İlaçlar için Nanopartiküllerin Ultrasonik Tedavisi

Prob tipi sonikatörler, partikül boyutunun küçültülmesi, hücre bozulması ve homojenizasyonu elde etmek için güçlü ve kontrollü bir yol sağlayarak farmasötik araştırma ve üretimde çok önemli bir rol oynar. Sonikatörler, kavitasyon oluşturmak için ultrasonik dalgaları kullanır, bu da mikroskobik kabarcıkların oluşumuna ve çökmesine neden olur. Bu fenomen, parçacıkları etkili bir şekilde parçalayan veya hücreleri bozan yoğun kesme kuvvetleri ve şok dalgaları üretir.

Farmasötik uygulamalarda prob tipi sonikatörlerin kullanımının bazı önemli yönleri şunlardır:

• Partikül Boyutunun Azaltılması: Prob sonikatörleri, aktif farmasötik bileşenlerin (API'ler) veya diğer bileşiklerin partikül boyutunu azaltmak için kullanılır. Farmasötik formülasyonların biyoyararlanımı, çözünme oranlarını ve genel etkinliğini arttırmak için küçük ve tek tip bir partikül boyutu hayati önem taşır.
• Hücre Bozulması: Biyofarmasötik araştırmalarda, hücre içi bileşenleri serbest bırakmak için hücre bozulması için prob sonikatörleri kullanılır. Bu, mikrobiyal hücrelerden veya kültürlenmiş memeli hücrelerinden proteinlerin, enzimlerin ve diğer biyomoleküllerin ekstraksiyonu için özellikle önemlidir.
• Homojenizasyon: Farmasötik formülasyonların homojenizasyonu, bileşenlerin homojen dağılımını sağlamak için gereklidir. Prob sonikatörleri, aglomeraları parçalayarak ve bileşenleri eşit şekilde dağıtarak homojenliğin sağlanmasına yardımcı olur.
• Nanoemülsiyon ve Lipozom Oluşumu: Sonikasyon, farmasötik formülasyonlarda kararlı nanoemülsiyonlar ve lipozomlar oluşturmak için kullanılır. Bu nano ölçekli dağıtım sistemleri, çözünürlüğü ve biyoyararlanımı artırmak için ilaç dağıtımı için kullanılır.
• Kalite Kontrol ve Süreç Optimizasyonu: Sonikasyon, ilaç üretiminde kalite kontrol için değerli bir araçtır. Tutarlı partikül boyutu dağılımı ve homojenliği sağlayarak prosesleri optimize etmeye yardımcı olur ve partiden partiye tekrarlanabilirliğe katkıda bulunur.
• İlaç Formülasyonu ve Geliştirme: İlaç formülasyonu ve geliştirilmesi sırasında, stabil süspansiyonlar, emülsiyonlar veya dispersiyonlar hazırlamak için prob sonikatörleri kullanılır. Bu, istenen fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip farmasötik ürünler tasarlamak için kritik öneme sahiptir.

İlaçta Nanomalzemeler

Ultrasonik teknolojiler, farmasötik araştırma ve üretimde nanomalzemelerin hazırlanmasında, işlenmesinde ve işlevselleştirilmesinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Akustik kavitasyon da dahil olmak üzere yüksek güçlü ultrasonun yoğun etkileri, topakların kırılmasına, parçacıkların dağılmasına ve nano damlacıkların emülsifiye edilmesine katkıda bulunur. Hielscher yüksek performanslı sonicators, farmasötik standartlar için güvenilir ve verimli bir çözüm sunar, güvenli üretim sağlar ve ek optimizasyon çabaları olmadan ölçek büyütmeyi kolaylaştırır.

Nanomalzemelerin İşlenmesi

Nanomalzemeler, özellikle nanopartiküller, farmasötiklerde ilaç dağıtımında devrim yaratmış ve aktif ajanların oral yoldan veya enjeksiyon yoluyla uygulanması için kanıtlanmış bir yöntem sunmuştur. Bu teknoloji, ilaç dozlama ve dağıtımının verimliliğini artırarak tıbbi tedaviler için yeni yollar açar. İlaçları, ısıyı veya diğer aktif maddeleri doğrudan belirli hücrelere, özellikle de hastalıklı hücrelere verme yeteneği önemli bir ilerlemeye işaret etmektedir.

Kanser tedavisinde, nano formüle edilmiş ilaçlar, yüksek ilaç dozlarını doğrudan tümör hücrelerine iletmek için nano boyutlu parçacıkların avantajından yararlanarak, diğer organlar üzerindeki yan etkileri en aza indirirken terapötik etkileri en üst düzeye çıkararak umut verici sonuçlar göstermiştir. Nano ölçekli boyut, bu parçacıkların hücre duvarlarından ve zarlarından geçmesine izin vererek, aktif maddeleri tam olarak hedeflenen hücrelere salar.

Boyutları 100 nm'den küçük parçacıklar olarak tanımlanan nanomalzemelerin işlenmesi, daha fazla çaba gerektiren zorluklar sunar. Ultrasonik kavitasyon, nanomalzemelerin deagglomeration ve dispersiyonu için iyi bilinen bir teknoloji olarak ortaya çıkmaktadır. Karbon Nanotüpler (CNT'ler), özellikle Çok Duvarlı Karbon Nanotüpler (MWCNT'ler) ve Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler (SWCNT'ler), ilaç moleküllerini kapsüllemek için geniş bir iç hacim ve işlevselleştirme için farklı yüzeyler sunan benzersiz özellikler sergiler.
 

SWCNT'lerin sonokimyasal üretimi. Ferrosen-ksilen karışımı çözeltisindeki silika tozu, oda sıcaklığında ve ortam basıncı altında 20 dakika boyunca sonikleştirilmiştir. Sonikasyon, silika tozunun yüzeyinde yüksek saflıkta SWCNTS üretir. (Jeong ve ark. 2004)

İşlevselleştirilmiş Karbon Nanotüpler (f-CNT'ler), çözünürlüğü arttırmada, etkili tümör hedeflemesine izin vermede ve sitotoksisiteyi önlemede çok önemli bir rol oynar. Ultrasonik teknikler, yüksek saflıkta SWCNT'ler için sonokimyasal yöntem gibi üretimlerini ve işlevselleştirmelerini kolaylaştırır. Ayrıca, f-CNT'ler, spesifik antikor tepkilerini indüklemek için antijenleri karbon nanotüplere bağlayan aşı dağıtım sistemleri olarak hizmet edebilir.
Silika, titanya veya alüminadan türetilen seramik nanopartiküller gözenekli yüzeyler sunar ve bu da onları ideal ilaç taşıyıcıları yapar. Sonokimyayı kullanan nanopartiküllerin ultrasonik sentezi ve çökeltilmesi, nano boyutlu bileşiklerin hazırlanması için aşağıdan yukarıya bir yaklaşım sağlar. Proses, kütle transferini artırarak daha küçük partikül boyutları ve daha yüksek homojenlik sağlar

Nanopartiküllerin Ultrasonik Sentezi ve Çökeltilmesi

Ultrasonication, nanopartiküllerin işlevselleştirilmesinde hayati bir rol oynar. Teknik, parçacıkların etrafındaki sınır katmanlarını verimli bir şekilde parçalayarak yeni fonksiyonel grupların parçacık yüzeyine ulaşmasına izin verir. Örneğin, Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin (SWCNT'ler) PL-PEG fragmanları ile ultrasonik işlevselleştirilmesi, hedeflenen uygulamalar için spesifik hücresel alımı teşvik ederken spesifik olmayan hücre alımına müdahale eder.

Belirli özelliklere ve işlevlere sahip nanopartiküller elde etmek için, partiküllerin yüzeyinin modifiye edilmesi gerekir. Polimerik nanopartiküller, lipozomlar, dendrimerler, karbon nanotüpler, kuantum noktaları vb. gibi çeşitli nanosistemler, eczacılıkta verimli kullanım için başarıyla işlevselleştirilebilir.

Ultrasonik Parçacık İşlevselleştirmenin Pratik Örneği:

SWCNT'lerin PL-PEG ile Ultrasonik İşlevselleştirilmesi: Zeineldin ve ark. (2009), tek duvarlı karbon nanotüplerin (SWNT'ler) fosfolipid-polietilen glikol (PL-PEG) ile ultrasonikasyon yoluyla dağılmasının, onu parçaladığını ve böylece hücreler tarafından spesifik olmayan alımını engelleme kabiliyetine müdahale ettiğini göstermiştir. Bununla birlikte, parçalanmamış PL-PEG, kanser hücreleri tarafından eksprese edilen iki farklı reseptör sınıfına hedeflenen SWNT'lerin spesifik hücresel alımını teşvik eder. PL-PEG varlığında ultrasonik tedavi, karbon nanotüpleri dağıtmak veya işlevselleştirmek için kullanılan yaygın bir yöntemdir ve PEG'in bütünlüğü, ligand ile işlevselleştirilmiş nanotüplerin spesifik hücresel alımını teşvik etmek için önemlidir. Parçalanma, SWNT'leri dağıtmak için yaygın olarak kullanılan bir teknik olan ultrasonikasyonun olası bir sonucu olduğundan, bu, ilaç dağıtımı gibi bazı uygulamalar için bir endişe kaynağı olabilir.
 

SWCNT'lerin PL-PEG ile ultrasonik dispersiyonu (Zeineldin ve diğerleri, 2009)

Ultrasonik Lipozom Oluşumu

Ultrasonun bir başka başarılı uygulaması, lipozomların ve nano-lipozomların hazırlanmasıdır. Lipozom bazlı ilaç ve gen taşıyıcı sistemler, çeşitli tedavilerde önemli bir rol oynamaktadır, aynı zamanda kozmetik ve beslenmede de önemli bir rol oynamaktadır. Lipozomlar iyi taşıyıcılardır, çünkü suda çözünür aktif maddeler lipozomların sulu merkezine veya ajan yağda çözünürse lipit tabakasına yerleştirilebilir. Ultrasonik kullanımı ile lipozomlar oluşturulabilir. Lipozom hazırlığı için temel malzeme, biyolojik membran lipidlerinden türetilen veya bunlara dayanan amfilik moleküllerdir. Küçük unilamellar veziküllerin (SUV) oluşumu için, lipit dispersiyonu nazikçe sonikleştirilir – örneğin el tipi ultrasonicator UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter veya ultrasonik fincan-horn ile. Böyle bir ultrasonik tedavinin süresi yaklaşık 5 – 15 dakika sürer. Küçük unilamellar veziküller üretmenin bir başka yöntemi, çok katmanlı veziküllerin, lipozomların sonikasyonudur.
Dinu-Pirvu ve ark. (2010), MLV'leri oda sıcaklığında sonikleştirerek transferozomların elde edildiğini bildirmektedir.
Hielscher Ultrasonics, her türlü işlemin gereksinimlerini karşılamak için çeşitli ultrasonik cihazlar, sonotrodlar ve aksesuarlar sunmaktadır.
Ultrasonik olarak ekstrakte edilmiş ve kapsüllenmiş Aloe vera özü hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ajanların Lipozomlara Ultrasonik Kapsüllenmesi

Lipozomlar, aktif ajanlar için taşıyıcı olarak çalışır. Ultrason, aktif ajanların yakalanması için lipozomları hazırlamak ve oluşturmak için etkili bir araçtır. Kapsüllemeden önce, lipozomlar, fosfolipid kutup başlarının yüzey yük-yük etkileşimi nedeniyle kümeler oluşturma eğilimindedir (Míckova ve ark. 2008), ayrıca açılmaları gerekir. Örnek olarak, Zhu ve ark. (2003), lipozomlarda biyotin tozunun ultrasonikasyon ile kapsüllenmesini tanımlar. Biyotin tozu vezikül süspansiyon çözeltisine eklendiğinden, çözelti yaklaşık 1 saat boyunca sonikasyona tabi tutulmuştur. Bu tedaviden sonra, biotin lipozomların içine hapsedildi.

Lipozomal Emülsiyonlar

Nemlendirici veya yaşlanma karşıtı kremlerin, losyonların, jellerin ve diğer kozmesötik formülasyonların besleyici etkisini arttırmak için, daha yüksek miktarlarda lipitleri stabilize etmek için lipozomal dispersiyonlara emülgatör eklenir. Ancak araştırmalar, lipozomların kapasitesinin genellikle sınırlı olduğunu göstermiştir. Emülgatörlerin eklenmesiyle, bu etki daha erken ortaya çıkacak ve ek emülgatörler, fosfatidilkolinin bariyer afinitesi üzerinde bir zayıflamaya neden olacaktır. Nanopartiküller – fosfatidilkolin ve lipitlerden oluşur - bu sorunun cevabıdır. Bu nanopartiküller, tek bir fosfatidilkolin tabakası ile kaplanmış bir yağ damlası tarafından oluşturulur. Nanopartiküllerin kullanımı, daha fazla lipit emebilen ve stabil kalabilen formülasyonlara izin verir, böylece ek emülgatörlere ihtiyaç duyulmaz.
Ultrasonikasyon, nanoemülsiyonların ve nanodispersiyonların üretimi için kanıtlanmış bir yöntemdir. Son derece yoğun ultrason, bir sıvı fazı (dağınık faz) ikinci bir fazda (sürekli faz) küçük damlacıklar halinde dağıtmak için gereken gücü sağlar. Dağılma bölgesinde, patlayan kavitasyon kabarcıkları, çevredeki sıvıda yoğun şok dalgalarına neden olur ve yüksek sıvı hızında sıvı jetlerinin oluşumuna neden olur. Dispers fazın yeni oluşan damlacıklarını birleşmeye karşı stabilize etmek için, emülsiyona emülgatörler (yüzey aktif maddeler, yüzey aktif maddeler) ve stabilizatörler eklenir. Bozulmadan sonra damlacıkların birleşmesi, nihai damlacık boyutu dağılımını etkilediğinden, ultrasonik dağıtma bölgesindeki damlacık bozulmasından hemen sonra dağılıma eşit bir seviyede nihai damlacık boyutu dağılımını korumak için verimli bir şekilde stabilize edici emülgatörler kullanılır.

lipozomal dispersiyonlar

Doymamış fosfatidilklor bazlı lipozomal dispersiyonlar, oksidasyona karşı stabiliteden yoksundur. Dispersiyonun stabilizasyonu, bir C ve E vitamini kompleksi gibi antioksidanlar ile sağlanabilir.
Ortan ve ark. (2002) Anethum graveolens esansiyel yağının lipozomlarda ultrasonik olarak hazırlanması ile ilgili çalışmalarında iyi sonuçlar elde etmişlerdir. Sonikasyondan sonra, lipozomların boyutu 70-150 nm arasında ve MLV için 230-475 nm arasındaydı; bu değerler 2 ay sonra da yaklaşık olarak sabitti, ancak 12 ay sonra, özellikle SUV dağılımında azaldı (aşağıdaki histogramlara bakın). Esansiyel yağ kaybı ve boyut dağılımı ile ilgili stabilite ölçümü, lipozomal dispersiyonların uçucu yağ içeriğini koruduğunu da göstermiştir. Bu, esansiyel yağın lipozomlarda hapsedilmesinin yağ stabilitesini arttırdığını göstermektedir.
 

1 yıl sonra MLV ve SUV dispersiyonlarının stabilitesi. Lipozomal formülasyonlar 4±1 ºC'de saklandı.
(Çalışma ve grafik: ©Ortan ve ark., 2009):

 
Ultrasonik lipozom hazırlığı hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Farmasötik Araştırma ve Üretim için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, ilaç araştırma ve üretimi için yüksek kaliteli, yüksek performanslı sonikatörlerin en iyi tedarikçisidir. 50 watt'tan 16.000 watt'a kadar olan cihazlar, her hacim ve her işlem için doğru ultrasonik işlemciyi bulmanızı sağlar. Yüksek performansları, güvenilirliği, sağlamlığı ve kolay kullanımı ile ultrasonik tedavi, nanomalzemelerin hazırlanması ve işlenmesi için önemli bir tekniktir. CIP (yerinde temizlik) ve SIP (yerinde sterilize) ile donatılmış Hielscher sonicators, farmasötik standartlara göre güvenli ve verimli üretimi garanti eder. Tüm spesifik ultrasonik işlemler laboratuarda veya tezgah üstü ölçekte kolayca test edilebilir. Bu denemelerin sonuçları tamamen tekrarlanabilir, böylece bir sonraki ölçek büyütme doğrusal olarak yapılır ve süreç optimizasyonu ile ilgili ek çaba sarf etmeden kolayca yapılabilir.

Hielscher Sonicators: Tasarım, Üretim ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite

Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Literatür/Referanslar