Ultrazvočna obdelava nanodelcev za farmacevtske izdelke

Sonicatorji imajo ključno vlogo v farmacevtskih raziskavah in proizvodnji, saj zagotavljajo močna in nadzorovana sredstva za doseganje zmanjšanja velikosti delcev, motenj celic in homogenizacije. Sonicatorji uporabljajo ultrazvočne valove za ustvarjanje kavitacije, kar povzroči nastanek in propad mikroskopskih mehurčkov. Ta pojav ustvarja intenzivne strižne sile in udarne valove, ki učinkovito razgrajujejo delce ali motijo celice.

Tukaj je nekaj ključnih vidikov uporabe sondnih zvočnih zvočnikov v farmacevtskih aplikacijah:

• Zmanjšanje velikosti delcev: Sonicatorji se uporabljajo za zmanjšanje velikosti delcev aktivnih farmacevtskih sestavin (API) ali drugih spojin. Majhna in enakomerna velikost delcev je ključnega pomena za povečanje biološke uporabnosti, hitrosti raztapljanja in splošne učinkovitosti farmacevtskih formulacij.
• Motnje celic: V biofarmacevtskih raziskavah se sonde uporabljajo za motnje celic za sproščanje znotrajceličnih komponent. To je še posebej pomembno za ekstrakcijo beljakovin, encimov in drugih biomolekul iz mikrobnih celic ali kultiviranih celic sesalcev.
• Homogenizacijo: Homogenizacija farmacevtskih formulacij je bistvenega pomena za zagotovitev enakomerne porazdelitve sestavin. Sondni sonikatorji pomagajo pri doseganju homogenosti z razgradnjo aglomeratov in enakomernim razprševanjem komponent.
• Nanoemulzija in tvorba liposomov: Sonication se uporablja za ustvarjanje stabilnih nanoemulzij in liposomov v farmacevtskih formulacijah. Ti nanosistemi za dostavo se uporabljajo za dostavo zdravil za povečanje topnosti in biološke uporabnosti.
• Nadzor kakovosti in optimizacija procesov: Sonication je dragoceno orodje za nadzor kakovosti v farmacevtski proizvodnji. Pomaga pri optimizaciji procesov z zagotavljanjem dosledne porazdelitve velikosti delcev in homogenosti, kar prispeva k ponovljivosti med serijami.
• Formulacija in razvoj zdravil: Med oblikovanjem in razvojem zdravil se sonde uporabljajo za pripravo stabilnih suspenzij, emulzij ali disperzij. To je ključnega pomena za oblikovanje farmacevtskih izdelkov z želenimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi.

Nanomateriali v farmacevtskih izdelkih

Ultrazvočne tehnologije igrajo ključno vlogo pri pripravi, predelavi in funkcionalizaciji nanomaterialov v farmacevtskih raziskavah in proizvodnji. Intenzivni učinki ultrazvoka visoke moči, vključno z akustično kavitacijo, prispevajo k razbijanju aglomeratov, razprševanju delcev in emulgiranju nano-kapljic. Hielscher visoko zmogljivi sonikatorji zagotavljajo zanesljivo in učinkovito rešitev za farmacevtske standarde, ki zagotavljajo varno proizvodnjo in olajšajo povečanje brez dodatnih prizadevanj za optimizacijo.

Predelava nanomaterialov

Nanomateriali, zlasti nanodelci, so revolucionirali dostavo zdravil v farmacevtskih izdelkih in ponujajo preizkušeno metodo za dajanje aktivnih učinkovin peroralno ali z injekcijo. Ta tehnologija povečuje učinkovitost odmerjanja in dostave zdravil ter odpira nove poti za zdravljenje. Sposobnost dostave zdravil, toplote ali drugih aktivnih snovi neposredno v določene celice, zlasti obolele celice, pomeni pomemben napredek.

Pri zdravljenju raka so nano-formulirana zdravila pokazala obetavne rezultate, saj izkoriščajo prednost nano-velikih delcev za dostavo visokih odmerkov zdravil neposredno v tumorske celice, kar povečuje terapevtske učinke in hkrati zmanjšuje neželene učinke na druge organe. Velikost nanomerila omogoča, da ti delci prehajajo skozi celične stene in membrane ter sproščajo aktivne snovi natančno na ciljnih celicah.

Obdelava nanomaterialov, ki so opredeljeni kot delci z dimenzijami manj kot 100 nm, predstavlja izzive, ki zahtevajo večja prizadevanja. Ultrazvočna kavitacija se pojavlja kot dobro uveljavljena tehnologija za deaglomeracijo in razprševanje nanomaterialov. Ogljikove nanocevke (CNT), zlasti večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT) in enostenske ogljikove nanocevke (SWCNT), kažejo edinstvene lastnosti, ki ponujajo velik notranji volumen za kapsuliranje molekul zdravil in različne površine za funkcionalizacijo.
 

Sonokemična proizvodnja SWCNT. Silicijev prah v raztopini mešanice ferocena in ksilena je bil sonikiran 20 minut pri sobni temperaturi in pod tlakom okolja. Sonication proizvaja visoko čiste SWCNTS na površini silicijevega prahu. (Jeong et al. 2004)

Funkcionalizirane ogljikove nanocevke (f-CNT) igrajo ključno vlogo pri povečanju topnosti, omogočajo učinkovito ciljanje tumorjev in preprečujejo citotoksičnost. Ultrazvočne tehnike olajšajo njihovo proizvodnjo in funkcionalizacijo, kot je sonokemična metoda za visoko čiste SWCNT. Poleg tega lahko f-CNT služijo kot sistemi za dostavo cepiva, ki povezujejo antigene z ogljikovimi nanocevkami, da sprožijo specifične odzive protiteles.
Keramični nanodelci, pridobljeni iz silicijevega dioksida, titana ali aluminijevega oksida, predstavljajo porozne površine, zaradi česar so idealni nosilci zdravil. Ultrazvočna sinteza in obarjanje nanodelcev z uporabo sonokemije zagotavljata pristop od spodaj navzgor za pripravo nanovelikih spojin. Postopek izboljša prenos mase, kar ima za posledico manjše velikosti delcev in večjo enakomernost

Ultrazvočna sinteza in obarjanje nanodelcev

Ultrasonication igra ključno vlogo pri funkcionalizaciji nanodelcev. Tehnika učinkovito razbije mejne plasti okoli delcev, kar omogoča novim funkcionalnim skupinam, da dosežejo površino delcev. Na primer, ultrazvočna funkcionalizacija enostenskih ogljikovih nanocevk (SWCNT) z fragmenti PL-PEG moti nespecifični celični privzem, hkrati pa spodbuja specifični celični privzem za ciljne aplikacije.

Za pridobitev nanodelcev s posebnimi značilnostmi in funkcijami je treba spremeniti površino delcev. Različne nanosisteme, kot so polimerni nanodelci, liposomi, dendrimeri, ogljikove nanocevke, kvantne pike itd., Je mogoče uspešno funkcionalizirati za učinkovito uporabo v farmaciji.

Praktični primer ultrazvočne funkcije delcev:

Ultrazvočna funkcionalizacija SWCNT s PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) so pokazali, da ga disperzija enostenskih ogljikovih nanocevk (SWNT) z ultrazvokom s fosfolipidno-polietilenglikolom (PL-PEG) fragmentira in s tem ovira njegovo sposobnost blokiranja nespecifičnega vnosa v celice. Vendar pa nerazdrobljeni PL-PEG spodbuja specifični celični privzem ciljnih SWNT v dva ločena razreda receptorjev, ki jih izražajo rakave celice. Ultrazvočna obdelava v prisotnosti PL-PEG je običajna metoda, ki se uporablja za razpršitev ali funkcionalizacijo ogljikovih nanocevk, celovitost PEG pa je pomembna za spodbujanje specifičnega celičnega vnosa ligand-funkcionaliziranih nanocevk. Ker je fragmentacija verjetna posledica ultrazvoka, tehnike, ki se običajno uporablja za razpršitev SWNT, je to morda zaskrbljujoče za nekatere aplikacije, kot je dostava zdravil.
 

Ultrazvočna disperzija SWCNT s PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Ultrazvočna tvorba liposomov

Druga uspešna uporaba ultrazvoka je priprava liposomov in nano-liposomov. Liposomski sistemi za dostavo zdravil in genov igrajo pomembno vlogo pri različnih terapijah, pa tudi v kozmetiki in prehrani. Liposomi so dobri nosilci, saj se lahko vodotopne aktivne snovi dajo v vodno središče liposomov ali, če je sredstvo topen v maščobah, v lipidni plasti. Liposomi se lahko oblikujejo z uporabo ultrazvoka. Osnovni material za pripravo liposomov so amfilične molekule, pridobljene ali na osnovi bioloških membranskih lipidov. Za nastanek majhnih unilamelarnih veziklov (SUV) se lipidna disperzija nežno sonikira – npr. z ročnim ultrazvočnim aparatom UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter ali ultrazvočnim rogom za skodelico. Trajanje takšnega ultrazvočnega zdravljenja traja približno 5 – 15 minut. Druga metoda za proizvodnjo majhnih enlamelarnih veziklov je ultrazvočna razbijanje liposomov multilamelarnih veziklov.
(2010) poroča o pridobivanju transferosomov s ultrazvočnim razbijanjem MLV pri sobni temperaturi.
Hielscher Ultrasonics ponuja različne ultrazvočne naprave, sonotrode in dodatke, ki izpolnjujejo zahteve vseh vrst procesov.
Preberite več o ultrazvočno ekstrahiranem in inkapsuliranem izvlečku aloe vere!

Ultrazvočna enkapsulacija sredstev v liposome

Liposomi delujejo kot nosilci za aktivne snovi. Ultrazvok je učinkovito orodje za pripravo in oblikovanje liposomov za ujetje aktivnih snovi. Pred inkapsulacijo liposomi ponavadi tvorijo grozde zaradi interakcije površinskega naboja in naboja fosfolipidnih polarnih glav (Míckova et al. 2008), poleg tega pa jih je treba odpreti. Na primer, Zhu et al. (2003) opisujejo inkapsulacijo biotinskega prahu v liposomih z ultrasonication. Ko je bil biotinski prašek dodan v raztopino suspenzije veziklov, je bila raztopina sonikirana približno 1 uro. Po tem zdravljenju je bil biotin ujet v liposome.

Liposomske emulzije

Za povečanje negovalnega učinka vlažilnih ali anti-aging krem, losjonov, gelov in drugih kozmecevtičnih formulacij se liposomskim disperzijam doda emulgator za stabilizacijo večjih količin lipidov. Toda preiskave so pokazale, da je sposobnost liposomov na splošno omejena. Z dodatkom emulgatorjev se bo ta učinek pojavil prej, dodatni emulgatorji pa povzročijo oslabitev pregradne afinitete fosfatidilholina. Nanodelci – sestavljen iz fosfatidilholina in lipidov - so odgovor na ta problem. Te nanodelce tvori oljna kapljica, ki je prekrita z enoplastjo fosfatidilholina. Uporaba nanodelcev omogoča formulacije, ki lahko absorbirajo več lipidov in ostanejo stabilne, tako da dodatni emulgatorji niso potrebni.
Ultrasonication je preizkušena metoda za proizvodnjo nanoemulzij in nanodisperzij. Visoko intenziven ultrazvok zagotavlja moč, potrebno za razpršitev tekoče faze (dispergirana faza) v majhnih kapljicah v drugi fazi (neprekinjena faza). V disperzijskem območju implodirajoči kavitacijski mehurčki povzročajo intenzivne udarne valove v okoliški tekočini in povzročijo nastanek tekočih curkov visoke hitrosti tekočine. Da bi stabilizirali novonastale kapljice disperzne faze proti koalescenci, se emulziji dodajo emulgatorji (površinsko aktivne snovi, površinsko aktivne snovi) in stabilizatorji. Ker koalescenca kapljic po motnji vpliva na končno porazdelitev velikosti kapljic, se učinkovito stabilizacijski emulgatorji uporabljajo za vzdrževanje končne porazdelitve velikosti kapljic na ravni, ki je enaka porazdelitvi takoj po prekinitvi kapljic v ultrazvočnem disperzijskem območju.

liposomske disperzije

Liposomske disperzije, ki temeljijo na nenasičenih fosfatidilklorih, nimajo stabilnosti proti oksidaciji. Stabilizacijo disperzije lahko dosežemo z antioksidanti, kot je kompleks vitaminov C in E.
Ortan et al. (2002) so v svoji študiji o ultrazvočni pripravi eteričnega olja Anethum graveolens v liposomih dosegli dobre rezultate. Po ultrazvočnem razbijanju je bila dimenzija liposomov med 70-150 nm, za MLV pa med 230-475 nm; te vrednosti so bile približno konstantne tudi po 2 mesecih, vendar so umrle po 12 mesecih, zlasti pri disperziji SUV (glejte histograme spodaj). Merjenje stabilnosti, ki se nanaša na izgubo eteričnega olja in porazdelitev velikosti, je pokazalo tudi, da liposomske disperzije ohranjajo vsebnost hlapnega olja. To kaže, da je ujetje eteričnega olja v liposomih povečalo stabilnost olja.
 

Stabilnost disperzij MLV in SUV po 1 letu. Liposomske formulacije so bile shranjene pri 4±1 °C.
(Študija in grafika: ©Ortan et al., 2009):

 
Kliknite tukaj, če želite prebrati več o ultrazvočnem pripravku liposomov!

Visoko zmogljivi zvočni aparati za farmacevtske raziskave in proizvodnjo

Hielscher Ultrasonics je vaš najboljši dobavitelj visokokakovostnih, visoko zmogljivih zvočnih aparatov za raziskave in proizvodnjo farmacevtskih izdelkov. Naprave v razponu od 50 vatov do 16.000 vatov omogočajo iskanje pravega ultrazvočnega procesorja za vsak volumen in vsak proces. Ultrazvočna obdelava je s svojo visoko zmogljivostjo, zanesljivostjo, robustnostjo in enostavnim delovanjem bistvena tehnika za pripravo in predelavo nanomaterialov. Hielscher sonicatorji, opremljeni s CIP (čiščenje na mestu) in SIP (sterilizacija na mestu), zagotavljajo varno in učinkovito proizvodnjo v skladu s farmacevtskimi standardi. Vse specifične ultrazvočne procese je mogoče enostavno preizkusiti v laboratoriju ali na mizi. Rezultati teh poskusov so popolnoma ponovljivi, tako da je naslednje povečanje linearno in ga je mogoče enostavno izvesti brez dodatnih naporov v zvezi z optimizacijo procesa.

Hielscher Sonicators: Oblikovanje, proizvodnja in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Literatura/Reference