Bào chế chất mang thuốc lipid có cấu trúc nano bằng siêu âm

Chất mang lipid có cấu trúc nano (NLC) là một dạng hệ dẫn truyền thuốc tiên tiến có kích thước nano, với lõi lipid và lớp vỏ tan trong nước. NLC có độ ổn định cao, bảo vệ các phân tử có hoạt tính sinh học khỏi sự phân hủy và giúp giải phóng thuốc kéo dài. Xử lý siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy, hiệu quả và đơn giản để sản xuất chất mang lipid có cấu trúc nano được nạp dược chất.

Điều chế chất mang lipid có cấu trúc nano bằng siêu âm

Chất mang lipid có cấu trúc nano (NLC) chứa lipid rắn, lipid lỏng và chất hoạt động bề mặt trong môi trường nước, nhờ đó có các đặc tính tốt về độ tan và sinh khả dụng. NLC được sử dụng rộng rãi để bào chế các hệ chất mang thuốc ổn định, có sinh khả dụng cao và khả năng giải phóng thuốc kéo dài. NLC có phạm vi ứng dụng rộng, từ đường uống đến đường tiêm, bao gồm cả dùng tại chỗ/qua da, dùng cho mắt (nhãn khoa) và dùng qua phổi.
Phân tán và nhũ hóa bằng siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy và hiệu quả để điều chế chất mang lipid có cấu trúc nano được nạp các hợp chất có hoạt tính. Điều chế NLC bằng siêu âm có ưu điểm lớn là không cần dung môi hữu cơ, lượng lớn chất hoạt động bề mặt hoặc các hợp chất phụ gia. Bào chế NLC bằng siêu âm là một phương pháp tương đối đơn giản, trong đó lipid nóng chảy được thêm vào dung dịch chất hoạt động bề mặt rồi được xử lý siêu âm.

Các quy trình minh họa để nạp dược chất vào chất mang lipid có cấu trúc nano bằng siêu âm

NLC được nạp Dexamethasone bằng xử lý siêu âm
Một hệ NLC không độc, có tiềm năng dùng cho mắt, đã được điều chế bằng xử lý siêu âm, cho phân bố kích thước hẹp, hiệu suất lưu giữ Dexamethasone cao và khả năng thấm được cải thiện. Các hệ NLC được điều chế bằng siêu âm, sử dụng máy siêu âm Hielscher UP200S và các thành phần Compritol 888 ATO, Miglyol 812N và Cremophor RH60.
Lipid rắn, lipid lỏng và chất hoạt động bề mặt được làm nóng chảy bằng máy khuấy từ gia nhiệt ở 85ºC. Sau đó, Dexamethasone được thêm vào hỗn hợp lipid nóng chảy và được phân tán. Nước tinh khiết được gia nhiệt ở 85ºC và hai pha được xử lý siêu âm (ở biên độ 70% trong 10 min) bằng máy đồng nhất siêu âm Hielscher UP200S . Hệ NLC được làm nguội trong bể nước đá.
Các NLC được điều chế bằng siêu âm có phân bố kích thước hẹp, hiệu suất lưu giữ DXM cao và khả năng thấm được cải thiện.
Các nhà nghiên cứu khuyến nghị sử dụng nồng độ chất hoạt động bề mặt thấp và nồng độ lipid thấp (ví dụ: 2,5% đối với chất hoạt động bề mặt và 10% đối với tổng lipid), vì khi đó các thông số quan trọng về độ ổn định (Z_ave, ZP, PDI) và khả năng nạp thuốc (EE%) đều phù hợp, trong khi nồng độ chất nhũ hóa có thể duy trì ở mức thấp.
(xem Kiss và cộng sự 2019)

NLC được nạp retinyl palmitate bằng xử lý siêu âm
Retinoid là một thành phần được sử dụng rộng rãi trong các liệu pháp da liễu điều trị nếp nhăn. Retinol và retinyl palmitate là hai hợp chất thuộc nhóm retinoid có khả năng làm tăng độ dày của lớp biểu bì và có hiệu quả chống nhăn.
Công thức NLC được bào chế bằng phương pháp xử lý siêu âm. Công thức chứa 7,2% cetyl palmitate, 4,8% axit oleic, 10% Tween 80, 10% glycerin và 2% retinyl palmitate. Các bước sau đây được thực hiện để sản xuất NLC được nạp retinyl palmitate: Hỗn hợp lipid nóng chảy được trộn với chất hoạt động bề mặt, chất đồng hoạt động bề mặt, glycerin và nước khử ion ở 60–70°C. Hỗn hợp này được khuấy bằng máy trộn có lực cắt cao ở 9800rpm trong 5 min. Sau khi nhũ tương sơ bộ hình thành, nhũ tương sơ bộ này được xử lý siêu âm ngay bằng máy đồng nhất siêu âm dạng đầu dò trong 2 min. Sau đó, NLC thu được được giữ ở nhiệt độ phòng trong 24 h. Nhũ tương được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong 24 h và kích thước hạt nano được đo. Công thức NLC cho kích thước hạt trong khoảng 200–300nm. NLC thu được có màu vàng nhạt, kích thước giọt là 258±15,85 nm và chỉ số đa phân tán là 0,31±0,09. Ảnh TEM bên dưới cho thấy các NLC được nạp retinyl palmitate được điều chế bằng siêu âm.
(xem Pamudji và cộng sự 2015)

NLC chứa Zingiber zerumbet được bào chế bằng siêu âm
Các chất mang lipid cấu trúc nano gồm hỗn hợp lipid rắn, lipid lỏng và chất hoạt động bề mặt. Đây là các hệ dẫn truyền thuốc ưu việt để đưa các chất có hoạt tính sinh học ít tan trong nước vào cơ thể và làm tăng đáng kể sinh khả dụng của chúng.
Các bước sau đây đã được thực hiện để bào chế NLC chứa Zingiber zerumbet. 1% lipid rắn, tức glyceryl monostearate, và 4% lipid lỏng, tức dầu dừa nguyên chất, được trộn và nấu chảy ở 50°C để thu được pha lipid đồng nhất, trong suốt. Sau đó, 1% tinh dầu Zingiber zerumbet được thêm vào pha lipid, trong khi nhiệt độ được duy trì liên tục ở mức cao hơn nhiệt độ nóng chảy của glyceryl monostearate 10°C. Để chuẩn bị pha nước, nước cất, Tween 80 và lecithin đậu nành được trộn với nhau theo đúng tỷ lệ. Hỗn hợp nước được thêm ngay vào hỗn hợp lipid để tạo thành hỗn hợp tiền nhũ tương. Sau đó, tiền nhũ tương được đồng nhất bằng máy đồng nhất có lực cắt cao ở 11.000 rpm trong 1 min. Tiếp theo, tiền nhũ tương được xử lý bằng máy siêu âm dạng đầu dò ở biên độ 50% trong 20 min. Cuối cùng, hệ phân tán NLC được làm nguội trong bể nước đá đến nhiệt độ phòng (25±1°C) nhằm làm lạnh nhanh hỗn dịch trong bể lạnh để ngăn các hạt kết tụ. NLC được bảo quản ở 4°C.
NLC chứa Zingiber zerumbet có kích thước tính bằng nanomet là 80,47±1,33, chỉ số đa phân tán ổn định là 0,188±2,72 và điện thế zeta là -38,9±2,11. Hiệu suất bao gói cho thấy khả năng bao gói tinh dầu Zingiber zerumbet của chất mang lipid với hiệu suất trên 80%.
(xem Rosli và cộng sự 2015)

NLC chứa Valsaratan được bào chế bằng siêu âm
Valsaratan là một chất chẹn thụ thể angiotensin II được dùng trong thuốc hạ huyết áp. Valsartan có sinh khả dụng thấp, chỉ khoảng 23%, do ít tan trong nước. Việc sử dụng phương pháp nhũ hóa nóng chảy bằng siêu âm cho phép bào chế NLC chứa Valsaratan có sinh khả dụng được cải thiện đáng kể.
Quy trình đơn giản là trộn dung dịch Val trong dầu với một lượng vật liệu lipid nóng chảy nhất định ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của lipid 10°C. Dung dịch chất hoạt động bề mặt trong nước được chuẩn bị bằng cách hòa tan các khối lượng nhất định của Tween 80 và natri deoxycholate. Dung dịch chất hoạt động bề mặt tiếp tục được gia nhiệt đến cùng nhiệt độ rồi trộn với dung dịch thuốc trong lipid dạng dầu bằng siêu âm đầu dò trong 3 min. để tạo nhũ tương. Sau đó, nhũ tương hình thành được phân tán trong nước đã làm lạnh bằng cách khuấy từ trong 10 min. NLC hình thành được tách bằng ly tâm. Các mẫu dịch nổi được lấy và phân tích nồng độ Val bằng phương pháp HPLC đã được thẩm định.
Phương pháp nhũ hóa nóng chảy bằng siêu âm có nhiều ưu điểm, bao gồm tính đơn giản, điều kiện gây tác động bất lợi ở mức tối thiểu và không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại. Hiệu suất lưu giữ thuốc tối đa đạt được là 75,04%
(xem Albekery và cộng sự 2017)

Các hoạt chất khác như paclitaxel, clotrimazol, domperidone, puerarin và meloxicam cũng đã được đưa thành công vào các hạt nano lipid rắn và chất mang lipid cấu trúc nano bằng các kỹ thuật siêu âm. (xem Bahari và Hamishehkar 2016)

Siêu âm, với vai trò là phương pháp bào chế chất mang lipid nano (NLC), có thể được sử dụng như kỹ thuật đồng nhất hóa lạnh hoặc nóng. Đồng nhất hóa bằng siêu âm tạo ra phân bố kích thước hạt hẹp, giúp cải thiện độ ổn định và đặc tính bảo quản của NLC.

Đồng nhất hóa lạnh bằng siêu âm

Khi kỹ thuật đồng nhất hóa lạnh được sử dụng để điều chế chất mang lipid cấu trúc nano, các phân tử có hoạt tính dược lý, tức là dược chất, được hòa tan trong lipid nóng chảy rồi làm lạnh nhanh bằng nitơ lỏng hoặc đá khô. Trong quá trình làm lạnh, lipid đông rắn. Khối lipid rắn sau đó được nghiền đến kích thước nano. Các hạt nano lipid được phân tán trong dung dịch chất hoạt động bề mặt lạnh, tạo thành tiền huyền phù lạnh. Cuối cùng, huyền phù này được xử lý bằng siêu âm ở nhiệt độ phòng, thường sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy.
Vì các chất chỉ được gia nhiệt một lần ở bước đầu tiên, phương pháp đồng nhất hóa lạnh bằng siêu âm chủ yếu được sử dụng để bào chế các thuốc nhạy nhiệt. Do nhiều phân tử có hoạt tính sinh học và hợp chất dược phẩm dễ bị phân hủy do nhiệt, phương pháp đồng nhất hóa lạnh bằng siêu âm được ứng dụng rộng rãi. Một ưu điểm khác của kỹ thuật đồng nhất hóa lạnh là tránh sử dụng pha nước, giúp dễ dàng bao gói các phân tử ưa nước, vốn có thể phân bố từ pha lipid lỏng sang pha nước trong quá trình đồng nhất hóa nóng.

Đồng nhất hóa nóng bằng siêu âm

Khi xử lý bằng siêu âm được sử dụng làm kỹ thuật đồng nhất hóa nóng, lipid nóng chảy và hợp chất có hoạt tính (tức là hoạt chất có tác dụng dược lý) được phân tán trong chất hoạt động bề mặt nóng dưới tác động khuấy mạnh để tạo tiền nhũ tương. Đối với quá trình đồng nhất hóa nóng, điều quan trọng là cả hai dung dịch, gồm huyền phù lipid/dược chất và chất hoạt động bề mặt, phải được gia nhiệt đến cùng một nhiệt độ (cao hơn điểm nóng chảy của lipid rắn khoảng 5–10°C). Ở bước thứ hai, tiền nhũ tương sau đó được xử lý bằng siêu âm hiệu năng cao trong khi vẫn duy trì nhiệt độ.

Thiết bị siêu âm hiệu năng cao dành cho chất mang lipid cấu trúc nano

Các hệ thống siêu âm mạnh mẽ của Hielscher Ultrasonics được sử dụng trên toàn thế giới trong nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất dược phẩm để tạo ra các chất mang thuốc kích thước nano chất lượng cao như hạt nano lipid rắn (SLNs), chất mang lipid cấu trúc nano (NLCs), nhũ tương nano và nang nano. Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, Hielscher cung cấp các thiết bị siêu âm từ máy đồng nhất cầm tay dùng trong phòng thí nghiệm nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ và thiết bị siêu âm để bàn đến các hệ thống siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp để sản xuất các công thức bào chế dược phẩm với khối lượng lớn. Nhiều loại đầu dò siêu âm và thiết bị phản ứng được cung cấp để bảo đảm cấu hình tối ưu cho quá trình sản xuất chất mang lipid cấu trúc nano (NLCs) của bạn. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 với tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.
Để giúp khách hàng đáp ứng Thực hành tốt sản xuất (GMP) và thiết lập các quy trình được chuẩn hóa, tất cả thiết bị siêu âm kỹ thuật số đều được trang bị phần mềm thông minh để thiết lập chính xác thông số xử lý siêu âm, kiểm soát quá trình liên tục và tự động ghi lại tất cả thông số quá trình quan trọng trên thẻ SD tích hợp. Chất lượng sản phẩm cao phụ thuộc vào việc kiểm soát quá trình và duy trì các tiêu chuẩn xử lý cao một cách liên tục. Thiết bị siêu âm Hielscher giúp bạn giám sát và chuẩn hóa quy trình của mình!

Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp biên độ rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7. Đối với các biên độ còn cao hơn, có các đầu dò siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 với tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: