Ультразвукове формулювання ніосом

Ніосоми – це везикули нанорозміру, які можна використовувати як носії для ліків (наприклад, протиракових препаратів) та інших біоактивних речовин. Ультразвукова емульсифікація є простим і швидким методом формулювання малих ніосом із високим навантаженням ліків.

Ніосомні везикули як нанонесії для активних інгредієнтів

Ніосома – це везикула на основі неионогенного поверхнево-активної речовини (ПАР), що переважно утворюється за рахунок включення неионогенної ПАР та холестерину як допоміжної речовини. Ніосоми є більш стійкими до хімічної деградації або окиснення та мають довший термін зберігання порівняно з ліпосомами. Завдяки ПАР, що використовуються для приготування ніосом, вони є біорозкладними, біосумісними та неімуногенними. Ніосоми є осмотично активними, хімічно стабільними та пропонують довший термін зберігання порівняно з ліпосомами. Залежно від розміру та ламелярності доступні різні методи приготування, такі як ультразвукова обробка, випаровування зворотної фази, гідратація тонкої плівки або процес поглинання ліків за градієнтом pH через мембрану. Ультразвукове приготування ніосом є переважною технікою для виробництва одношарових везикул, які є малими та однорідними за розміром.

Ультразвукове формулювання ніосом

Для формулювання ніосом необхідно приготувати емульсію «олія у воді» (о/в) з органічного розчину ПАР, холестерину та водного розчину, що містить біоактивну сполуку, тобто ліки. Ультразвукова емульсифікація є найкращою технікою для змішування незмішуваних рідин, таких як олія та вода. За допомогою зсуву крапель обох фаз і їх руйнування до нанорозміру отримують наноемульсію. Згодом органічний розчинник випаровується, в результаті чого утворюються ніосоми, навантажені терапевтичними агентами, які дисперговані у водній фазі. Порівняно з механічним перемішуванням, техніка ультразвукового формулювання ніосом переважає, формуючи ніосоми з меншим середнім розміром і нижчим індексом полідисперсності в швидкому процесі. Використання менших везикул загалом є переважним, враховуючи, що вони краще уникають механізмів кліренсу організму, ніж більші частинки, і залишаються в кровотоку протягом довшого часу. (пор. Bragagni et al. 2014)
Дізнайтеся більше про ультразвукову обробку для покращених формуляцій ніосом!

Протоколи ультразвукового приготування ніосом

Формулювання ніосом за допомогою ультразвукової обробки було ретельно досліджено, тому доступні численні науково обґрунтовані протоколи для виробництва ультразвукових ніосом.
Нижче наведено короткий огляд кількох протоколів формулювання, що готують і навантажують ніосоми за допомогою ультразвукової обробки.

Ніосоми, навантажені екстрактами Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) сформулювали грубий екстракт Withania somnifera в ніосоми, призначені для місцевого застосування. Біоактивні сполуки були інкапсульовані через ін’єкцію розчинника. Тому органічну та водну фази безперервно магнітно перемішували, а температуру підтримували на рівні 60°C ± 2°C, доки органічний розчинник не випарувався. Отриману формуляцію охолодили та обробили ультразвуком на льоду за допомогою ультразвукового гомогенізатора Hielscher UP200ST. Ніосоми мали середні розміри, що варіювалися приблизно від 165,9 ± 9,4, і показали високу ефективність захоплення (EE%) витаноліду A.

Ніосоми, навантажені доксорубіцином
Ніосоми N-пальмітоїлглюкозаміну (Glu), навантажені доксорубіцином, протираковим препаратом, були приготовлені шляхом струшування суміші NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), холестерину (58 mg) та Solulan C24 (54 mg) у розчині доксорубіцину (1,5 mg/ml, 2 ml, приготований у PBS) при 90°C протягом 1 h, з наступною зондовою ультразвуковою обробкою протягом 10 min (75% від макс.).
Везикули пальмітоїлглікохітозану (GCP) були приготовлені, як описано раніше (11), шляхом зондової ультразвукової обробки глікохітозану (10 mg) та холестерину (4 mg) у розчині доксорубіцину (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)

Альтернативні методи приготування ніосом

Альтернативні методи формулювання ніосом, такі як техніка випаровування зворотної фази або процес uptake ліків через трансмембранний градієнт pH, передбачають застосування ультразвукової енергії. Обидві техніки переважно використовуються для формулювання багатошарових везикул (MLVs). Нижче наведено короткий опис обох технік та етапу ультразвукової обробки.

Ультразвукова обробка при приготуванні ніосом методом випаровування зворотної фази

У методі випаровування зворотної фази (REV) компоненти ніосомальної формули розчиняють у суміші ефіру та хлороформу і додають до водної фази, що містить ліки. Для перетворення суміші на емульсію дрібного розміру використовують ультразвукову емульсифікацію. Згодом органічну фазу випаровують. Ніосоми, отримані під час випаровування органічного розчинника, є одношаровими везикулами великого розміру.

Процес uptake ліків через трансмембранний градієнт pH

Для процесу uptake ліків через трансмембранний градієнт pH (всередині кисле середовище) (з віддаленим навантаженням) ПАР і холестерин розчиняють у хлороформі. Потім розчинник випаровують під вакуумом, щоб отримати тонку плівку на стінці плоскодонної колби. Плівку гідратують за допомогою 300 mM лимонної кислоти (pH 4,0), перемішуючи суспензію на вихровому змішувачі. Багатошарові везикули заморожують і розморожують тричі, а потім обробляють ультразвуком за допомогою ультразвукового гомогенізатора зондового типу. До цієї ніосомальної суспензії додають водний розчин, що містить 10 mg/ml ліків, і перемішують на вихровому змішувачі. Потім pH зразка підвищують до 7,0-7,2 за допомогою 1M динатрійфосфату. Далі суміш нагрівають до 60°C протягом 10 хвилин. Ця техніка дає багатошарові везикули. (див. Kazi et al. 2010)

Ультразвукове зменшення розміру ніосом

Ніосоми зазвичай мають розмір у діапазоні від 10nm до 1000nm. Залежно від техніки приготування, ніосоми часто мають відносно великий розмір і схильні до утворення агрегатів. Однак специфічні розміри ніосом є важливим фактором, коли йдеться про цільовий тип системи доставки. Наприклад, дуже малий розмір ніосом у нанометровому діапазоні найбільш підходить для системної доставки ліків, де ліки повинні бути доставлені через клітинні мембрани, щоб досягти клітинної цільової ділянки, тоді як більші ніосоми рекомендовані для внутрішньом’язевої та внутрішньопорожнинної доставки ліків або офтальмологічних застосувань. Ультразвукове зменшення розміру ніосом є загальним етапом під час приготування високоефективних ніосом. Ультразвукові зсувні сили дезагрегують і диспергують ніосоми в монодисперсні наноніосоми.

Протокол – Ультразвукове зменшення розміру ЛіпоНіосом

Naderinezhad et al. (2017) сформулювали біосумісні ЛіпоНіосоми (комбінація ніосоми та ліпосоми), що містять Tween 60: холестерин: DPPC (у співвідношенні 55 : 30 : 15 : 3) з 3% DSPE-mPEG. Для зменшення розміру підготовлених ЛіпоНіосом після гідратації вони обробляли суспензію ультразвуком протягом 45 min (15 секунд увімкнено і 10 секунд вимкнено, амплітуда 70% при 100 ватах), щоб мінімізувати агрегацію частинок, використовуючи ультразвуковий гомогенізатор UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germany). Для методу градієнта pH сухі плівки CUR, ПАР і ліпідів гідратували 1300 mL амоній сульфату (pH 1⁄4 4) при 63 C протягом 47 min. Потім наночастинки обробляли ультразвуком на крижаній бані, щоб отримати малі везикули.

Ультразвукові гомогенізатори для приготування ніосом

Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у проєктуванні, виробництві, розповсюдженні та обслуговуванні високопродуктивних ультразвукових гомогенізаторів для фармацевтичної, харчової та косметичної промисловості.
Підготовка високоякісних ніосом, ліпосом, твердих ліпідних наночастинок, полімерних наночастинок, комплексів з циклодекстринами та інших наноструктурованих носіїв ліків є процесами, в яких ультразвукові системи Hielscher демонструють виняткові результати завдяки своїй високій надійності, стабільній потужності та точній керованості. Ультразвукові системи Hielscher дозволяють точно контролювати всі параметри процесу, такі як амплітуда, температура, тиск та енергія ультразвукової обробки. Інтелектуальне програмне забезпечення автоматично протоколює всі параметри ультразвукової обробки (час, дата, амплітуда, чиста енергія, загальна енергія, температура, тиск) на вбудованій SD-картці.
Надійність ультразвукових систем Hielscher дозволяє працювати цілодобово (24/7) у важких умовах та в складних середовищах.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових систем: