Trajtimi me ultratinguj i nanogrimcave për produkte farmaceutike

Sonikatorët me sondë luajnë një rol thelbësor në kërkimin dhe prodhimin farmaceutik, duke ofruar një mjet të fuqishëm dhe të kontrolluar për zvogëlimin e madhësisë së grimcave, shpërbërjen e qelizave dhe homogjenizimin. Sonikatorët përdorin valë ultrasonike për të gjeneruar kavitacion, i cili shkakton formimin dhe kolapsin e flluskave mikroskopike. Ky fenomen gjeneron forca prerëse intensive dhe valë goditëse, duke copëtuar në mënyrë efektive grimcat ose duke shpërbërë qelizat.

Ja disa aspekte kryesore të përdorimit të sonikatorëve me sondë në aplikimet farmaceutike:

• Zvogëlimi i madhësisë së grimcave: Sonikatorët me sondë përdoren për të zvogëluar madhësinë e grimcave të përbërësve farmaceutikë aktivë (APIs) ose të përbërjeve të tjera. Madhësia e vogël dhe e njëtrajtshme e grimcave është jetike për përmirësimin e biodisponueshmërisë, shpejtësisë së tretjes dhe efikasitetit të përgjithshëm të formulimeve farmaceutike.
• Shpërbërja e qelizave: Në kërkimin biofarmaceutik, sonikatorët me sondë përdoren për shpërbërjen e qelizave me qëllim çlirimin e përbërësve brendaqelizorë. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për nxjerrjen e proteinave, enzimave dhe biomolekulave të tjera nga qelizat mikrobike ose qelizat e kultivuara të gjitarëve.
• Homogjenizimi: Homogjenizimi i formulimeve farmaceutike është thelbësor për të siguruar shpërndarjen e njëtrajtshme të përbërësve. Sonikatorët me sondë ndihmojnë në arritjen e homogjenitetit duke shpërbërë aglomeratet dhe duke shpërndarë përbërësit në mënyrë të njëtrajtshme.
• Formimi i nanoemulsioneve dhe liposomeve: Sonikimi përdoret për të krijuar nanoemulsione dhe liposome të qëndrueshme në formulimet farmaceutike. Këto sisteme transporti në shkallë nanometrike përdoren për transportin e barnave me qëllim përmirësimin e tretshmërisë dhe biodisponueshmërisë.
• Kontrolli i cilësisë dhe optimizimi i procesit: Sonikimi është një mjet i vlefshëm për kontrollin e cilësisë në prodhimin farmaceutik. Ai ndihmon në optimizimin e proceseve duke siguruar shpërndarje të qëndrueshme të madhësisë së grimcave dhe homogjenitet, duke kontribuar në riprodhueshmërinë nga një seri prodhimi në tjetrën.
• Formulimi dhe zhvillimi i barnave: Gjatë formulimit dhe zhvillimit të barnave, sonikatorët me sondë përdoren për të përgatitur suspensione, emulsione ose dispersione të qëndrueshme. Kjo është vendimtare për projektimin e produkteve farmaceutike me vetitë e dëshiruara fizike dhe kimike.

Nanomaterialet në produktet farmaceutike

Teknologjitë ultrasonike luajnë një rol kyç në përgatitjen, përpunimin dhe funksionalizimin e nanomaterialeve në kërkimin dhe prodhimin farmaceutik. Efektet intensive të ultratingujve me fuqi të lartë, përfshirë kavitacionin akustik, kontribuojnë në shpërbërjen e aglomerateve, shpërndarjen e grimcave dhe emulsifikimin e nanopikëzave. Sonikatorët Hielscher me performancë të lartë ofrojnë një zgjidhje të besueshme dhe efikase për standardet farmaceutike, duke siguruar prodhim të sigurt dhe duke lehtësuar kalimin në shkallë më të madhe pa përpjekje shtesë për optimizim.

Përpunimi i nanomaterialeve

Nanomaterialet, veçanërisht nanogrimcat, kanë revolucionarizuar shpërndarjen e barnave në farmaceutikë, duke ofruar një metodë të provuar për administrimin e agjentëve aktivë nga goja ose me injeksion. Kjo teknologji rrit efikasitetin e dozimit dhe shpërndarjes së barnave, duke hapur rrugë të reja për trajtimet mjekësore. Aftësia për të shpërndarë barna, nxehtësi ose substanca të tjera aktive drejtpërdrejt në qeliza specifike, veçanërisht në qelizat e sëmura, shënon një përparim të rëndësishëm.

Në terapinë e kancerit, barnat e formuluara në shkallë nano kanë treguar rezultate premtuese, duke shfrytëzuar përparësinë e grimcave me përmasa nano për të shpërndarë doza të larta barnash drejtpërdrejt në qelizat tumorale, duke maksimizuar efektet terapeutike dhe njëkohësisht duke minimizuar efektet anësore në organet e tjera. Përmasat në shkallë nano u mundësojnë këtyre grimcave të kalojnë përmes mureve dhe membranave qelizore, duke çliruar agjentët aktivë pikërisht te qelizat e synuara.

Përpunimi i nanomaterialeve, të përkufizuara si grimca me përmasa më të vogla se 100nm, paraqet sfida që kërkojnë përpjekje më të mëdha. Kavitacioni tejzanor shfaqet si një teknologji e konsoliduar për deaglomerimin dhe dispergimin e nanomaterialeve. Nanotubat e karbonit (CNTs), veçanërisht nanotubat e karbonit me shumë mure (MWCNTs) dhe nanotubat e karbonit me një mur (SWCNTs), shfaqin veti unike, duke ofruar një vëllim të madh të brendshëm për kapsulimin e molekulave të barnave dhe sipërfaqe të veçanta për funksionalizim.
 

Prodhimi sonokimik i SWCNTs. Pluhuri i silicës në një tretësirë të përzierjes ferrocen–ksilen është sonikuar për 20 min. në temperaturën e dhomës dhe nën presionin e mjedisit. Sonikimi prodhon SWCNTS me pastërti të lartë në sipërfaqen e pluhurit të silicës. (Jeong et al. 2004)

Nanotubat e funksionalizuar të karbonit (f-CNTs) luajnë një rol vendimtar në rritjen e tretshmërisë, duke mundësuar shënjestrimin efikas të tumoreve dhe shmangien e citotoksicitetit. Teknikat tejzanore lehtësojnë prodhimin dhe funksionalizimin e tyre, siç është metoda sonokimike për SWCNTs me pastërti të lartë. Për më tepër, f-CNTs mund të shërbejnë si sisteme për shpërndarjen e vaksinave, duke lidhur antigjenet me nanotubat e karbonit për të nxitur përgjigje specifike të antitrupave.
Nanogrimcat qeramike të përftuara nga silici, titani ose alumini në formën e oksideve të tyre kanë sipërfaqe poroze, duke i bërë ato bartës idealë të barnave. Sinteza dhe precipitimi tejzanor i nanogrimcave, duke përdorur sonokiminë, ofrojnë një qasje nga poshtë lart për përgatitjen e përbërjeve me përmasa nano. Procesi përmirëson transferimin e masës, duke rezultuar në përmasa më të vogla të grimcave dhe uniformitet më të lartë

Sinteza dhe precipitimi tejzanor i nanogrimcave

Trajtimi me ultratinguj luan një rol jetik në funksionalizimin e nanogrimcave. Kjo teknikë shpërbën me efikasitet shtresat kufitare rreth grimcave, duke u mundësuar grupeve të reja funksionale të arrijnë sipërfaqen e grimcave. Për shembull, funksionalizimi tejzanor i nanotubave të karbonit me një mur (SWCNTs) me fragmente PL-PEG pengon përthithjen jospecifike nga qelizat, ndërkohë që nxit përthithjen specifike qelizore për aplikime të shënjestruara.

Për të përftuar nanogrimca me karakteristika dhe funksione specifike, sipërfaqja e grimcave duhet të modifikohet. Nanosisteme të ndryshme, si nanogrimcat polimerike, liposomet, dendrimeret, nanotubat e karbonit, pikat kuantike etj., mund të funksionalizohen me sukses për përdorim efikas në farmaceutikë.

Shembull praktik i funksionalizimit tejzanor të grimcave:

Funksionalizimi i SWCNT-ve me ultratinguj duke përdorur PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) demonstruan se dispergimi i nanotubave të karbonit me një mur (SWNT) me anë të trajtimit me ultratinguj në prani të fosfolipid-polietilen glikolit (PL-PEG) e fragmenton këtë të fundit, duke penguar kështu aftësinë e tij për të bllokuar përthithjen jospecifike nga qelizat. Megjithatë, PL-PEG i pafragmentuar nxit përthithjen qelizore specifike të SWNT-ve të drejtuara ndaj dy klasave të dallueshme të receptorëve të shprehur nga qelizat kancerogjene. Trajtimi me ultratinguj në prani të PL-PEG është një metodë e zakonshme që përdoret për të disperguar ose funksionalizuar nanotubat e karbonit dhe integriteti i PEG është i rëndësishëm për nxitjen e përthithjes qelizore specifike të nanotubave të funksionalizuar me ligandë. Meqenëse fragmentimi është një pasojë e mundshme e trajtimit me ultratinguj, një teknikë që përdoret zakonisht për dispergimin e SWNT-ve, kjo mund të përbëjë shqetësim për disa aplikime, siç është transportimi i barnave.
 

Dispergimi i SWCNT-ve me ultratinguj në prani të PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Formimi i liposomeve me ultratinguj

Një tjetër aplikim i suksesshëm i ultratingujve është përgatitja e liposomeve dhe nanoliposomeve. Sistemet e transportimit të barnave dhe gjeneve të bazuara në liposome luajnë një rol të rëndësishëm në shumë terapi, por edhe në kozmetikë dhe ushqyerje. Liposomet janë bartës të mirë, pasi agjentët aktivë të tretshëm në ujë mund të vendosen në bërthamën ujore të liposomeve ose, nëse agjenti është i tretshëm në yndyrë, në shtresën lipidike. Liposomet mund të formohen duke përdorur ultratinguj. Materiali bazë për përgatitjen e liposomeve përbëhet nga molekula amfifile që rrjedhin nga lipidet e membranave biologjike ose bazohen në to. Për formimin e vezikulave të vogla njëlamelare (SUV), dispersioni lipidik trajtohet butësisht me ultratinguj – p.sh. me sonikatorin e dorës UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter ose një kupë me sonotrodë ultrasonike. Një trajtim i tillë me ultratinguj zgjat afërsisht 5 – 15 minuta. Një metodë tjetër për prodhimin e vezikulave të vogla njëlamelare është trajtimi me ultratinguj i liposomeve me vezikula shumëlamelare.
Dinu-Pirvu et al. (2010) raportojnë përftimin e transferosomeve duke trajtuar MLV-të me ultratinguj në temperaturën e dhomës.
Hielscher Ultrasonics ofron pajisje të ndryshme ultrasonike, sonotroda dhe aksesorë për të përmbushur kërkesat e të gjitha llojeve të proceseve.
Lexoni më shumë rreth ekstraktit të Aloe vera të nxjerrë dhe të kapsuluar me ultratinguj!

Kapsulimi i agjentëve në liposome me ultratinguj

Liposomet shërbejnë si bartës të agjentëve aktivë. Ultratingujt janë një mjet efektiv për përgatitjen dhe formimin e liposomeve për përfshirjen e agjentëve aktivë brenda tyre. Para kapsulimit, liposomet priren të formojnë grumbullime për shkak të ndërveprimit ndërmjet ngarkesave sipërfaqësore të kokave polare të fosfolipideve (Míckova et al. 2008); për më tepër, ato duhet të hapen. Për shembull, Zhu et al. (2003) përshkruajnë kapsulimin e pluhurit të biotinës në liposome me anë të trajtimit me ultratinguj. Pas shtimit të pluhurit të biotinës në tretësirën e suspensionit të vezikulave, tretësira u trajtua me ultratinguj për afërsisht 1 orë. Pas këtij trajtimi, biotina u përfshi brenda liposomeve.

Emulsione liposomale

Për të përmirësuar efektin ushqyes të kremrave hidratues ose kundër plakjes, locioneve, xheleve dhe formulimeve të tjera kozmeceutike, dispersioneve liposomale u shtohen emulgatorë për të stabilizuar sasi më të mëdha lipidesh. Megjithatë, hulumtimet kanë treguar se kapaciteti i liposomeve është përgjithësisht i kufizuar. Me shtimin e emulgatorëve, ky efekt shfaqet më herët dhe emulgatorët shtesë shkaktojnë dobësim të afinitetit të fosfatidilkolinës ndaj barrierës. Nanogrimcat – të përbëra nga fosfatidilkolina dhe lipidet – janë zgjidhja për këtë problem. Këto nanogrimca formohen nga një pikëz vaji e mbuluar me një shtresë të vetme fosfatidilkoline. Përdorimi i nanogrimcave mundëson formulime që janë në gjendje të përthithin më shumë lipide dhe të mbeten të qëndrueshme, kështu që nuk nevojiten emulgatorë shtesë.
Trajtimi me ultratinguj është një metodë e provuar për prodhimin e nanoemulsioneve dhe nanodispersioneve. Ultratingujt me intensitet shumë të lartë sigurojnë fuqinë e nevojshme për të shpërndarë një fazë të lëngshme (fazën e shpërndarë) në pikëza të vogla brenda një faze të dytë (fazës së vazhdueshme). Në zonën e shpërndarjes, flluskat e kavitacionit që shemben shkaktojnë valë goditëse intensive në lëngun përreth dhe çojnë në formimin e rrymave të lëngut me shpejtësi të lartë. Për të stabilizuar pikëzat e sapoformuara të fazës së shpërndarë kundër bashkimit, emulsionit i shtohen emulgatorë (substanca me veprim sipërfaqësor, surfaktantë) dhe stabilizues. Meqenëse bashkimi i pikëzave pas copëtimit ndikon në shpërndarjen përfundimtare të madhësisë së pikëzave, përdoren emulgatorë me efekt stabilizues efikas për ta mbajtur shpërndarjen përfundimtare të madhësisë së pikëzave në një nivel të barabartë me shpërndarjen menjëherë pas copëtimit të pikëzave në zonën e shpërndarjes me ultratinguj.

Dispersionet liposomale

Dispersionet liposomale, të cilat bazohen në fosfatidilklorinë të pangopur, nuk kanë qëndrueshmëri të mjaftueshme ndaj oksidimit. Stabilizimi i dispersionit mund të arrihet me antioksidantë, si për shembull me një kompleks vitaminash C dhe E.
Ortan et al. (2002) arritën rezultate të mira në studimin e tyre mbi përgatitjen me ultratinguj të vajit esencial të Anethum graveolens në liposome. Pas trajtimit me ultratinguj, përmasat e liposomeve ishin midis 70–150 nm, ndërsa për MLV midis 230–475 nm; këto vlera mbetën afërsisht konstante edhe pas 2 muajsh, por u rritën pas 12 muajsh, veçanërisht në dispersionin SUV (shihni histogramet më poshtë). Matjet e qëndrueshmërisë, lidhur me humbjen e vajit esencial dhe shpërndarjen e madhësisë, treguan gjithashtu se dispersionet liposomale ruajtën përmbajtjen e vajit të avullueshëm. Kjo sugjeron se përfshirja e vajit esencial brenda liposomeve rriti qëndrueshmërinë e vajit.
 

Qëndrueshmëria e dispersioneve MLV dhe SUV pas 1 viti. Formulimet liposomale u ruajtën në 4±1 ºC.
(Studimi dhe grafiku: ©Ortan et al., 2009):

 
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth përgatitjes së liposomeve me ultratinguj!

Sonikatorë me performancë të lartë për kërkimin dhe prodhimin farmaceutik

Hielscher Ultrasonics është furnizuesi juaj kryesor i sonikatorëve me cilësi dhe performancë të lartë për kërkimin dhe prodhimin e produkteve farmaceutike. Pajisjet në intervalin nga 50 vat deri në 16 000 vat mundësojnë gjetjen e procesorit të duhur me ultratinguj për çdo vëllim dhe çdo proces. Falë performancës së lartë, besueshmërisë, qëndrueshmërisë dhe përdorimit të lehtë të këtyre pajisjeve, trajtimi me ultratinguj është një teknikë thelbësore për përgatitjen dhe përpunimin e nanomaterialeve. Të pajisur me CIP (pastrim në vend) dhe SIP (sterilizim në vend), sonikatorët Hielscher garantojnë prodhim të sigurt dhe efikas sipas standardeve farmaceutike. Të gjitha proceset specifike me ultratinguj mund të testohen lehtësisht në shkallë laboratorike ose me pajisje tavoline. Rezultatet e këtyre provave janë plotësisht të riprodhueshme, kështu që kalimi i mëpasshëm në shkallë më të madhe është linear dhe mund të kryhet lehtësisht, pa përpjekje shtesë për optimizimin e procesit.

Sonikatorët Hielscher: Projektim, prodhim dhe këshillim – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Ultrasonikatorët Hielscher njihen mirë për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa pengesa të ultrasonikatorëve tanë në impiantet industriale. Ultrasonikatorët Hielscher përballojnë lehtësisht kushte të vështira dhe mjedise kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton vëmendje të veçantë ultrasonikatorëve me performancë të lartë, të pajisur me teknologjinë më të fundit dhe të lehtë për t’u përdorur. Sigurisht, ultrasonikatorët Hielscher janë në përputhje me CE dhe përmbushin kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Tabela më poshtë ju jep një orientim mbi kapacitetin e përafërt të përpunimit të ultrasonikatorëve tanë:

Literatura/Referencat

• Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
• Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
• Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2017): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 7, 40; 2017.
• Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): Elastic vesicles as drugs carriers though the skin. In: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bucharest.
• Giricz Z., Varga Z.V., Koncsos G., Nagy C.T., Görbe A., Mentzer R.M. Jr, Gottlieb R.A., Ferdinandy P. (2017): Autophagosome formation is required for cardioprotection by chloramphenicol. Life Science Oct 2017. 11-16.
• Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): A Sonochemical Route to Single-Walled Carbon Nanotubes under Ambient Conditions. In: Journal of American Chemical Society 126/2004; pp. 15982-15983.
• Srinivasan, C. (2005) A ‘SOUND’ method for synthesis of single-walled carbon nanotubes under ambient conditions. In: Current Science, Vol.88, No.1, 2005. pp. 12-13.
• Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
• Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.

 

Ultratingulli është një teknologji novatore që përdoret me sukses për sintezën sonokimike, deaglomerimin, shpërndarjen, emulsifikimin, funksionalizimin dhe aktivizimin e grimcave. Veçanërisht në nanoteknologji, trajtimi me ultratinguj është një teknikë thelbësore për sintezën dhe përpunimin e materialeve me përmasa nanometrike. Meqë nanoteknologjia ka ngjallur këtë interes të jashtëzakonshëm shkencor, grimcat me përmasa nanometrike përdoren në jashtëzakonisht shumë fusha shkencore dhe industriale. Edhe industria farmaceutike ka zbuluar potencialin e lartë të këtij materiali fleksibël dhe të ndryshueshëm. Për rrjedhojë, nanogrimcat përfshihen në zbatime të ndryshme funksionale në industrinë farmaceutike, ku përfshihen:

• transporti i barnave (bartës)
• produkte diagnostikuese
• ambalazhimi i produkteve
• zbulimi i biomarkerëve