การเตรียมสูตรนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิก

นิโอโซมเป็นเวสิเคิลขนาดนาโนที่สามารถใช้เป็นตัวพายา (เช่น ยารักษามะเร็ง) และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ ได้ การทำอิมัลชันด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ง่ายและรวดเร็วสำหรับเตรียมสูตรนิโอโซมขนาดเล็กที่บรรจุยาในปริมาณสูง

เวสิเคิลนิโอโซมในฐานะตัวพาระดับนาโนสำหรับสารออกฤทธิ์

นิโอโซมเป็นเวสิเคิลที่มีสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุเป็นองค์ประกอบหลัก โดยส่วนใหญ่เกิดจากการรวมสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุและคอเลสเตอรอลซึ่งทำหน้าที่เป็นสารช่วยทางเภสัชกรรม นิโอโซมมีความคงตัวต่อการสลายตัวทางเคมีหรือการออกซิเดชันมากกว่า และมีระยะเวลาเก็บรักษาที่ยาวนานเมื่อเทียบกับไลโปโซม เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการเตรียมนิโอโซม นิโอโซมจึงสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ เข้ากันได้ทางชีวภาพ และไม่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน นิโอโซมมีสมบัติออสโมติก มีความคงตัวทางเคมี และมีระยะเวลาเก็บรักษานานกว่าไลโปโซม วิธีเตรียมมีหลายวิธีขึ้นอยู่กับขนาดและจำนวนชั้นของเยื่อหุ้ม เช่น การใช้คลื่นอัลตราโซนิก การระเหยแบบเฟสย้อนกลับ การเติมน้ำให้ฟิล์มบาง หรือกระบวนการนำยาเข้าสู่เวสิเคิลโดยอาศัยความต่างของ pH ข้ามเยื่อหุ้ม การเตรียมนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่นิยมเลือกใช้เพื่อผลิตเวสิเคิลที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว ซึ่งมีขนาดเล็กและสม่ำเสมอ

การเตรียมสูตรนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิก

ในการเตรียมสูตรนิโอโซม ต้องเตรียมอิมัลชันชนิดน้ำมันในน้ำ (o/w) จากสารละลายอินทรีย์ของสารลดแรงตึงผิวและคอเลสเตอรอล กับสารละลายน้ำที่มีสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งก็คือตัวยา การทำอิมัลชันด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่เหนือกว่าสำหรับผสมของเหลวที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน เช่น น้ำมันและน้ำ การใช้แรงเฉือนกับหยดของเหลวของทั้งสองเฟสและทำให้หยดแตกจนมีขนาดนาโนจะทำให้ได้นาโนอิมัลชัน จากนั้นจึงระเหยตัวทำละลายอินทรีย์ออก ทำให้ได้นิโอโซมที่บรรจุสารรักษาโรคและกระจายตัวอยู่ในเฟสน้ำ เมื่อเทียบกับการกวนเชิงกล เทคนิคการเตรียมสูตรนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิกมีความโดดเด่นโดยสร้างนิโอโซมที่มีขนาดเฉลี่ยเล็กกว่าและมีดัชนีการกระจายขนาดต่ำกว่า ด้วยกระบวนการที่รวดเร็ว โดยทั่วไป การใช้เวสิเคิลขนาดเล็กกว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า เนื่องจากเวสิเคิลเหล่านี้มีแนวโน้มหลีกเลี่ยงกลไกการกำจัดของร่างกายได้ดีกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ และคงอยู่ในกระแสเลือดได้นานกว่า (เทียบกับ Bragagni et al. 2014)
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อปรับปรุงสูตรนิโอโซม!

ขั้นตอนปฏิบัติสำหรับการเตรียมนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิก

การเตรียมสูตรนิโอโซมโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง จึงมีขั้นตอนปฏิบัติสำหรับการผลิตนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิกที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องทางวิทยาศาสตร์มากมาย
ด้านล่างเป็นภาพรวมโดยย่อของขั้นตอนปฏิบัติบางส่วนสำหรับการเตรียมสูตรและการบรรจุสารลงในนิโอโซมโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก

นิโอโซมที่บรรจุสารสกัด Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) เตรียมสูตรนิโอโซมที่บรรจุสารสกัดหยาบ Withania somnifera สำหรับการใช้เฉพาะที่ สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพถูกห่อหุ้มด้วยวิธีฉีดตัวทำละลาย โดยกวนเฟสอินทรีย์และเฟสน้ำอย่างต่อเนื่องด้วยเครื่องกวนแม่เหล็ก และรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 60°C ± 2°C จนตัวทำละลายอินทรีย์ระเหยออกหมด สูตรที่ได้ถูกทำให้เย็นลงและผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกบนภาชนะรองรับที่มีน้ำแข็ง โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UP200ST นิโอโซมมีขนาดเฉลี่ยประมาณ 165.9 ± 9.4 และแสดงประสิทธิภาพการกักเก็บ (EE%) ของ withanolide A ในระดับสูง

นิโอโซมที่บรรจุ doxorubicin
นิโอโซม N-palmitoyl glucosamine (Glu) ที่บรรจุ doxorubicin ซึ่งเป็นยาต้านมะเร็ง เตรียมโดยเขย่าส่วนผสมของ NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), คอเลสเตอรอล (58 mg) และ Solulan C24 (54 mg) ในสารละลาย doxorubicin (1.5 mg/ml, 2 ml เตรียมใน PBS) ที่ 90°C เป็นเวลา 1 h ตามด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นเวลา 10 min (75% ของค่าสูงสุด)
เวสิเคิล Palmitoyl glycol chitosan (GCP) เตรียมตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (11) โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบกับ glycol chitosan (10 mg) และคอเลสเตอรอล (4 mg) ในสารละลาย doxorubicin (1.5 mg/ml) (Dufes et al. 2004)

วิธีทางเลือกสำหรับการเตรียมนิโอโซม

วิธีทางเลือกสำหรับการเตรียมสูตรนิโอโซม เช่น เทคนิคการระเหยแบบเฟสย้อนกลับ หรือกระบวนการนำยาเข้าสู่เวสิเคิลโดยอาศัยความต่างของ pH ข้ามเยื่อหุ้ม มีการใช้พลังงานอัลตราโซนิก ทั้งสองเทคนิคใช้เป็นหลักในการเตรียมสูตรเวสิเคิลที่มีเยื่อหุ้มหลายชั้น (MLVs) ด้านล่างเป็นคำอธิบายโดยย่อของทั้งสองเทคนิคและขั้นตอนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่เกี่ยวข้อง

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกในการเตรียมนิโอโซมด้วยการระเหยแบบเฟสย้อนกลับ

ในวิธีการระเหยแบบเฟสย้อนกลับ (REV) องค์ประกอบของสูตรนิโอโซมจะถูกละลายในส่วนผสมของอีเทอร์และคลอโรฟอร์ม แล้วเติมลงในเฟสน้ำที่มีตัวยา การทำอิมัลชันด้วยอัลตราโซนิกใช้เพื่อเปลี่ยนส่วนผสมให้เป็นอิมัลชันที่มีหยดขนาดเล็กละเอียด จากนั้นจึงระเหยเฟสอินทรีย์ออก นิโอโซมที่ได้ระหว่างการระเหยตัวทำละลายอินทรีย์เป็นเวสิเคิลที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียวและมีขนาดใหญ่

กระบวนการนำยาเข้าสู่เวสิเคิลโดยอาศัยความต่างของ pH ข้ามเยื่อหุ้ม

สำหรับกระบวนการนำยาเข้าสู่เวสิเคิลโดยอาศัยความต่างของ pH ข้ามเยื่อหุ้ม (ภายในเป็นกรด) ซึ่งใช้การบรรจุยาแบบรีโมต สารลดแรงตึงผิวและคอเลสเตอรอลจะถูกละลายในคลอโรฟอร์ม จากนั้นระเหยตัวทำละลายภายใต้สุญญากาศเพื่อให้ได้ฟิล์มบางบนผนังขวดก้นกลม เติมน้ำให้ฟิล์มด้วยกรดซิตริก 300 mM (pH 4.0) โดยผสมสารแขวนลอยด้วยเครื่องวอร์เท็กซ์ เวสิเคิลที่มีเยื่อหุ้มหลายชั้นจะถูกแช่แข็งและละลายสามครั้ง แล้วจึงผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกด้วยเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ เติมสารละลายน้ำที่มีตัวยา 10 mg/ml ลงในสารแขวนลอยนิโอโซมนี้ แล้วผสมด้วยเครื่องวอร์เท็กซ์ จากนั้นปรับ pH ของตัวอย่างให้เพิ่มขึ้นเป็น pH 7.0–7.2 ด้วยไดโซเดียมฟอสเฟต 1M แล้วให้ความร้อนแก่ส่วนผสมจนถึง 60°C เป็นเวลา 10 นาที เทคนิคนี้ให้เวสิเคิลที่มีเยื่อหุ้มหลายชั้น (เทียบกับ Kazi et al. 2010)

การลดขนาดนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิก

โดยทั่วไป นิโอโซมมีขนาดอยู่ในช่วง 10nm ถึง 1000nm นิโอโซมมักมีขนาดค่อนข้างใหญ่และมีแนวโน้มรวมตัวเป็นกลุ่ม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเทคนิคการเตรียม อย่างไรก็ตาม ขนาดที่เฉพาะเจาะจงของนิโอโซมเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับประเภทของระบบนำส่งที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น นิโอโซมที่มีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตรเหมาะสมที่สุดสำหรับการนำส่งยาทั่วร่างกาย ซึ่งยาต้องถูกนำส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อไปถึงตำแหน่งเป้าหมายในเซลล์ ขณะที่แนะนำให้ใช้นิโอโซมขนาดใหญ่กว่าสำหรับการนำส่งยาเข้ากล้ามเนื้อและเข้าโพรงของร่างกาย หรือการใช้ทางจักษุวิทยา การลดขนาดนิโอโซมด้วยอัลตราโซนิกเป็นขั้นตอนที่ใช้ทั่วไปในการเตรียมนิโอโซมที่มีประสิทธิภาพสูง แรงเฉือนจากอัลตราโซนิกทำให้กลุ่มนิโอโซมแตกออกและกระจายตัวเป็นนาโนนิโอโซมที่มีขนาดสม่ำเสมอ

ขั้นตอนปฏิบัติ – การลดขนาด LipoNiosomes ด้วยอัลตราโซนิก

Naderinezhad et al. (2017) เตรียมสูตร LipoNiosomes ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ (การผสมผสานระหว่างนิโอโซมและไลโปโซม) ซึ่งประกอบด้วย Tween 60: คอเลสเตอรอล: DPPC (ในอัตราส่วน 55 : 30 : 15 : 3) ร่วมกับ DSPE-mPEG 3% เพื่อลดขนาด LipoNiosomes ที่เตรียมได้ หลังการเติมน้ำ พวกเขาใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับสารแขวนลอยเป็นเวลา 45 min (เปิด 15 วินาทีและปิด 10 วินาที แอมพลิจูด 70% ที่ 100 วัตต์) เพื่อลดการรวมตัวของอนุภาคให้เหลือน้อยที่สุด โดยใช้เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, เยอรมนี) สำหรับวิธีอาศัยความต่างของ pH ฟิล์มแห้งของ CUR สารลดแรงตึงผิว และลิพิดได้รับการเติมน้ำด้วยแอมโมเนียมซัลเฟต 1300 mL (pH 1⁄4 4) ที่ 63 C เป็นเวลา 47 min จากนั้นใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับอนุภาคนาโนเหนืออ่างน้ำแข็งเพื่อผลิตเวสิเคิลขนาดเล็ก

เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับการเตรียมนิโอโซม

Hielscher Ultrasonic มีประสบการณ์มายาวนานในการออกแบบ ผลิต จัดจำหน่าย และให้บริการเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสำหรับอุตสาหกรรมยา อาหาร และเครื่องสำอาง
การเตรียมนิโอโซม ไลโปโซม อนุภาคนาโนลิพิดของแข็ง อนุภาคนาโนพอลิเมอร์ สารเชิงซ้อนไซโคลเดกซ์ทริน และตัวพายาที่มีโครงสร้างระดับนาโนอื่น ๆ ที่มีคุณภาพสูง เป็นกระบวนการที่เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher มีความโดดเด่น เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือสูง กำลังขาออกสม่ำเสมอ และควบคุมได้อย่างแม่นยำ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้ควบคุมพารามิเตอร์ทั้งหมดของกระบวนการได้อย่างแม่นยำ เช่น แอมพลิจูด อุณหภูมิ ความดัน และพลังงานในการใช้คลื่นอัลตราโซนิก ซอฟต์แวร์อัจฉริยะจะบันทึกพารามิเตอร์ทั้งหมดของการใช้คลื่นอัลตราโซนิก (เวลา วันที่ แอมพลิจูด พลังงานสุทธิ พลังงานรวม อุณหภูมิ ความดัน) ลงในการ์ด SD ในตัวโดยอัตโนมัติ
ความทนทานของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้ทำงานได้ตลอด 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อเรียกร้องสูง
ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: