saj se običajno bolje izognejo mehanizmom odstranjevanja iz telesa kot večji delci in dlje ostanejo v krvnem obtoku. (prim. Bragagni et al. 2014)
Preberite več o sonikaciji za izboljšane formulacije niosomov!
- enolamelarni, majhni, enotni vezikli
- preprost in hiter postopek
- ponovljiv
- natančno nadzorljiv
- varen
- preprosto prilagodljiv večjemu merilu
Protokoli ultrazvočne priprave niosomov
Formulacija niosomov s sonikacijo je bila obsežno raziskana, zato so na voljo številni znanstveno potrjeni protokoli za ultrazvočno izdelavo niosomov.
Spodaj je kratek pregled nekaj formulacijskih protokolov za pripravo in polnjenje niosomov s sonikacijo.
Niosomi, napolnjeni z izvlečki Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) so surovi izvleček Withania somnifera formulirali v niosome, namenjene topikalni uporabi. Bioaktivne spojine so enkapsulirali z injiciranjem topila. Pri tem so organsko in vodno fazo neprekinjeno magnetno mešali ter vzdrževali temperaturo pri 60°C ± 2°C, dokler organsko topilo ni izparelo. Nastalo formulacijo so ohladili in sonikirali na ledu s sonikatorjem Hielscher UP200ST. Niosomi so imeli povprečno velikost približno 165,9 ± 9,4 in so izkazovali visoko učinkovitost ujetja (EE%) withanolide A.
Niosomi, napolnjeni z doksorubicinom
Niosome iz N-palmitoil glukozamina (Glu), napolnjene z doksorubicinom, zdravilom za zdravljenje raka, so pripravili s stresanjem mešanice NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), holesterola (58 mg) in Solulan C24 (54 mg) v raztopini doksorubicina (1,5 mg/ml, 2 ml, pripravljeni v PBS) pri 90°C za 1 h, čemur je sledila sonikacija s sondo za 10 min (75% največje vrednosti).
Vezikle iz palmitoil glikol hitozana (GCP) so pripravili, kot je bilo opisano predhodno (11), s sonikacijo glikol hitozana (10 mg) in holesterola (4 mg) s sondo v raztopini doksorubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400W ultrazvočna naprava za formulacijo nanonosilcev, kot so niosomi
Alternativne metode priprave niosomov
Alternativne metode formulacije niosomov, kot sta tehnika izparevanja z reverzno fazo in postopek vnosa zdravila s transmembranskim gradientom pH, vključujejo uporabo ultrazvočne energije. Obe tehniki se uporabljata predvsem za formulacijo večlamelarnih veziklov (MLV). Spodaj je kratek opis obeh tehnik in pripadajočega koraka sonikacije.
Sonikacija pri pripravi niosomov z izparevanjem z reverzno fazo
Pri metodi izparevanja z reverzno fazo (REV) se sestavine niosomske formulacije raztopijo v mešanici etra in kloroforma ter dodajo vodni fazi, ki vsebuje zdravilo. Z ultrazvočnim emulgiranjem se mešanica pretvori v emulzijo z drobnimi kapljicami. Nato se organska faza odpari. Niosomi, ki nastanejo med izparevanjem organskega topila, so veliki enolamelarni vezikli.
Postopek vnosa zdravila s transmembranskim gradientom pH
Pri postopku vnosa zdravila s transmembranskim gradientom pH (s kislo notranjostjo) (z naknadnim polnjenjem) se površinsko aktivna snov in holesterol raztopita v kloroformu. Topilo se nato odpari pod vakuumom, da na steni bučke z okroglim dnom nastane tanek film. Film se hidrira s 300 mM citronsko kislino (pH 4,0) z vrtinčnim mešanjem suspenzije. Večlamelarni vezikli se trikrat zamrznejo in odtalijo ter nato sonikirajo z ultrazvočno napravo s sondo. Tej niosomski suspenziji se doda vodna raztopina, ki vsebuje 10 mg/ml zdravila, in zmes se vrtinčno premeša. pH vzorca se nato z 1M dinatrijevim fosfatom zviša na pH 7,0–7,2. Nato se mešanica segreje na 60°C za 10 minut. S to tehniko nastanejo večlamelarni vezikli. (prim. Kazi et al. 2010)
Ultrazvočno zmanjševanje velikosti niosomov
Niosomi so običajno veliki od 10nm do 1000nm. Glede na tehniko priprave so pogosto razmeroma veliki in nagnjeni k tvorjenju agregatov. Vendar so določene velikosti niosomov pomemben dejavnik pri želeni vrsti dostavnega sistema. Zelo majhni niosomi v nanometrskem območju so na primer najprimernejši za sistemsko dostavo zdravil, pri kateri mora zdravilo preiti skozi celične membrane, da doseže ciljno mesto v celici, medtem ko se večji niosomi priporočajo za intramuskularno dostavo zdravil, dostavo zdravil v telesne votline ali oftalmično uporabo. Ultrazvočno zmanjševanje velikosti niosomov je običajen korak pri pripravi zelo učinkovitih niosomov. Ultrazvočne strižne sile deaglomerirajo niosome in jih dispergirajo v monodisperzne nanoniosome.
Protokol – ultrazvočno zmanjševanje velikosti LipoNiosomes
Naderinezhad et al. (2017) so formulirali biokompatibilne LipoNiosomes (kombinacijo niosoma in liposoma), ki vsebujejo Tween 60: holesterol: DPPC (v razmerju 55 : 30 : 15 : 3) s 3% DSPE-mPEG. Da bi zmanjšali velikost pripravljenih LipoNiosomes, so po hidrataciji suspenzijo sonikirali 45 min (15 sekund vključeno in 10 sekund izključeno, amplituda 70% pri 100 vatih) z ultrazvočnim homogenizatorjem UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Nemčija), da bi čim bolj zmanjšali agregacijo delcev. Pri metodi z gradientom pH so posušene filme CUR, površinsko aktivnih snovi in lipidov hidratirali s 1300 mL amonijevega sulfata (pH 1⁄4 4) pri 63 C za 47 min. Nato so nanodelce sonikirali nad ledeno kopeljo, da so nastali majhni vezikli.
Ultrazvočne naprave za pripravo niosomov
Hielscher Ultrasonic ima dolgoletne izkušnje pri načrtovanju, izdelavi, distribuciji in servisiranju visokozmogljivih ultrazvočnih homogenizatorjev za farmacevtsko, živilsko in kozmetično industrijo.
Priprava visokokakovostnih niosomov, liposomov, trdnih lipidnih nanodelcev, polimernih nanodelcev, ciklodekstrinskih kompleksov in drugih nanostrukturiranih nosilcev zdravil vključuje postopke, pri katerih se sonikatorji Hielscher odlikujejo zaradi svoje visoke zanesljivosti, stalne izhodne moči in natančne nadzorljivosti. Ultrazvočne naprave Hielscher omogočajo natančen nadzor vseh procesnih parametrov, kot so amplituda, temperatura, tlak in energija sonikacije. Inteligentna programska oprema samodejno beleži vse parametre sonikacije (čas, datum, amplitudo, neto energijo, skupno energijo, temperaturo, tlak) na vgrajeno kartico SD.
Robustnost sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri visokih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Visokozmogljivi ultrazvočni homogenizatorji od laboratorijskega do pilotnega in industrijskega merila.
Literatura/Viri
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno poznati
Niosomi v primerjavi z liposomi
Liposomi in niosomi so mikroskopski vezikli, ki jih je mogoče napolniti z bioaktivnimi spojinami za dostavo zdravil. Niosomi so podobni liposomom, vendar se razlikujejo po sestavi dvosloja. Liposomi imajo fosfolipidni dvosloj, medtem ko je dvosloj niosomov sestavljen iz neionskih površinsko aktivnih snovi, kar povzroči kemijsko razliko v strukturnih enotah. Zaradi te strukturne razlike imajo niosomi večjo kemijsko stabilnost, boljšo sposobnost prodiranja skozi kožo in manj nečistoč.
Niosomi se glede na velikost delijo v tri glavne skupine: majhni enolamelarni vezikli (SUV) imajo povprečni premer 10–100 nm, veliki enolamelarni vezikli (LUV) imajo povprečno velikost 100–3000nm, za večlamelarne vezikle (MLV) pa je značilen več kot en dvosloj.
“Niosomi se in vivo obnašajo kot liposomi, saj podaljšujejo kroženje ujetega zdravila ter spreminjajo njegovo porazdelitev po organih in presnovno stabilnost. Tako kot pri liposomih so lastnosti niosomov odvisne od sestave dvosloja in metode njihove izdelave. Poročajo, da vključevanje holesterola med plasti dvoslojev med formulacijo zmanjša prostornino ujetja in s tem učinkovitost ujetja.” (Kazi et al. 2010)
Niosome je mogoče pripraviti z različnimi tehnikami, kot so hidratacija tankega filma, ultrazvočna obdelava, metoda izparevanja z reverzno fazo, metoda zamrzovanja in odtaljevanja, mikrofluidizacija ali metoda dehidracije in rehidracije. Z izbiro ustreznega načina priprave, površinsko aktivne snovi, vsebnosti holesterola, dodatkov za uravnavanje površinskega naboja in koncentracije suspenzije je mogoče oblikovati sestavo, lamelarnost, stabilnost in površinski naboj niosomov tako, da izpolnjujejo posebne zahteve za nosilce zdravil.
Za izdelavo zelo biokompatibilnih niosomov z zelo nizko citotoksičnostjo morajo biti površinsko aktivne snovi, ki se uporabljajo pri pripravi niosomov, biorazgradljive, biokompatibilne in neimunogene.