Ултразвучна формулација ниозома

Ниозоми су везикуле нанометарских димензија које се могу користити као носачи лекова (нпр. лекова против рака) и других биоактивних супстанци. Ултразвучно емулговање је једноставна и брза метода за формулацију малих ниозома са високим садржајем лека.

Ниозомске везикуле као наноносачи активних састојака

Ниозом је везикула на бази нејонског сурфактанта, која се углавном формира од нејонског сурфактанта уз уградњу холестерола као ексципијенса. Ниозоми су отпорнији на хемијску разградњу или оксидацију и имају дуго време складиштења у поређењу са липозомима. Захваљујући сурфактантима који се користе за њихову припрему, ниозоми су биоразградиви, биокомпатибилни и неимуногени. Ниозоми су осмотски активни, хемијски стабилни и омогућавају дуже време складиштења у поређењу са липозомима. У зависности од величине и броја ламела, доступне су различите методе припреме, као што су соникација, испаравање реверзне фазе, хидратација танког филма или поступак уноса лека помоћу трансмембранског pH градијента. Ултразвучна припрема ниозома је пожељна техника за производњу униламеларних везикула које су мале и уједначене величине.

Ултразвучна формулација ниозома

За формулацију ниозома мора се припремити емулзија уља у води (o/w) од органског раствора сурфактанта и холестерола и воденог раствора који садржи биоактивно једињење, тј. лек. Ултразвучно емулговање је супериорна техника за мешање течности које се међусобно не мешају, као што су уље и вода. Деловањем смицања на капљице обе фазе и њиховим уситњавањем до нанометарских димензија добија се наноемулзија. Затим се органски растварач уклања испаравањем, чиме се добијају ниозоми са инкапсулираним терапијским агенсима, дисперговани у воденој фази. У поређењу са механичким мешањем, техника ултразвучне формулације ниозома истиче се тиме што у брзом поступку формира ниозоме мањих просечних димензија и нижег индекса полидисперзности. Употреба мањих везикула је углавном пожељнија, с обзиром на то да оне имају тенденцију да боље избегавају механизме уклањања из организма него веће честице и да дуже остају у крвотоку. (уп. Bragagni et al. 2014)
Прочитајте више о соникацији за побољшане формулације ниозома!

Протоколи за ултразвучну припрему ниозома

Формулација ниозома применом соникације опсежно је истраживана, тако да су доступни бројни научно потврђени протоколи за ултразвучну производњу ниозома.
У наставку можете пронаћи кратак преглед неколико протокола формулације за припрему ниозома и инкапсулацију супстанци у њих применом соникације.

Ниозоми са инкапсулираним екстрактима Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) формулисали су сирови екстракт Withania somnifera у ниозоме намењене топикалној примени. Биоактивна једињења су инкапсулирана убризгавањем растварача. У ту сврху су органска и водена фаза непрекидно мешане магнетном мешалицом, а температура је одржавана на 60°C ± 2°C док органски растварач није уклоњен. Добијена формулација је охлађена и соникована на леду помоћу соникатора Hielscher UP200ST. Просечна величина ниозома износила је приближно 165,9 ± 9,4, а ефикасност инкапсулације (EE%) витанолида A била је висока.

Ниозоми са инкапсулираним доксорубицином
Ниозоми N-палмитоил глукозамина (Glu) са инкапсулираним доксорубицином, леком против рака, припремљени су мућкањем смеше NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), холестерола (58 mg) и Solulan C24 (54 mg) у раствору доксорубицина (1,5 mg/ml, 2 ml, припремљеном у PBS) на 90°C током 1 h, након чега је уследила соникација сондом током 10 min (75% максимума).
Везикуле палмитоил гликол хитозана (GCP) припремљене су као што је претходно описано (11), соникацијом гликол хитозана (10 mg) и холестерола (4 mg) сондом у раствору доксорубицина (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Алтернативне методе припреме ниозома

Алтернативне методе формулисања ниозома, као што су техника испаравања реверзне фазе или процес уноса лека помоћу трансмембранског pH градијента, укључују примену ултразвучне енергије. Обе технике се углавном користе за формулисање мултиламеларних везикула (MLVs). У наставку можете пронаћи кратак опис обе технике и одговарајућег корака соникације.

Соникација при припреми ниозома испаравањем реверзне фазе

У методи испаравања реверзне фазе (REV), компоненте ниозомске формулације растварају се у смеши етра и хлороформа и додају воденој фази која садржи лек. Ултразвучна емулзификација користи се за претварање смеше у емулзију са ситним капљицама. Затим се органска фаза испарава. Ниозоми добијени током испаравања органског растварача представљају униламеларне везикуле великих димензија.

Процес уноса лека помоћу трансмембранског pH градијента

За процес уноса лека помоћу трансмембранског pH градијента (са киселом унутрашњошћу), уз даљинско пуњење, сурфактант и холестерол растварају се у хлороформу. Растварач се затим испарава под вакуумом како би се добио танак филм на зиду балона са округлим дном. Филм се хидратише лимунском киселином концентрације 300 mM (pH 4,0) уз вортексирање суспензије. Мултиламеларне везикуле се три пута замрзавају и одмрзавају, а затим соницирају ултразвучним уређајем са сондом. Овој ниозомској суспензији додаје се водени раствор који садржи 10 mg/ml лека, након чега се смеша вортексира. pH узорка се затим повећава на pH 7,0–7,2 помоћу 1M динатријум-фосфата. Смеша се потом загрева на 60°C током 10 минута. Овом техником добијају се мултиламеларне везикуле. (уп. Kazi et al. 2010)

Ултразвучно смањење величине ниозома

Ниозоми су обично величине од 10nm до 1000nm. У зависности од технике припреме, ниозоми су често релативно велики и имају тенденцију да формирају агрегате. Међутим, одређене величине ниозома представљају важан фактор за предвиђени тип система за испоруку. На пример, веома мала величина ниозома у нанометарском опсегу најпогоднија је за системску испоруку лека, при којој лек мора да се пренесе кроз ћелијске мембране како би доспео до циљног места у ћелији, док се већи ниозоми препоручују за интрамускуларну и интракавитарну испоруку лека или офталмолошку примену. Ултразвучно смањење величине ниозома уобичајен је корак у припреми ниозома високе потентности. Ултразвучне силе смицања деагломеришу и диспергују ниозоме у монодисперзне нанониозоме.

Протокол – Ултразвучно смањење величине LipoNiosomes

Naderinezhad et al. (2017) формулисали су биокомпатибилне LipoNiosomes (комбинацију ниозома и липозома) који садрже Tween 60: холестерол: DPPC (у односу 55 : 30 : 15 : 3) са 3% DSPE-mPEG. Да би смањили величину припремљених LipoNiosomes, након хидратације соницирали су суспензију током 45 min (15 секунди укључено и 10 секунди искључено, амплитуда 70% при 100 вати), користећи ултразвучни хомогенизатор UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Немачка), како би свели агрегацију честица на најмању могућу меру. За методу pH градијента, осушени филмови CUR, сурфактаната и липида хидратисани су са 1300 mL амонијум-сулфата (pH 1⁄4 4) на 63 C током 47 min. Затим су наночестице сонициране изнад леденог купатила како би се добиле мале везикуле.

Ултразвучни уређаји за припрему ниозома

Hielscher Ultrasonic има дугогодишње искуство у пројектовању, производњи, дистрибуцији и сервисирању ултразвучних хомогенизатора високих перформанси за фармацеутску, прехрамбену и козметичку индустрију.
Припрема висококвалитетних ниозома, липозома, чврстих липидних наночестица, полимерних наночестица, циклодекстринских комплекса и других наноструктурираних носача лекова представља процесе у којима се Hielscher соникатори истичу захваљујући високој поузданости, постојаној излазној снази и могућности прецизног управљања. Hielscher ултразвучни уређаји омогућавају прецизну контролу свих процесних параметара, као што су амплитуда, температура, притисак и енергија соникације. Интелигентни софтвер аутоматски бележи све параметре соникације (време, датум, амплитуду, нето енергију, укупну енергију, температуру, притисак) на уграђену SD картицу.
Робусност Hielscher соникатора омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Табела у наставку даје оријентациони приказ приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: