Ултразвучно формулисање наноструктурираних липидних носача лекова

Наноструктурирани липидни носачи (NLC) су напредан облик система за испоруку лекова нанометарских димензија, са липидним језгром и омотачем растворљивим у води. NLC имају високу стабилност, штите активне биомолекуле од разградње и омогућавају продужено ослобађање лека. Ултразвучна обрада је поуздана, ефикасна и једноставна техника за производњу наноструктурираних липидних носача са уграђеним активним супстанцама.

Ултразвучна припрема наноструктурираних липидних носача

Наноструктурирани липидни носачи (NLC) садрже чврсти липид, течни липид и сурфактант у воденој средини, што им даје добра својства растворљивости и биорасположивости. NLC се широко користе за формулисање стабилних система носача лекова са високом биорасположивошћу и продуженим ослобађањем лека. NLC имају широк спектар примена, од оралне до парентералне примене, укључујући топикалну/трансдермалну, офталмолошку (очну) и пулмоналну примену.
Ултразвучно дисперговање и емулговање представљају поуздану и ефикасну технику за припрему наноструктурираних липидних носача са уграђеним активним једињењима. Главна предност ултразвучне припреме NLC је то што не захтева органски растварач, велике количине сурфактанта или додатна једињења. Ултразвучно формулисање NLC је релативно једноставна метода, јер се растопљени липид додаје раствору сурфактанта, а затим обрађује ултразвуком.

Примери протокола за наноструктуриране липидне носаче са активним супстанцама уграђеним ултразвуком

NLC са дексаметазоном уграђеним соникацијом
Нетоксични NLC систем за потенцијалну офталмолошку примену припремљен је ултразвучном обрадом, чиме су постигнути уска расподела величина, висока ефикасност инкапсулације дексаметазона и побољшано продирање. NLC системи су припремљени ултразвучно помоћу уређаја Hielscher UP200S за ултразвучну обраду, уз Compritol 888 ATO, Miglyol 812N и Cremophor RH60 као компоненте.
Чврсти липид, течни липид и сурфактант растопљени су помоћу магнетне мешалице са грејањем на 85ºC. Затим је дексаметазон додат растопљеној липидној смеши и диспергован. Чиста вода је загрејана на 85ºC, а две фазе су обрађене ултразвуком (при амплитуди од 70% током 10 min) помоћу уређаја Hielscher UP200S за ултразвучну хомогенизацију. NLC систем је охлађен у леденом купатилу.
Ултразвучно припремљени NLC показују уску расподелу величина, високу ефикасност инкапсулације DXM и побољшано продирање.
Истраживачи препоручују употребу ниске концентрације сурфактанта и ниске концентрације липида (нпр. 2,5% сурфактанта и 10% укупних липида), јер су тада критични параметри стабилности (Z_ave, ZP, PDI) и капацитет уградње лека (EE%) одговарајући, док концентрација емулгатора може остати на ниском нивоу.
(уп. Kiss et al. 2019)

NLC са ретинил-палмитатом уграђеним соникацијом
Ретиноид је састојак који се широко користи у дерматолошким третманима бора. Ретинол и ретинил-палмитат су два једињења из групе ретиноида која могу да повећају дебљину епидермиса и делују као ефикасна средства против бора.
Формулација NLC припремљена је методом ултразвучне обраде. Формулација је садржала 7,2% цетил-палмитата, 4,8% олеинске киселине, 10% Tween 80, 10% глицерина и 2% ретинил-палмитата. За производњу NLC са уграђеним ретинил-палмитатом спроведени су следећи кораци: Смеша растопљених липида меша се са сурфактантом, косурфактантом, глицерином и дејонизованом водом на 60–70°C. Ова смеша се меша мешалицом са високим смицањем при 9800rpm током 5 min. Након формирања предемулзије, она се одмах обрађује ултразвучним хомогенизатором са сондом током 2 min. Затим је добијени NLC држан на собној температури током 24 h. Емулзија је чувана на собној температури током 24 h, након чега је измерена величина наночестица. Формулација NLC показала је величине честица у опсегу 200–300nm. Добијени NLC има бледожут изглед, величину глобула од 258±15,85 nm и индекс полидисперзности од 0,31±0,09. TEM снимак испод приказује ултразвучно припремљене NLC са уграђеним ретинил-палмитатом.
(уп. Pamudji et al. 2015)

NLC са Zingiber zerumbet добијени соникацијом
Наноструктурирани липидни носачи састоје се од мешавине чврстог липида, течног липида и површински активне материје. Они су одлични системи за испоруку лекова који омогућавају примену биоактивних супстанци слабо растворљивих у води и значајно повећање њихове биорасположивости.
За формулисање NLC са Zingiber zerumbet спроведени су следећи кораци. Помешани су 1% чврстог липида, тј. глицерил-моностеарата, и 4% течног липида, тј. девичанског кокосовог уља, и истопљени на 50°C како би се добила хомогена, бистра липидна фаза. Потом је липидној фази додато 1% уља Zingiber zerumbet, при чему је температура непрекидно одржавана 10°C изнад температуре топљења глицерил-моностеарата. За припрему водене фазе помешани су дестилована вода, Tween 80 и сојин лецитин у одговарајућем односу. Водена смеша је одмах додата липидној смеши да би се формирала предемулзија. Предемулзија је затим хомогенизована хомогенизатором са високим смицањем при 11.000 rpm током 1 min. Потом је предемулзија соникована ултразвучним уређајем са сондом при амплитуди од 50% током 20 min. На крају је дисперзија NLC охлађена у купатилу са леденом водом до собне температуре (25±1°C), како би се суспензија нагло охладила у хладном купатилу ради спречавања агрегације честица. NLC су чувани на 4°C.
NLC са Zingiber zerumbet имају нанометарску величину од 80,47±1,33, стабилан индекс полидисперзности од 0,188±2,72 и наелектрисање изражено зета потенцијалом од -38,9±2,11. Ефикасност инкапсулације показује способност липидног носача да инкапсулира уље Zingiber zerumbet са ефикасношћу већом од 80%.
(уп. Rosli et al. 2015)

NLC са валсаратаном добијени соникацијом
Валсаратан је блокатор рецептора ангиотензина II који се користи у антихипертензивном леку. Валсартан има ниску биорасположивост од свега приближно 23% због слабе растворљивости у води. Примена методе ултразвучног емулговања растопа омогућила је припрему NLC са валсаратаном са значајно побољшаном биорасположивошћу.
Поступак је једноставан: уљани раствор Val помешан је са одређеном количином растопљеног липидног материјала на температури 10°C изнад тачке топљења липида. Водени раствор површински активних материја припремљен је растварањем одређених маса Tween 80 и натријум-деоксихолата. Раствор површински активних материја затим је загрејан до исте температуре и помешан са уљаним липидним раствором лека соникацијом помоћу сонде током 3 min да би се формирала емулзија. Затим је настала емулзија диспергована у охлађеној води мешањем на магнетној мешалици током 10 min. Настали NLC издвојени су центрифугирањем. Узети су узорци супернатанта и анализирана је концентрација Val применом валидиране HPLC методе.
Метода ултразвучног емулговања растопа има низ предности, укључујући једноставност уз минималне стресне услове и одсуство токсичних органских растварача. Највећа постигнута ефикасност уклапања износила је 75,04%
(уп. Albekery et al. 2017)

Друга активна једињења, као што су паклитаксел, клотримазол, домперидон, пуерарин и мелоксикам, такође су успешно уграђена у чврсте липидне наночестице и наноструктуриране липидне носаче применом ултразвучних техника. (уп. Bahari and Hamishehkar 2016)

Ултразвучна обрада као метода припреме за формулисање нанолипидних носача (NLC) може се користити као техника хладне или топле хомогенизације. Ултразвучна хомогенизација даје уску расподелу величине честица, што побољшава стабилност NLC и њихова својства при складиштењу.

Ултразвучна хладна хомогенизација

Када се техника хладне хомогенизације користи за припрему наноструктурираних липидних носача, фармаколошки активни молекули, тј. лек, растварају се у растопу липида, а затим брзо хладе течним азотом или сувим ледом. Током хлађења липиди очвршћавају. Чврста липидна маса се затим меље до величине наночестица. Липидне наночестице се диспергују у хладном раствору сурфактанта, чиме се добија хладна предсуспензија. На крају се ова суспензија обрађује ултразвуком на собној температури, често уз употребу ултразвучног реактора са проточном ћелијом.
Пошто се супстанце загревају само једном, у првом кораку, ултразвучна хладна хомогенизација се углавном користи за формулисање лекова осетљивих на топлоту. Како су многи биоактивни молекули и фармацеутска једињења подложни термичкој разградњи, ултразвучна хладна хомогенизација има широку примену. Додатна предност технике хладне хомогенизације је избегавање водене фазе, што олакшава инкапсулацију хидрофилних молекула, који би иначе током топле хомогенизације могли да пређу из течне липидне фазе у водену фазу.

Ултразвучна топла хомогенизација

Када се ултразвучна обрада користи као техника топле хомогенизације, растопљени липиди и активно једињење (тј. фармаколошки активни састојак) диспергују се у врућем сурфактанту уз интензивно мешање како би се добила предемулзија. За процес топле хомогенизације важно је да оба раствора, суспензија липида/лека и сурфактант, буду загрејана на исту температуру (приближно 5–10°C изнад тачке топљења чврстог липида). У другом кораку предемулзија се затим подвргава ултразвучној обради високих перформанси уз одржавање температуре.

Ултразвучни уређаји високих перформанси за наноструктуриране липидне носаче

Снажни ултразвучни системи компаније Hielscher Ultrasonics користе се широм света у фармацеутском истраживању и развоју и производњи за добијање висококвалитетних наноносача лекова као што су чврсте липидне наночестице (SLNs), наноструктурирани липидни носачи (NLCs), наноемулзије и нанокапсуле. Да би задовољио захтеве својих купаца, Hielscher испоручује ултразвучне уређаје у распону од компактног, али снажног ручног лабораторијског хомогенизатора и стоних ултразвучних уређаја до потпуно индустријских ултразвучних система за производњу великих количина фармацеутских формулација. Доступан је широк избор ултразвучних сонотрода и реактора како би се обезбедила оптимална конфигурација за вашу производњу наноструктурираних липидних носача (NLCs). Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Да бисмо нашим купцима омогућили да испуне захтеве добре произвођачке праксе (GMP) и успоставе стандардизоване процесе, сви дигитални ултразвучни уређаји опремљени су интелигентним софтвером за прецизно подешавање параметра ултразвучне обраде, непрекидну контролу процеса и аутоматско бележење свих важних процесних параметара на уграђену SD картицу. Висок квалитет производа зависи од контроле процеса и стално високих стандарда обраде. Ултразвучни уређаји Hielscher помажу вам да пратите и стандардизујете свој процес!

Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно при раду 24/7. За још веће амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Табела испод даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: