Niyozomların Ultrasonik Formülasyonu
Niyozomlar, ilaçlar (ör. kanser ilaçları) ve diğer biyoaktif maddeler için taşıyıcı olarak kullanılabilen nano boyutlu veziküllerdir. Ultrasonik emülsifikasyon, yüksek ilaç yüküne sahip küçük niyozomları formüle etmek için basit ve hızlı bir yöntemdir.
Etkin Maddeler için Nano Taşıyıcı Olarak Niyozom Vezikülleri
Niyozom, çoğunlukla iyonik olmayan yüzey aktif madde ve yardımcı madde olarak kolesterolün dahil edilmesiyle oluşan, iyonik olmayan yüzey aktif madde bazlı bir veziküldür. Niyozomlar, lipozomlara kıyasla kimyasal bozunmaya veya oksidasyona karşı daha kararlıdır ve uzun saklama süresine sahiptir. Niyozomların hazırlanmasında kullanılan yüzey aktif maddeler sayesinde niyozomlar biyolojik olarak parçalanabilir, biyouyumlu ve immünojenik olmayan yapılardır. Niyozomlar ozmotik olarak aktiftir, kimyasal olarak kararlıdır ve lipozomlara kıyasla daha uzun saklama süresi sunar. Boyuta ve lamellariteye bağlı olarak sonikasyon, ters faz buharlaştırma, ince film hidrasyonu veya transmembran pH gradyanı ile ilaç alım süreci gibi çeşitli hazırlama yöntemleri mevcuttur. Ultrasonik niyozom hazırlama, küçük ve eş boyutlu tek lamelli veziküller üretmek için tercih edilen tekniktir.
Ultrasonik Niyozom Formülasyonu
Niyozomları formüle etmek için yüzey aktif madde ve kolesterolün organik çözeltisi ile biyoaktif bileşiği, yani ilacı içeren sulu bir çözeltiden su içinde yağ (o/w) emülsiyonu hazırlanmalıdır. Ultrasonik emülsifikasyon, yağ ve su gibi birbiriyle karışmayan sıvıları karıştırmak için üstün bir tekniktir. Her iki fazın damlacıklarına kesme uygulanıp bunlar nano boyuta parçalanarak bir nanoemülsiyon elde edilir. Ardından organik çözücü buharlaştırılır; bunun sonucunda sulu fazda dağılmış, terapötik ajanlarla yüklü niyozomlar oluşur. Mekanik karıştırmayla karşılaştırıldığında ultrasonik niyozom formülasyon tekniği, hızlı bir süreçte daha küçük ortalama boyuta ve daha düşük polidispersite indeksine sahip niyozomlar oluşturarak üstünlük gösterir. Küçük veziküllerin, büyük parçacıklara kıyasla vücudun uzaklaştırma mekanizmalarından daha iyi kaçınma ve kan dolaşımında daha uzun süre kalma eğiliminde oldukları göz önüne alındığında, bunların kullanımı genellikle tercih edilir. (bkz. Bragagni et al. 2014)
Geliştirilmiş niyozom formülasyonları için sonikasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!
- tek lamelli, küçük, eş boyutlu veziküller
- basit ve hızlı süreç
- tekrarlanabilir
- hassas biçimde kontrol edilebilir
- güvenli
- kolayca ölçeklendirilebilir
Ultrasonik Niyozom Hazırlama Protokolleri
Sonikasyon kullanılarak niyozom formülasyonu kapsamlı biçimde araştırılmıştır; dolayısıyla ultrasonik niyozom üretimi için bilimsel olarak doğrulanmış çok sayıda protokol mevcuttur.
Aşağıda, sonikasyon kullanılarak niyozomların hazırlanmasına ve yüklenmesine yönelik birkaç formülasyon protokolünün kısa bir genel değerlendirmesini bulabilirsiniz.
Withania somnifera Ekstraktlarıyla Yüklü Niyozomlar
Chinembiri et al. (2017), Withania somnifera ham ekstraktını topikal uygulama için tasarlanan niyozomlar halinde formüle etmiştir. Biyoaktif bileşikler çözücü enjeksiyonu yoluyla kapsüllenmiştir. Bu amaçla organik ve sulu fazlar sürekli olarak manyetik karıştırmaya tabi tutulmuş ve organik çözücü uzaklaştırılana kadar sıcaklık 60°C ± 2°C düzeyinde tutulmuştur. Elde edilen formülasyon soğutulmuş ve Hielscher UP200ST sonikatörü kullanılarak buz üzerinde sonikasyona tabi tutulmuştur. Niyozomların ortalama boyutları yaklaşık 165,9 ± 9,4 aralığında olmuş ve withanolide A için yüksek bir hapsetme verimliliği (EE%) göstermiştir.
Doksorubisin Yüklü Niyozomlar
Bir kanser ilacı olan doksorubisin ile yüklü N-palmitoil glukozamin niyozomları (Glu), NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), kolesterol (58 mg) ve Solulan C24 (54 mg) karışımının doksorubisin çözeltisi (1,5 mg/ml, 2 ml, PBS içinde hazırlanmış) içinde 90°C sıcaklıkta 1 h boyunca çalkalanması ve ardından 10 min boyunca prob sonikasyonuna tabi tutulmasıyla (maksimumun %75’i) hazırlanmıştır.
Palmitoil glikol kitosan (GCP) vezikülleri, daha önce açıklandığı gibi (11), glikol kitosan (10 mg) ve kolesterolün (4 mg) doksorubisin çözeltisi (1,5 mg/ml) içinde probla sonikasyona tabi tutulmasıyla hazırlanmıştır. (Dufes et al. 2004)
UP400St – 400W ultrasonik cihaz – niyozomlar gibi nano taşıyıcıların formülasyonu için
Alternatif Niyozom Hazırlama Yöntemleri
Ters faz buharlaştırma tekniği veya transmembran pH gradyanı ile ilaç alım süreci gibi alternatif niyozom formülasyon yöntemleri, ultrasonik enerji uygulamasını içerir. Her iki teknik de esas olarak çok lamelli vezikülleri (MLV’ler) formüle etmek için kullanılır. Aşağıda her iki tekniğin ve bunlarda yer alan sonikasyon adımının kısa bir açıklamasını bulabilirsiniz.
Ters Faz Buharlaştırma Yoluyla Niyozom Hazırlamada Sonikasyon
Ters Faz Buharlaştırma (REV) yönteminde niyozomal formülasyonun bileşenleri, eter ve kloroform karışımında çözülür ve ilacı içeren sulu faza eklenir. Karışımı ince damlacıklı bir emülsiyona dönüştürmek için ultrasonik emülsifikasyon kullanılır. Ardından organik faz buharlaştırılır. Organik çözücünün buharlaştırılması sırasında elde edilen niyozomlar, büyük boyutlu tek lamelli veziküllerdir.
Transmembran pH gradyanı ile ilaç alım süreci
Transmembran pH gradyanı (iç kısım asidik) ile ilaç alım süreci (uzaktan yüklemeli) için yüzey aktif madde ve kolesterol kloroformda çözülür. Ardından yuvarlak tabanlı balonun duvarında ince bir film elde etmek için çözücü vakum altında buharlaştırılır. Süspansiyon vortekslenerek film 300 mM sitrik asit (pH 4,0) ile hidrate edilir. Çok lamelli veziküller üç kez dondurulup çözülür ve ardından prob tipi bir ultrasonikatör kullanılarak sonikasyona tabi tutulur. Bu niyozomal süspansiyona 10 mg/ml ilaç içeren sulu çözelti eklenir ve vortekslenir. Ardından numunenin pH değeri 1M disodyum fosfat ile pH 7,0–7,2 düzeyine yükseltilir. Daha sonra karışım 10 dakika boyunca 60°C sıcaklığa ısıtılır. Bu teknik, çok lamelli veziküller elde edilmesini sağlar. (bkz. Kazi et al. 2010)
Niyozomların Ultrasonik Boyut Küçültülmesi
Niyozomlar genellikle 10nm ile 1000nm arasındaki boyut aralığındadır. Hazırlama tekniğine bağlı olarak niyozomlar çoğunlukla nispeten büyük boyutludur ve agregat oluşturma eğilimindedir. Ancak hedeflenen taşıma sistemi türü açısından belirli niyozom boyutları önemli bir faktördür. Örneğin nanometre aralığındaki çok küçük bir niyozom boyutu, ilacın hücresel hedef bölgeye ulaşmak için hücre zarlarını aşarak taşınması gereken sistemik ilaç taşınması için en uygundur; daha büyük niyozomlar ise kas içi ve vücut boşluklarına ilaç taşınması veya oftalmik uygulamalar için önerilir. Niyozomların ultrasonik boyut küçültülmesi, yüksek etkinliğe sahip niyozomların hazırlanması sırasında yaygın bir adımdır. Ultrasonik kesme kuvvetleri, niyozomları deaglomerasyona uğratarak monodispers nano niyozomlar halinde dağıtır.
Protokol – LipoNiosomes Yapılarının Ultrasonik Boyut Küçültülmesi
Naderinezhad et al. (2017), %3 DSPE-mPEG ile birlikte Tween 60: kolesterol: DPPC (55 : 30 : 15 : 3 oranında) içeren biyouyumlu LipoNiosomes (niyozom ve lipozom kombinasyonu) formüle etmiştir. Hazırlanan LipoNiosomes yapıların boyutunu küçültmek için hidrasyondan sonra, parçacık agregasyonunu en aza indirmek amacıyla UP200St ultrasonik homojenizatörünü (Hielscher Ultrasonics GmbH, Almanya) kullanarak süspansiyonu 45 min boyunca (15 saniye açık ve 10 saniye kapalı, 100 watt güçte %70 genlik) sonikasyona tabi tutmuşlardır. pH gradyanı yöntemi için CUR, yüzey aktif maddeler ve lipitlerin kurutulmuş filmleri 1300 mL amonyum sülfat (pH 1⁄4 4) ile 63 C sıcaklıkta 47 min boyunca hidrate edilmiştir. Ardından küçük veziküller üretmek için nanoparçacıklar bir buz banyosu üzerinde sonikasyona tabi tutulmuştur.
Niyozom Hazırlama için Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonic, ilaç, gıda ve kozmetik endüstrileri için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörlerin tasarımı, üretimi, dağıtımı ve servisi konusunda uzun yıllara dayanan deneyime sahiptir.
Yüksek kaliteli niyozomların, lipozomların, katı lipit nanoparçacıklarının, polimerik nanoparçacıkların, siklodekstrin komplekslerinin ve diğer nano yapılı ilaç taşıyıcılarının hazırlanması, Hielscher sonikatörlerinin yüksek güvenilirlikleri, tutarlı güç çıkışları ve hassas kontrol edilebilirlikleri sayesinde üstünlük gösterdiği süreçlerdir. Hielscher ultrasonikatörleri, genlik, sıcaklık, basınç ve sonikasyon enerjisi gibi tüm süreç parametrelerinin hassas biçimde kontrol edilmesine olanak tanır. Akıllı yazılım, tüm sonikasyon parametrelerini (saat, tarih, genlik, net enerji, toplam enerji, sıcaklık, basınç) dahili SD karta otomatik olarak kaydeder.
Hielscher sonikatörlerinin sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Aşağıdaki tablo, ultrasonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bir fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | cihaz kümesi: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Yüksek güçlü ultrasonik homojenizatörler – laboratuvar ölçeğinden pilot ve endüstriyel ölçeğe.
Literatür/Kaynaklar
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
Bilinmesi Gereken Bilgiler
Niyozomlar ve Lipozomların Karşılaştırılması
Lipozomlar ve niyozomlar, ilaç taşınması için biyoaktif bileşiklerle yüklenebilen mikroskobik veziküllerdir. Niyozomlar lipozomlara benzer, ancak çift tabaka bileşimleri farklıdır. Lipozomlar fosfolipit çift tabakaya sahipken niyozom çift tabakası iyonik olmayan yüzey aktif maddelerden oluşur; bu da yapısal birimlerde kimyasal bir farklılığa yol açar. Bu yapısal farklılık, niyozomlara daha yüksek kimyasal kararlılık, üstün deri penetrasyon yeteneği ve daha az safsızlık kazandırır.
Niyozomlar boyutlarına göre üç ana gruba ayrılır: Küçük tek lamelli veziküller (SUV) 10–100 nm ortalama çapa, büyük tek lamelli veziküller (LUV) 100–3000nm ortalama boyuta sahiptir ve çok lamelli veziküller (MLV) birden fazla çift tabakayla karakterize edilir.
“Niyozomlar in vivo olarak lipozomlar gibi davranır; hapsedilmiş ilacın dolaşım süresini uzatır ve organ dağılımını ve metabolik kararlılığını değiştirir. Lipozomlarda olduğu gibi niyozomların özellikleri de çift tabakanın bileşimine ve üretim yöntemine bağlıdır. Kolesterolün çift tabakalara yerleşmesinin formülasyon sırasında hapsetme hacmini ve dolayısıyla hapsetme verimliliğini azalttığı bildirilmektedir.” (Kazi et al. 2010)
Niyozomlar ince film hidrasyonu tekniği, ultrasonikasyon, ters faz buharlaştırma yöntemi, dondurma-çözme yöntemi, mikroakışkanlaştırma veya dehidrasyon-rehidrasyon yöntemi gibi çeşitli tekniklerle hazırlanabilir. Uygun hazırlama biçimi, yüzey aktif madde, kolesterol içeriği, yüzey yükü katkı maddeleri ve süspansiyon konsantrasyonu seçilerek niyozomların bileşimi, lamellaritesi, kararlılığı ve yüzey yükü, belirli ilaç taşıyıcı gereksinimlerini karşılayacak şekilde formüle edilebilir.
Çok düşük sitotoksisiteye sahip, yüksek düzeyde biyouyumlu niyozomlar üretmek için niyozom hazırlanmasında kullanılan yüzey aktif maddeler biyolojik olarak parçalanabilir, biyouyumlu ve immünojenik olmayan nitelikte olmalıdır.