Ultrazvočno podprta proizvodnja niosomov za nanomedicino
Niosomi so vezikularni sistemi na osnovi neionskih površinsko aktivnih snovi, ki so vse bolj priljubljeni kot vsestranski nosilci bioaktivnih spojin in farmacevtskih sredstev. Zaradi njihove sposobnosti enkapsulacije hidrofilnih in lipofilnih molekul ter ugodne biokompatibilnosti in stabilnosti so privlačna alternativa liposomom. Ultrazvok ima osrednjo vlogo pri oblikovanju in optimizaciji niosomov, zlasti pri nadzoru velikosti mehurčkov, lamelarnosti in učinkovitosti enkapsulacije.
Niosomi - izboljšano oblikovanje in enkapsulacija s sonikacijo
Niosomi so vezikularni nanonosilci, sestavljeni predvsem iz neionskih površinsko aktivnih snovi (npr. Span®, Tween®) in holesterola, ki se ob hidrataciji sami sestavijo v dvoslojne strukture. Med običajnim hidriranjem tankega filma se na začetku oblikujejo multilamelarne vezikule, ki imajo običajno široko porazdelitev velikosti in omejeno ponovljivost. Ultrazvok se zato pogosto uporablja kot korak po oblikovanju, da se izboljšajo značilnosti veziklov.
Sonikacija povzroča visokoenergijsko akustično kavitacijo, pri čemer nastajajo lokalizirane strižne sile in mikrodelci, ki velike večlamelarne vezikle razdrobijo na manjše, bolj enotne unilamelarne ali oligolamelarne strukture. Številne študije so pokazale, da sonikacija s sondo znatno zmanjša povprečno velikost delcev na nanoobmočje (običajno 150-300 nm), hkrati pa zniža indekse polidisperznosti pod 0,3, kar kaže na izboljšano homogenost.
Poleg nadzora velikosti sonikacija poveča učinkovitost enkapsulacije (EE) z izboljšanjem porazdelitve zdravila v dvosloju ali vodnem jedru. Lipofilne spojine, kot so simvastatin, artemison in kurkumin, se prednostno porazdelijo v dvosloj površinsko aktivne snovi, medtem ko se hidrofilna zdravila, kot je ceftizoksim, lokalizirajo v vodnih oddelkih. Pokazalo se je, da se pri optimalnih časih sonikacije (običajno 4-7 minut) dosežejo vrednosti EE, ki presegajo 75-95 %, odvisno od sestave površinsko aktivne snovi in razmerja holesterola.
Pripravljeni niosomi s sonikiranjem z napravo UP400St
Niosomi: Uporaba v farmaciji in kozmetiki
Farmacevtski pomen soniciranih niosomov je dobro poznan na več terapevtskih področjih. Pri protimikrobnem zdravljenju niosomska enkapsulacija znatno poveča učinkovitost antibiotikov in naravnih protimikrobnih sredstev proti odpornim povzročiteljem bolezni. Na primer, kokapsulacija ceftizoxima in kurkumina v niosome je povzročila več kot 64-kratno zmanjšanje minimalnih inhibitornih koncentracij proti večkratno odpornim Staphylococcus aureus in Klebsiella pneumoniae, poleg tega pa je bilo sproščanje zdravila trajno 72 ur.
V onkologiji so niosomi izboljšali terapevtski indeks slabo topnih protirakavih zdravil. Niosomi, napolnjeni z artemisonom, so pokazali znatno večjo citotoksičnost za melanomske celice, hkrati pa so zmanjšali toksičnost za normalne keratinocite, kar je mogoče pripisati nadzorovanemu sproščanju in z vezikli posredovanemu celičnemu privzemu.
V kozmetičnih in dermatoloških aplikacijah so niosomi še posebej dragoceni za lokalno dostavo. Enkapsulacija izvlečkov Withania somnifera v niosome je izboljšala penetracijo v kožo, zaščitila občutljive fitokemikalije pred razgradnjo in omogočila nadzorovano sproščanje v določene plasti kože, kar podpira uporabo pri preprečevanju staranja in dermalni terapiji.
Te študije skupaj dokazujejo, da ultrazvočno optimizirani niosomi povečujejo biološko razpoložljivost, stabilnost in terapevtsko učinkovitost na farmacevtskih in kozmetičnih področjih.
Prednosti sonikatorjev tipa sonda pred ultrazvočnimi kopelmi za proizvodnjo niosomov
Čeprav sonikatorji tipa sonda in sonikatorji tipa kopel temeljijo na akustični kavitaciji, gre za bistveno različne naprave z izrazito različnimi zmogljivostmi. Ultrazvočne kopeli so namenjene predvsem čiščenju in razplinjanju, medtem ko sonikatorji tipa sonda delujejo kot visoko zmogljivi homogenizatorji in zato ponujajo odločilne prednosti za učinkovito in nadzorovano izdelavo niosomov.
Sonikatorji s sondo dovajajo akustično energijo neposredno v vzorec, kar omogoča bistveno večjo gostoto moči in učinkovitejšo kavitacijo. To omogoča hitrejše zmanjševanje velikosti veziklov, boljšo ponovljivost in boljši nadzor nad lastnostmi končnih delcev.
Eksperimentalne primerjave kažejo, da sonikacija s sondo v nekaj minutah doseže manjše velikosti veziklov in večjo učinkovitost enkapsulacije, medtem ko ultrazvočne kopeli pogosto zahtevajo daljšo izpostavljenost in še vedno dajejo širše porazdelitve velikosti. Poleg tega sistemi sonde omogočajo natančno prilagajanje amplitude, impulznih ciklov in vnosa energije, kar je ključnega pomena za skaliranje in optimizacijo procesa.
Druga ključna prednost je doslednost. Sonikatorji probetype zmanjšujejo variabilnost med serijami, kar je ključni dejavnik za farmacevtsko proizvodnjo in skladnost s predpisi. Kot je bilo dokazano v številnih študijah, v katerih so bili uporabljeni ultrazvočni procesorji Hielscher, sonikacija s sondo zanesljivo proizvaja nano-razsežne niosome z majhno polidisperzijo in visoko stabilnostjo.
Vzorčna navodila po korakih
V naslednjem splošnem protokolu so povzete najboljše prakse, o katerih so poročali v citiranih študijah:
- Priprava organske faze
Izbrane neionske površinsko aktivne snovi (npr. Span 60, Tween 60), holesterol in lipofilno zdravilo ali bioaktivno spojino raztopite v hlapnem organskem topilu, kot je kloroform ali mešanica kloroforma in metanola. - Oblikovanje tanke plasti
Topilo odstranimo pod znižanim tlakom z rotacijskim uparjalnikom pri povišani temperaturi (≈60 °C), da na steni bučke nastane enakomerno tanek lipidni film. - Hidracijo
Posušeni film hidrirajte z vodno fazo (npr. s fosfatno puferirano fiziološko raztopino), ki po potrebi vsebuje hidrofilna zdravila, pri nadzorovani temperaturi in med mešanjem, da dobite multilamelarne vezikle. - ultrazvočno razbijanje
Disperzijo za 5-7 minut izpostavite ultrazvoku s sondo (npr. 50-200 W, pulzni način), medtem ko se hladi, da se prepreči pregrevanje. Ta korak zmanjša velikost veziklov in izboljša enkapsulacijo. - Čiščenje in karakterizacija
Nekapsulirano zdravilo odstranite s centrifugiranjem ali ultrafiltracijo. Z DLS, TEM in spektroskopskimi metodami določite velikost, polidisperznost, zeta potencial in učinkovitost enkapsulacije.
Ta delovni postopek je bil uspešno uporabljen za antibiotike, protirakava sredstva in fitokemikalije, pri čemer so bili pridobljeni stabilni nano-razsežni niosomi z visoko učinkovitostjo.
Pridobite sonikator za izdelavo vrhunskih niosomov!
Ultrazvok je ključna tehnologija, ki omogoča učinkovito oblikovanje niosomov in visoko zmogljivo enkapsulacijo zdravil in bioaktivnih spojin. Hielscherjevi sonikatorji omogočajo vrhunski nadzor nad velikostjo veziklov, enakomernostjo in učinkovitostjo enkapsulacije. Dokazi iz protimikrobnih, protirakavih in lokalnih študij dostave dosledno dokazujejo, da ultrazvočno optimizirani niosomi povečujejo biološko dostopnost, terapevtsko učinkovitost in stabilnost ter hkrati zmanjšujejo toksičnost. Ker znanost o formulacijah napreduje v smeri skalabilnih in ponovljivih nanonosilnih sistemov, predstavlja ultrazvočna proizvodnja niosomov zanesljivo in industrijsko pomembno platformo za farmacevtske in kozmetične aplikacije.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000hdT |
Projektiranje, izdelava 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.
Sonikator UP200St s sonotrodo S26d7D in pretočno celico FC7GK za in-line pripravo niosomov
Literatura / Reference
- Asalipisheh, A., Ashrafi, F., Ghane, M. et al. (2025): Enhanced antibacterial activity of 3D-printed niosome-curcumin/ceftizoxime scaffolds against drug-resistant pathogens. BMC Microbiol 25, 650 (2025).
- Anupma Dwivedi, Anisha Mazumder, Lissinda du Plessis, Jan L. du Preez, Richard K. Haynes, Jeanetta du Plessis (2015): In vitro anti-cancer effects of artemisone nano-vesicular formulations on melanoma cells. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Volume 11, Issue 8, 2015. 2041-2050.
- Akbarzadeh I., Keramati M., Azadi A., Afzali E., Shahbazi R., Chiani M., Norouzian D., Bakhshandeh H. (2021): Optimization, physicochemical characterization, and antimicrobial activity of a novel simvastatin nano-niosomal gel against E. coli and S. aureus. Chem Phys Lipids. 2021 Jan;234:105019.
- 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.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kaj so niosomi?
Niosomi so nanometrski vezikularni sistemi za dostavo zdravil, sestavljeni iz neionskih površinsko aktivnih snovi in holesterola, ki se sami sestavijo v dvoslojne strukture, sposobne enkapsulirati hidrofilne spojine v vodnem jedru in lipofilne spojine v dvosloju. Uporabljajo se za izboljšanje stabilnosti, biološke dostopnosti, nadzorovanega sproščanja in ciljnega dovajanja zdravil in bioaktivnih molekul.
Kakšna je razlika med niosomi in liposomi?
Glavna razlika med niosomi in liposomi je v sestavi membrane: niosomi so sestavljeni iz neionskih površinsko aktivnih snovi, medtem ko so liposomi sestavljeni predvsem iz fosfolipidov. Zato imajo niosomi v primerjavi z liposomi na splošno večjo kemijsko stabilnost, nižje proizvodne stroške in daljši rok uporabnosti, medtem ko liposomi bolje posnemajo biološke membrane in pogosto veljajo za bolj biokompatibilne, vendar so nagnjeni k oksidativni razgradnji in višjim stroškom formulacije.
Kateri so najpogostejši nano nosilci?
Med najpogostejšimi nano-nosilci, ki se uporabljajo za dostavo zdravil in bioaktivnih spojin, so liposomi, niosomi, polimerni nanodelci, trdni lipidni nanodelci, nanostrukturirani lipidni nosilci, nanoemulzije, miceli, dendrimeri in anorganski nanodelci, pri čemer ima vsak od njih posebne prednosti glede zmogljivosti polnjenja, sproščanja, stabilnosti in možnosti usmerjanja.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.