Ультразвукове формулювання наноструктурованих ліпідних носіїв ліків

Наноструктуровані ліпідні носії (NLC) – це вдосконалена форма нанорозмірних систем доставки ліків, що мають ліпідне ядро та водорозчинну оболонку. NLC мають високу стабільність, захищають активні біомолекули від деградації та забезпечують тривале вивільнення ліків. Ультразвукова обробка є надійним, ефективним і простим методом виробництва навантажених наноструктурованих ліпідних носіїв.

Ультразвукове приготування наноструктурованих ліпідних носіїв

Наноструктуровані ліпідні носії (NLC) містять твердий ліпід, рідкий ліпід та поверхнево-активну речовину у водному середовищі, що надає їм хороших характеристик розчинності та біодоступності. NLC широко використовуються для формулювання стабільних систем носіїв ліків з високою біодоступністю та тривалим вивільненням ліків. NLC мають широкий спектр застосувань, від перорального до парентерального введення, включаючи топікальне/трансдермальне, офтальмологічне (очне) та пульмональне введення.
Ультразвукова дисперсія та емульсифікація є надійним і ефективним методом приготування наноструктурованих ліпідних носіїв, навантажених активними сполуками. Ультразвукове приготування NLC має основну перевагу, яка полягає у відсутності потреби в органічному розчиннику, великих кількостях поверхнево-активних речовин або добавкових сполук. Ультразвукове формулювання NLC є відносно простим методом, оскільки розплавлений ліпід додається до розчину поверхнево-активної речовини, а потім піддається ультразвуковій обробці.

Прикладні протоколи для ультразвукового навантаження наноструктурованих ліпідних носіїв

NLC, навантажені дексаметазоном, за допомогою ультразвукової обробки
Нетоксичну потенційну офтальмологічну систему NLC було приготовано за допомогою ультразвукової обробки, що призвело до вузького розподілу розмірів, високої ефективності захоплення дексаметазону та покращеної проникності. Системи NLC були приготовані за допомогою ультразвуку з використанням Hielscher UP200S ультразвукового гомогенізатора та Compritol 888 ATO, Miglyol 812N і Cremophor RH60 як компонентів.
Твердий ліпід, рідкий ліпід та поверхнево-активну речовину розплавили за допомогою нагрівального магнітного мішалки при 85ºC. Потім до розплавленої ліпідної суміші додали дексаметазон і диспергували його. Чисту воду нагріли до 85ºC, і дві фази піддали ультразвуковій обробці (при амплітуді 70% протягом 10 хв) за допомогою Hielscher UP200S ультразвукового гомогенізатора. Систему NLC охолодили в крижаній ванні.
NLC, приготовані за допомогою ультразвуку, демонструють вузький розподіл розмірів, високу ефективність захоплення DXM та покращену проникність.
Дослідники рекомендують використовувати низьку концентрацію поверхнево-активної речовини та низьку концентрацію ліпідів (наприклад, 2,5% для поверхнево-активної речовини та 10% для загального ліпіду), оскільки тоді критичні параметри стабільності (Z_ave, ZP, PDI) та ємність навантаження ліків (EE%) є прийнятними, тоді як концентрація емульгатора може залишатися на низькому рівні.
(пор. Kiss et al. 2019)

NLC, навантажені ретинілу пальмітатом, за допомогою ультразвукової обробки
Ретиноїди є широко використовуваним інгредієнтом у дерматологічних терапіях зморшок. Ретинол і ретинілу пальмітат – це дві сполуки з групи ретиноїдів, які здатні збільшувати товщину епідермісу та є ефективними як засоби проти зморшок.
Формулювання NLC було приготовано методом ультразвукової обробки. Формулювання містило 7,2% цетилпальмітату, 4,8% олеїнової кислоти, 10% Tween 80, 10% гліцерину та 2% ретинілу пальмітату. Для виробництва NLC, навантажених ретинілу пальмітатом, було виконано наступні кроки: суміш розплавлених ліпідів змішують з поверхнево-активною речовиною, співповерхнево-активною речовиною, гліцерином та деіонізованою водою при 60-70°C. Цю суміш перемішують за допомогою високозсувного мішалки при 9800rpm протягом 5 хв. Після утворення попередньої емульсії, цю попередню емульсію негайно піддають ультразвуковій обробці за допомогою зондового ультразвукового гомогенізатора протягом 2 хв. Потім отриманий NLC витримували при кімнатній температурі протягом 24 h. Емульсію зберігали при кімнатній температурі протягом 24 h, і вимірювали розмір наночастинок. Формула NLC показала розміри частинок у діапазоні 200-300nm. Отриманий NLC має блідо-жовтий вигляд, розмір глобул 258±15,85 nm та індекс полідисперсності 0,31±0,09. Зображення TEM нижче показує NLC, навантажені ретинілу пальмітатом, приготовані за допомогою ультразвуку.
(пор. Pamudji et al. 2015)

Наноструктуровані ліпідні носії з Zingiber zerumbet, отримані за допомогою ультразвукової обробки
Наноструктуровані ліпідні носії складаються з суміші твердого ліпіду, рідкого ліпіду та поверхнево-активної речовини. Вони є чудовими системами доставки ліків для введення біоактивних речовин із поганою розчинністю у воді та для значного підвищення їхньої біодоступності.
Для формулювання наноструктурованих ліпідних носіїв із Zingiber zerumbet були виконані наступні кроки. 1% твердого ліпіду, тобто гліцерил моностеарату, та 4% рідкого ліпіду, тобто нерафінованої кокосової олії, змішували та розплавляли при 50°C для отримання однорідної прозорої ліпідної фази. Потім до ліпідної фази додавали 1% олії Zingiber zerumbet, підтримуючи температуру постійно на 10°C вище за температуру плавлення гліцерил моностеарату. Для приготування водної фази дистильовану воду, Tween 80 та соєвий лецитин змішували разом у правильному співвідношенні. Водну суміш негайно додавали до ліпідної суміші для утворення передемульсійної суміші. Потім передемульсію гомогенізували за допомогою високосдвигового гомогенізатора при 11 000 rpm протягом 1 хв. Після цього передемульсію обробляли ультразвуком за допомогою зондового ультразвукового апарату при 50% амплітуді протягом 20 хв. Нарешті, дисперсію NLC охолоджували в крижаній ванні до кімнатної температури (25±1°C), щоб загасити суспензію в холодній ванні та запобігти агрегації частинок. NLC зберігали при 4°C.
Наноструктуровані ліпідні носії з Zingiber zerumbet мають нанометровий розмір 80,47±1,33, стабільний індекс полідисперсності 0,188±2,72 та заряд дзета-потенціалу -38,9±2,11. Ефективність інкапсуляції демонструє здатність ліпідного носія інкапсулювати олію Zingiber zerumbet з ефективністю понад 80%.
(пор. Rosli et al. 2015)

Наноструктуровані ліпідні носії з вальсаратаном, отримані за допомогою ультразвукової обробки
Вальсаратан – це блокатор рецепторів ангіотензину II, що використовується в антигіпертензивних препаратах. Вальсартан має низьку біодоступність приблизно 23% лише через його погану розчинність у воді. Використання методу ультразвукового розплавного емульгування дозволило приготувати наноструктуровані ліпідні носії з вальсаратаном, що характеризуються значно покращеною біодоступністю.
Просто олія розчин вальсу змішували з певною кількістю розплавленого ліпідного матеріалу при температурі на 10°C вище за точку плавлення ліпіду. Водний розчин поверхнево-активної речовини готували, розчиняючи певні ваги Tween 80 та натрію дезоксихолату. Розчин поверхнево-активної речовини додатково нагрівали до тієї ж температури та змішували з олійним розчином ліпідного препарату за допомогою зондової ультразвукової обробки протягом 3 хв. для утворення емульсії. Потім утворену емульсію диспергували в охолодженій воді за допомогою магнітного перемішування протягом 10 хв. Утворені NLC відділяли за допомогою центрифугування. Зразки із супернатанту відбирали та аналізували на концентрацію вальсу за допомогою валідованого методу ВЕРХ.
Метод ультразвукового розплавного емульгування має низку переваг, включаючи простоту з мінімальними стресовими умовами та відсутність токсичних органічних розчинників. Максимальна досягнута ефективність захоплення становила 75,04%
(пор. Albekery et al. 2017)

Інші активні сполуки, такі як паклітаксел, клотримазол, домперидон, пуерарин та мелоксикам, також успішно інкорпорували в тверді ліпідні наночастинки та наноструктуровані ліпідні носії за допомогою ультразвукових методів. (пор. Bahari and Hamishehkar 2016)

Ультразвукова обробка як метод підготовки для формулювання наноліпідних носіїв (NLC) може використовуватися як техніка холодного або гарячого гомогенізування. Ультразвукове гомогенізування призводить до вузького розподілу розмірів частинок, що покращує стабільність NLC та їхні властивості зберігання.

Ультразвукове холодне гомогенізування

Коли техніку холодного гомогенізації використовують для приготування наноструктурованих ліпідних носіїв, фармакологічно активні молекули, тобто лікарський засіб, розчиняють у розплаві ліпідів, а потім швидко охолоджують за допомогою рідкого азоту або сухого льоду. Під час охолодження ліпіди тверднуть. Тверду ліпідну масу потім подрібнюють до розміру наночастинок. Ліпідні наночастинки диспергують у холодному розчині поверхнево-активної речовини, отримуючи холодну передсуспензію. Нарешті, цю суспензію піддають ультразвуковій обробці, часто використовуючи проточний ультразвуковий реактор, при кімнатній температурі.
Оскільки речовини нагрівають лише один раз на першому етапі, ультразвукова холодну гомогенізацію переважно використовують для формулювання термочутливих лікарських засобів. Оскільки багато біоактивних молекул та фармацевтичних сполук схильні до термічної деградації, ультразвукова холодну гомогенізація є широко застосовуваним методом. Додатковою перевагою техніки холодного гомогенізації є уникнення водної фази, що полегшує інкапсуляцію гідрофільних молекул, які інакше могли б переходити з рідкої ліпідної фази у водну фазу під час гарячого гомогенізації.

Ультразвукове гаряче гомогенізація

Коли ультразвукову обробку використовують як техніку гарячого гомогенізації, розплавлені ліпіди та активну сполуку (тобто фармакологічно активну інгредієнт) диспергують у гарячому розчині поверхнево-активної речовини при інтенсивному перемішуванні для отримання передемульсії. Для процесу гарячого гомогенізації важливо, щоб обидва розчини, суспензія ліпідів/лікарського засобу та розчин поверхнево-активної речовини, були нагріті до однакової температури (приблизно на 5–10°C вище температури плавлення твердого ліпіду). На другому етапі передемульсію обробляють високопродуктивною ультразвуковою обробкою, підтримуючи температуру.

Високопродуктивні ультразвукові системи для наноструктурованих ліпідних носіїв

Потужні ультразвукові системи Hielscher Ultrasonics використовуються у всьому світі у фармацевтичних дослідженнях і розробках та виробництві для створення високоякісних наноносіїв для ліків, таких як тверді ліпідні наночастинки (SLN), наноструктуровані ліпідні носії (NLC), наноемульсії та нанокапсули. Щоб задовольнити вимоги своїх клієнтів, Hielscher постачає ультразвукові системи від компактних, але потужних ручних лабораторних гомогенізаторів та настільних ультразвукових систем до повністю промислових ультразвукових систем для виробництва великих обсягів фармацевтичних формуляцій. Широкий асортимент ультразвукових сонотродів та реакторів доступний для забезпечення оптимальної конфігурації для вашого виробництва наноструктурованих ліпідних носіїв (NLC). Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати цілодобово (24/7) у важких умовах та у вимогливих середовищах.
Щоб дозволити нашим клієнтам відповідати вимогам належної виробничої практики (GMP) та впроваджувати стандартизовані процеси, всі цифрові ультразвукові системи оснащені інтелектуальним програмним забезпеченням для точного налаштування параметрів ультразвукової обробки, безперервного контролю процесу та автоматичного запису всіх важливих параметрів процесу на вбудовану SD-картку. Висока якість продукту залежить від контролю процесу та постійно високих стандартів обробки. Ультразвукові системи Hielscher допомагають вам моніторити та стандартизувати ваш процес!

Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати цілодобово (24/7) у важких умовах та у вимогливих середовищах.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових систем: