Ультразвукова обробка наночастинок для фармацевтики

Ультразвукові апарати зондового типу відіграють вирішальну роль у фармацевтичних дослідженнях і виробництві, забезпечуючи потужний і контрольований засіб для досягнення зменшення розміру частинок, руйнування клітин і гомогенізації. Ультразвукові апарати використовують ультразвукові хвилі для створення кавітації, що призводить до утворення та руйнування мікроскопічних бульбашок. Це явище генерує інтенсивні сили зсуву та ударні хвилі, ефективно розщеплюючи частинки або руйнуючи клітини.

Ось деякі ключові аспекти використання ультразвукових апаратів зондового типу у фармацевтичних цілях:

• Зменшення розміру частинок: Зондові ультразвуки використовуються для зменшення розміру частинок активних фармацевтичних інгредієнтів (АФІ) або інших сполук. Невеликий та однорідний розмір частинок є життєво важливим для підвищення біодоступності, швидкості розчинення та загальної ефективності фармацевтичних препаратів.
• Руйнування клітин: У біофармацевтичних дослідженнях зондові соніки використовуються для руйнування клітин з метою вивільнення внутрішньоклітинних компонентів. Це особливо важливо для екстракції білків, ферментів та інших біомолекул з мікробних клітин або культивованих клітин ссавців.
• Гомогенізації: Гомогенізація фармацевтичних рецептур має важливе значення для забезпечення рівномірного розподілу інгредієнтів. Зондові ультразвукові апарати допомагають досягти однорідності, розщеплюючи агломери та рівномірно розподіляючи компоненти.
• Наноемульсія та формування ліпосом: Ультразвук використовується для створення стабільних наноемульсій і ліпосом у фармацевтичних рецептурах. Ці нанорозмірні системи доставки використовуються для доставки ліків для підвищення розчинності та біодоступності.
• Контроль якості та оптимізація процесів: Ультразвук є цінним інструментом контролю якості у фармацевтичному виробництві. Це допомагає оптимізувати процеси, забезпечуючи стабільний розподіл частинок за розміром і однорідність, сприяючи відтворюваності від партії до партії.
• Формуляція та розробка препарату: Під час формулювання та розробки ліків зондні ультразвукові апарати використовуються для приготування стабільних суспензій, емульсій або дисперсій. Це має вирішальне значення для розробки фармацевтичних продуктів з бажаними фізичними та хімічними властивостями.

Наноматеріали у фармацевтиці

Ультразвукові технології відіграють ключову роль у підготовці, обробці та функціоналізації наноматеріалів у фармацевтичних дослідженнях та виробництві. Інтенсивний вплив ультразвуку високої потужності, включаючи акустичну кавітацію, сприяє руйнуванню агломератів, розсіювання частинок і емульгуванню нанокрапель. Високопродуктивні ультразвукові апарати Hielscher забезпечують надійне та ефективне рішення для фармацевтичних стандартів, забезпечуючи безпечне виробництво та сприяючи розширенню масштабів без додаткових зусиль з оптимізації.

Обробка наноматеріалів

Наноматеріали, зокрема наночастинки, зробили революцію в доставці ліків у фармацевтиці, пропонуючи перевірений метод введення активних речовин перорально або за допомогою ін'єкцій. Ця технологія підвищує ефективність дозування та доставки ліків, відкриваючи нові шляхи для медичного лікування. Здатність доставляти ліки, тепло або інші активні речовини безпосередньо до конкретних клітин, особливо до хворих, знаменує значний прогрес.

У терапії раку нанорозроблені препарати продемонстрували багатообіцяючі результати, використовуючи перевагу нанорозмірних частинок для доставки високих доз ліків безпосередньо до пухлинних клітин, максимізуючи терапевтичний ефект при мінімізації побічних ефектів на інші органи. Нанорозмірний розмір дозволяє цим частинкам проходити через клітинні стінки та мембрани, вивільняючи активні речовини точно в цільові клітини.

Обробка наноматеріалів, які визначаються як частинки з розмірами менше 100 нм, представляє проблеми, які вимагають більших зусиль. Ультразвукова кавітація постає як добре зарекомендувала себе технологія деагломерації та диспергування наноматеріалів. Вуглецеві нанотрубки (CNT), особливо багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWCNTs) та одностінні вуглецеві нанотрубки (SWCNT), демонструють унікальні властивості, пропонуючи великий внутрішній об'єм для інкапсуляції молекул ліків і чіткі поверхні для функціоналізації.
 

Сонохімічне виробництво SWCNTs. Порошок кремнезему в розчині фероценово-ксилоленової суміші піддають ультразвукуванню протягом 20 хв при кімнатній температурі і при тиску навколишнього середовища. При ультразвуковому дослідженні на поверхні порошку кремнезему утворюються високочисті SWCNT. (Jeong et al. 2004)

Функціоналізовані вуглецеві нанотрубки (f-CNT) відіграють вирішальну роль у підвищенні розчинності, дозволяючи ефективно націлюватися на пухлини та уникати цитотоксичності. Ультразвукові методи полегшують їх виробництво та функціоналізацію, наприклад, сонохімічний метод для SWCNT високої чистоти. Крім того, f-ВНТ можуть служити системами доставки вакцин, пов'язуючи антигени з вуглецевими нанотрубками для індукції специфічних реакцій антитіл.
Керамічні наночастинки, отримані з кремнезему, титану або оксиду алюмінію, мають пористі поверхні, що робить їх ідеальними носіями ліків. Ультразвуковий синтез і осадження наночастинок за допомогою сонохімії забезпечують підхід «знизу-вгору» для приготування нанорозмірних сполук. Процес покращує масообмін, що призводить до менших розмірів частинок і більшої однорідності

Ультразвуковий синтез та осадження наночастинок

Ультразвук відіграє життєво важливу роль у функціонуванні наночастинок. Ця техніка ефективно розбиває прикордонні шари навколо частинок, дозволяючи новим функціональним групам досягати поверхні частинок. Наприклад, ультразвукова функціоналізація одностінних вуглецевих нанотрубок (SWCNTs) з фрагментами PL-PEG перешкоджає неспецифічному поглинанню клітин, одночасно сприяючи специфічному клітинному поглинанню для цільових застосувань.

Щоб отримати наночастинки зі специфічними характеристиками та функціями, поверхня частинок має бути модифікована. Різні наносистеми, такі як полімерні наночастинки, ліпосоми, дендримери, вуглецеві нанотрубки, квантові точки тощо, можуть бути успішно функціоналізовані для ефективного використання у фармацевтиці.

Практичний приклад ультразвукової фукціоналізації частинок:

Ультразвукова функціоналізація SWCNTs за допомогою PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) продемонстрували, що диспергування одностінних вуглецевих нанотрубок (SWNT) шляхом ультразвуку з фосфоліпід-поліетиленгліколем (PL-PEG) фрагментує його, тим самим перешкоджаючи його здатності блокувати неспецифічне поглинання клітинами. Однак нефрагментований PL-PEG сприяє специфічному клітинному поглинанню цільових SWNT до двох різних класів рецепторів, експресованих раковими клітинами. Ультразвукова обробка в присутності PL-PEG є поширеним методом, який використовується для диспергування або функціоналізації вуглецевих нанотрубок, і цілісність PEG важлива для сприяння специфічному клітинному поглинанню ліганд-функціоналізованих нанотрубок. Оскільки фрагментація є ймовірним наслідком ультразвуку, методу, який зазвичай використовується для розсіювання SWNT, це може викликати занепокоєння для певних застосувань, таких як доставка ліків.
 

Ультразвукова дисперсія SWCNTs з PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Ультразвукове формування ліпосом

Ще одним успішним застосуванням ультразвуку є підготовка ліпосом і нано-ліпосом. Системи доставки ліків і генів на основі ліпосоми відіграють значну роль у багатьох методах лікування, а також у косметиці та харчуванні. Ліпосоми є хорошими носіями, так як водорозчинні активні речовини можуть бути поміщені у водний центр ліпосоми або, якщо засіб жиророзчинний, в ліпідний шар. Ліпосоми можуть утворюватися за допомогою ультразвуку. Основним матеріалом для отримання ліпосом є амфільні молекули, отримані або на основі ліпідів біологічних мембран. Для утворення дрібних однопластинчастих пухирців (SUV) ліпідну дисперсію проводять м'яким ультразвуком – наприклад, за допомогою портативного ультразвукового апарату UP50H (50 Вт, 30 кГц), VialTviter або ультразвукового чашкового ріжка. Тривалість такої ультразвукової процедури триває приблизно 5 – 15 хвилин. Іншим методом отримання дрібних однопластинчастих пухирців є ультразвукове дослідження ліпосолом мультиламелярних везикул.
Dinu-Pirvu et al. (2010) повідомляє про отримання трансферосом шляхом ультразвукового випромінювання MLV при кімнатній температурі.
Hielscher Ultrasonics пропонує різноманітні ультразвукові пристрої, сонотроди та аксесуари для задоволення вимог усіх видів процесів.
Дізнайтеся більше про ультразвуково екстрагований та інкапсульований екстракт алое вера!

Ультразвукова інкапсуляція агентів у ліпосоми

Ліпосоми працюють як носії для активних агентів. Ультразвук є ефективним інструментом для підготовки і формування ліпосом для захоплення активних агентів. Перед інкапсуляцією ліпосоми мають тенденцію утворювати скупчення через поверхневу взаємодію заряд-заряд фосфоліпідних полярних головок (Míckova et al. 2008), крім того, їх потрібно відкрити. Як приклад, Zhu et al. (2003) описують інкапсуляцію порошку біотину в ліпосомах за допомогою ультразвуку. Оскільки порошок біотину був доданий до розчину для суспензії везикули, розчин піддавався ультразвуковому дослідженню приблизно 1 годину. Після такої обробки біотин потрапив у пастку ліпосоми.

Ліпосомальні емульсії

Для посилення живильного ефекту зволожуючих або омолоджуючих кремів, лосьйонів, гелів та інших космецевтичних складів до ліпосомальних дисперсій додають емульгатори для стабілізації більшої кількості ліпідів. Але дослідження показали, що здатність ліпосом в цілому обмежена. При додаванні емульгаторів цей ефект з'явиться раніше і додаткові емульгатори викликають ослаблення бар'єрної спорідненості фосфатидилхоліну. Наночастинки – До складу входять фосфатидилхолін і ліпіди – є відповіддю на цю проблему. Ці наночастинки утворені краплею олії, яка вкрита моношаром фосфатидилхоліну. Використання наночастинок дозволяє створювати склади, які здатні поглинати більше ліпідів і залишатися стабільними, завдяки чому не потрібні додаткові емульгатори.
Ультразвук є перевіреним методом отримання наноемульсій і нанодисперсій. Високоінтенсивний ультразвук забезпечує потужність, необхідну для розсіювання рідкої фази (дисперсна фаза) дрібними краплями в другій фазі (безперервна фаза). У зоні дисперсії вибухають кавітаційні бульбашки викликають інтенсивні ударні хвилі в навколишній рідині і призводять до утворення струменів рідини з великою швидкістю рідини. З метою стабілізації новоутворених крапель дисперсної фази проти злиття в емульсію додають емульгатори (поверхнево-активні речовини, поверхнево-активні речовини) і стабілізатори. Оскільки злиття крапель після руйнування впливає на кінцевий розподіл розміру крапель, для підтримки кінцевого розподілу розміру крапель на рівні, що дорівнює розподілу відразу після розриву крапель в зоні ультразвукового диспергування, використовуються ефективні стабілізуючі емульгатори.

ліпосомальні дисперсії

Ліпосомальні дисперсії, в основі яких лежить ненасичений фосфатидилхлорін, позбавлені стійкості проти окислення. Стабілізації дисперсії можна досягти антиоксидантами, наприклад, комплексом вітамінів С і Е.
Ortan et al. (2002) у своєму дослідженні щодо ультразвукового препарату ефірної олії Anethum graveolens у ліпосомах досягли хороших результатів. Після ультразвукового дослідження розмір ліпосоми становив 70-150 нм, а для MLV – 230-475 нм; ці значення були приблизно постійними також через 2 місяці, але припинялися через 12 місяців, особливо в дисперсії позашляховиків (див. гістограми нижче). Вимірювання стабільності щодо втрати ефірної олії та розподілу за розміром також показало, що ліпосомальні дисперсії зберігають вміст леткої олії. Це говорить про те, що захоплення ефірної олії в ліпосоми підвищувало стабільність олії.
 

Стабільність дисперсій MLV та SUV через 1 рік. Ліпосомальні склади зберігалися при температурі 4±1 ºC.
(Дослідження та графіка: ©Ортан та ін., 2009):

 
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвуковий препарат ліпосомами!

Високоефективні ультразвукові апарати для фармацевтичних досліджень і виробництва

Hielscher Ultrasonics є вашим головним постачальником високоякісних, високоефективних ультразвукових апаратів для досліджень і виробництва фармацевтичних препаратів. Пристрої в діапазоні від 50 Вт до 16 000 Вт дозволяють підібрати відповідний ультразвуковий процесор для кожного обсягу і кожного процесу. Завдяки своїй високій продуктивності, надійності, міцності та простоті експлуатації, ультразвукова обробка є важливою технікою для підготовки та обробки наноматеріалів. Оснащені системами CIP (чистота на місці) та SIP (стерилізація на місці), ультразвукові апарати Hielscher гарантують безпечне та ефективне виробництво відповідно до фармацевтичних стандартів. Всі специфічні ультразвукові процеси можна легко перевірити в лабораторних або настільних вагах. Результати цих випробувань є повністю відтворюваними, тому наступне масштабування є лінійним і може бути легко здійснене без додаткових зусиль щодо оптимізації процесу.

Звукорежисери Hielscher: дизайн, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Література/Список літератури