Ultraljud formulering av nanostrukturerade lipid läkemedelsbärare

Nanostrukturerade lipidbärare (NLC) är en avancerad form av läkemedelsleveranssystem i nanostorlek med en lipidkärna och ett vattenlösligt skal. NLC:er har en hög stabilitet, skyddar de aktiva biomolekylerna mot nedbrytning och erbjuder fördröjd läkemedelsfrisättning. Ultraljud är en pålitlig, effektiv och enkel teknik för att producera laddade nanostrukturerade lipidbärare.

Ultraljud beredning av nanostrukturerade lipidbärare

Nanostrukturella lipidbärare (NLC) innehåller fast lipid, flytande lipid och ytaktivt ämne i ett vattenhaltigt medium, vilket ger dem goda löslighets- och biotillgänglighetsegenskaper. NLC:er används i stor utsträckning för att formulera stabila läkemedelsbärarsystem med hög biotillgänglighet och fördröjd läkemedelsfrisättning. NLC har ett brett användningsområde som sträcker sig från oral till parenteral administrering, inklusive topisk/transdermal, oftalmisk (okulär) och pulmonell administrering.
Ultraljudsdispersion och emulgering är en pålitlig och effektiv teknik för att framställa nanostrukturerade lipidbärare laddade med aktiva föreningar. Ultraljudet NLC-preparatet har den stora fördelen att det inte kräver ett organiskt lösningsmedel, stora mängder ytaktivt ämne eller tillsatsföreningar. Ultraljud NLC formulering är en relativt enkel metod eftersom den smältande lipiden tillsätts till lösningen av ytaktivt ämne och sedan sonikeras.

Exemplariska protokoll för ultraljudsbelastade lipidbärare med nanostruktur

Dexametason-laddade NLC via ultraljudsbehandling
Ett icke-toxiskt potentiellt oftalmiskt NLC-system bereddes under ultraljud, vilket resulterade i en smal storleksfördelning, hög Dexametason infångning effekt, och förbättrad penetration. NLC-system framställdes ultraljudsmässigt med hjälp av en Hielscher UP200S ultrasonicator och Compritol 888 ATO, Miglyol 812N och Cremophor RH60 som komponenter.
Den fasta lipiden, den flytande lipiden och det ytaktiva ämnet smältes med hjälp av en värmande magnetomrörare vid 85ºC. Därefter tillsattes dexametason till den smälta lipidblandningen och dispergerades. Det rena vattnet värmdes upp till 85ºC och de två faserna sonikerades (vid 70% amplitud i 10 min) med Hielscher UP200S homogenisator med ultraljud. NLC-systemet kyldes i ett isbad.
De ultraljudspreparerade NLC:erna uppvisar en smal storleksfördelning, hög DXM-instängningseffektivitet och förbättrad penetration.
Forskarna rekommenderar användning av en låg koncentration av ytaktiva ämnen och låg lipidkoncentration (t.ex. 2,5 % för ytaktivt ämne och 10 % för total lipid) eftersom de kritiska stabilitetsparametrarna (Z_Ave, ZP, PDI) och läkemedelsladdningskapacitet (EE%) är lämpliga medan koncentrationen av emulgeringsmedel kan förbli på låga nivåer.
(jfr Kiss et al. 2019)

Retinyl Palmitate-laddade NLC via ultraljudsbehandling
Retinoid är en allmänt använd ingrediens i dermatologiska behandlingar av rynkor. Retinol och retinylpalmitat är två föreningar från retinoidgruppen som har en förmåga att inducera tjockleken på epidermis och effektiva som antirynkmedel.
NLC-formuleringen framställdes med hjälp av ultraljudsmetod. Formuleringen innehöll 7,2 % cetylpalmitat, 4,8 % oljesyra, 10 % Tween 80, 10 % glycerin och 2 % retinylpalmitat. Följande steg vidtogs för att producera retinylpalmitatladdade NLC: Blandningen av smälta lipider blandas med det ytaktiva ämnet, samsurfaktanten, glycerin och avjoniserat vatten vid 60-70 °C. Denna blandning rörs om med en mixer med hög skjuvning vid 9800 rpm i 5 min. Efter att föremulsionen har bildats, är denna föremulsion omedelbart sonikerad med hjälp av en sond-typ ultraljud homogenisator i 2 min. Därefter förvarades den erhållna NLC i rumstemperatur i 24 timmar. Emulsionen förvarades i rumstemperatur i 24 timmar och nanopartikelstorleken mättes. NLC-formeln visade partikelstorlekar i intervallet 200-300 nm. den erhållna NLC har ett blekgult utseende, en klotstorlek på 258±15,85 nm och ett polydispersitetsindex på 0,31±0,09. TEM-bilden nedan visar de ultraljudsmässigt preparerade retinylpalmitatladdade NLC:erna.
(jfr Pamudji et al. 2015)

Zingiber zerumbet-laddade NLC via Sonication
Nanostrukturerade lipidbärare består av en blandning av fast lipid, flytande lipid och ytaktivt ämne. De är utmärkta system för läkemedelstillförsel för att administrera bioaktiva ämnen med dålig vattenlöslighet och för att öka deras biotillgänglighet avsevärt.
Följande steg genomfördes för att formulera Zingiber zerumbet-laddade NLC:er. 1% fast lipid, dvs. glycerylmonostearat och 4 % flytande lipid, dvs. jungfrulig kokosolja, blandades och smältes vid 50 °C för att få en homogen, klar lipidfas. Därefter tillsattes 1 % Zingiber zerumbetolja till lipidfasen, medan temperaturen kontinuerligt hölls 10 °C över smälttemperaturen för glycerylmonostearat. För beredning av vattenfasen blandades destillerat vatten, Tween 80 och sojalecitin i rätt förhållande. Den vattenhaltiga blandningen tillsattes omedelbart till lipidblandningen för att bilda en föremulsionsblandning. Föremulsionen homogeniserades sedan med hjälp av homogenisator med hög skjuvning vid 11 000 rpm i 1 minut. Efteråt sonikerades föremulsionen med hjälp av en ultraljudsapparat av sondtyp vid 50% amplituder i 20 minuter, Slutligen kyldes NLC-dispersionen i isvattenbad till rumstemperatur (25±1 °C) för att släcka suspensionen i kallbadet för att förhindra partikelaggregering. NLC:erna förvarades vid 4 °C.
De Zingiber zerumbet-laddade NLC:erna uppvisar en nanometerstorlek på 80,47±1,33, ett stabilt polydispersitetsindex på 0,188±2,72 och en zetapotentialladdning på -38,9±2,11. Inkapslingseffektiviteten visar lipidbärarens förmåga att kapsla in Zingiber zerumbetolja med mer än 80% effektivitet.
(jfr Rosli et al. 2015)

Valsaratan-laddade NLC:er via ultraljudsbehandling
Valsaratan är en angiotensin II-receptorblockerare som används i blodtryckssänkande läkemedel. Valsartan har en låg biotillgänglighet på ca 23 % endast på grund av dess dåliga vattenlöslighet. Genom att använda ultraljudssmältningsemulgeringsmetoden möjliggjordes framställning av Valsaratan-laddade NLC:er med en avsevärt förbättrad biotillgänglighet.
En oljig lösning av Val blandades helt enkelt med en viss mängd av ett smält lipidmaterial vid en temperatur på 10 °C över lipidsmältpunkten. En vattenlösning av ett ytaktivt ämne framställdes genom att lösa upp vissa vikter av Tween 80 och natriumdeoxikolat. Den ytaktiva lösningen värmdes upp ytterligare till samma temperaturgrad och blandades med den oljiga lipidläkemedelslösningen genom sond-ultraljudsbehandling i 3 minuter för att bilda en emulsion. Därefter dispergerades den bildade emulsionen i kylt vatten genom magnetisk omrörning i 10 minuter. Den bildade NLC separerades genom centrifugering. Prover från supernatanten togs och analyserades med avseende på koncentrationen av Val med hjälp av en validerad HPLC-metod.
Ultraljudssmältningsemulgeringsmetoden har ett antal fördelar, inklusive enkelhet med minimalt stressande tillstånd och berövad giftiga organiska lösningsmedel. Maximal instängningseffektivitet som uppnåddes var 75,04 %
(jfr Albekery et al. 2017)

Andra aktiva föreningar som paklitaxel, klotrimazol, domperidon, puerarin och meloxikam inkorporerades också framgångsrikt i fasta lipidnanopartiklar och nanostrukturerade lipidbärare med hjälp av ultraljudstekniker. (jfr Bahari och Hamishehkar 2016)

Ultraljud som beredningsmetod för formulering av nano lipidbärare (NLC) kan användas som kall eller varm homogeniseringsteknik. Ultraljudshomogenisering resulterar i en smal partikelstorleksfördelning, vilket förbättrar NLC:ernas stabilitet och lagringsegenskaper.

Ultraljud kall homogenisering

När den kalla homogeniseringstekniken används för att framställa nanostrukturerade lipidbärare löses de farmakologiskt aktiva molekylerna, dvs. läkemedlet, upp i lipidsmältan och kyls sedan snabbt med hjälp av flytande kväve eller torris. Under kylningen stelnar lipiderna. Den fasta lipidmassan är sedan mald nanopartikelstorlek. Lipidnanopartiklarna dispergeras i en kall ytaktiv lösning, vilket ger en kall försuspension. Slutligen är denna suspension sonikerad, ofta med hjälp av en ultraljudsflödescellreaktor, vid rumstemperatur.
Eftersom ämnena bara värms upp en gång i det första steget används ultraljudskallhomogenisering främst för att formulera värmekänsliga läkemedel. Eftersom många bioaktiva molekyler och farmaceutiska föreningar är benägna att värmebrytas, är ultraljud kall homogenisering en allmänt använd applikation. En ytterligare fördel med kallhomogeniseringstekniken är att man undviker en vattenfas, vilket gör det lättare att kapsla in hydrofila molekyler, som annars skulle kunna dela upp sig från den flytande lipidfasen till vattenfasen under varm homogenisering.

Ultraljud varm homogenisering

När ultraljudsbehandling används som het homogeniseringsteknik, de smälta lipiderna och den aktiva föreningen (dvs. farmakologiskt aktiv ingrediens) dispergeras i ett hett ytaktivt ämne under intensiv omrörning för att erhålla en pre-emulsion. För den heta homogeniseringsprocessen är det viktigt att båda lösningarna, lipid-/läkemedelssuspensionen och det ytaktiva ämnet har värmts upp till samma temperatur (ca 5–10 °C över smältpunkten för den fasta lipiden). I det andra steget behandlas föremulsionen sedan med högpresterande ultraljudsbehandling samtidigt som temperaturen bibehålls.

Högpresterande ultraljudsapparater för nanostrukturerade lipidbärare

Hielscher Ultrasonics kraftfulla ultraljudssystem används över hela världen i farmaceutiska R&D och produktion för att producera högkvalitativa nanoläkemedelsbärare såsom fasta lipidnanopartiklar (SLN), nanostrukturerade lipidbärare (NLC), nanoemulsioner och nanokapslar. För att möta sina kunders krav levererar Hielscher ultraljudsapparater från den kompakta, men ändå kraftfulla handhållna laboratoriehomogenisatorn och bänkmonterade ultraljudsapparater till helt industriella ultraljudssystem för produktion av stora volymer av farmaceutiska formuleringar. Ett brett utbud av ultraljud sonotroder och reaktorer finns tillgängliga för att säkerställa en optimal inställning för din produktion av nanostrukturerade lipidbärare (NLC). Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
För att göra det möjligt för våra kunder att uppfylla god tillverkningspraxis (GMP) och att etablera standardiserade processer, är alla digitala ultraljudsapparater utrustade med intelligent programvara för exakt inställning av ultraljudsbehandling parameter, kontinuerlig processkontroll och automatisk registrering av alla viktiga processparametrar på ett inbyggt SD-kort. Hög produktkvalitet är beroende av processtyrning och kontinuerligt höga bearbetningsstandarder. Hielscher ultraljudsapparater hjälper dig att övervaka och standardisera din process!

Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: