Hoe Nanokristallen Te Produceren: Technieken en Toepassingen in de Farmaceutische Industrie

Template-gestuurde synthese biedt een nieuwe dimensie aan de vorming van nanokristallen. Door gebruik te maken van poreuze membranen, oppervlakte-actieve micellen en biologische steunen kunnen reactieomgevingen of structurele richtlijnen worden gecreëerd die de vorming van specifieke vormen, composieten of assemblages van nanokristallen bevorderen. Door lokale chemische potentiaalverschillen en sterische beperkingen te beheersen, kunnen deze sjablonen complexe architecturen of hiërarchische materialen opleveren die anders moeilijk onder bulkomstandigheden te bereiken zouden zijn.

Top-Down Methoden

Top-down benaderingen omvatten de mechanische verkleining van grotere kristallen tot nanodeeltjes. Deze methoden worden vaak verkiesd bij industriële schaling vanwege hun directe schaalbaarheid.

Nat Molen

Nat molen is een veelgebruikte top-down techniek voor de productie van nanokristallen van farmaceutische stoffen. Het proces maakt gebruik van balmolen met maalmateriaal (glazen, zirconium of roestvrijstalen ballen) om de deeltjesgrootte van een stof te verlagen naar het nanometerbereik. Dit proces kan leiden tot een lichte vermindering van de kristalliniteit of gedeeltelijke amorfisering van de stof, wat de hogere oplosbaarheid van de resulterende nanokristallen verklaart in vergelijking met de onverwerkte poeder. Het zorgvuldig kiezen van geschikte stabilisatoren is cruciaal voor het verkrijgen van stabiele nanosuspensies. Vaak gebruikte stabilisatoren omvatten polymeren, cellulose, oppervlakte-actieve stoffen en lipiden. Deze stabilisatoren helpen bij het voorkomen van agglomeratie van de deeltjes en het proces van Ostwald-ripening, waardoor de fysieke stabiliteit van de nanokristallen wordt verbeterd.

Wet milling heeft aanzienlijke potentie voor de grootschalige productie van commercieel haalbare nanokristallen vanwege de gemakkelijke opschaling. Verschillende nanokristalproducten die zijn goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), zijn bereid met behulp van natte balmolen technieken. Het kleine deeltjesformaat van de nanokristallen (typisch 100-200 nm) kan alleen een lichte vermindering van de gewenste eigenschappen veroorzaken in vergelijking met de glazen matrix.

Naast het verbeteren van de oplosbaarheid en biologische beschikbaarheid van slecht oplosbare stoffen, worden nanokristallen ook onderzocht voor verschillende andere farmaceutische toepassingen, zoals transdermale toediening, gerichte medicijnafgifte en parenterale toediening. De combinatie van nanokristallen met andere benaderingen, zoals co-kristallisatie, wordt eveneens onderzocht om de eigenschappen van slecht oplosbare medicijnen verder te verbeteren.

Hoge-Druk Homogenisatie (HPH)

Hoge-druk homogenisatie is een veelgebruikte techniek in de farmaceutische industrie voor de productie van nanokristallen. Het proces houdt in dat een suspensie van het medicijn en stabilisatoren door een smalle opening wordt geduwd bij drukken tot 4000 bar, wat resulteert in de kavitering van de deeltjes en breuk door botsingen. Schaalbare systemen met geautomatiseerde controles maken continue verwerking en gemakkelijke opschaling mogelijk.

HPH heeft zich bewezen bij de productie van nanokristallen van slecht oplosbare stoffen, zoals curcumine en quercetine. De geoptimaliseerde HPH-omstandigheden, zoals temperatuur, druk en aantal cycli, kunnen de gewenste deeltjesgrootte, kristalliniteit en stabiliteit van de nanokristallen bereiken. Naast de deeltjesgrootte kan HPH ook invloed uitoefenen op andere fysisch-chemische eigenschappen van de nanokristallen, zoals de zeta-potentiaal, dispersie en viscositeit.

De voordelen van het gebruik van HPH voor de productie van nanokristallen omvatten de eenvoud, efficiëntie en milieuvriendelijkheid, aangezien het geen organische oplosmiddelen vereist. Desondanks moet worden opgemerkt dat het gebruik van zeer hoge drukken tijdens HPH mogelijk schadelijk kan zijn voor lange moleculen, zoals eiwitten en polysacchariden, wat hun functionele eigenschappen kan beïnvloeden. Het optimaliseren van HPH-omstandigheden is daarom cruciaal voor het verkrijgen van de gewenste eigenschappen van de nanokristallen.

Bottom-Up Methoden

Bottom-up benaderingen vertrouwen op gecontroleerde neerslag uit oplossingen. Hoewel ze vaak uniforme deeltjesgroottes en stabiele polymorfen bieden, is opschaling een grotere uitdaging vanwege de gevoeligheid van de nucleatie- en groeikinetiek.

Antisolventprecipitatie is een bottom-up te

Wat zijn liposomen in nanogeneeskunde en hoe dragen ze bij aan de ontwikkeling van geneesmiddeltoediening?

Het belangrijkste voordeel van liposomen als nanomedicijnen is hun vermogen om geneesmiddelen te vervoeren naar specifieke doelorganen of -weefsels, waarbij ze de biologische beschikbaarheid verbeteren en de bijwerkingen minimaliseren. Dit wordt mogelijk gemaakt door hun flexibiliteit in het ontwerp, die het mogelijk maakt om liposomen te manipuleren op basis van hun grootte, morfologie, concentratie, lading en de eigenschappen van de oplossing waarin ze zich bevinden, zoals ionische sterkte, pH en temperatuur.

Liposoomsystemen kunnen in twee hoofdcategorieën worden ingedeeld op basis van het aantal bilayers: multilamellaire vesikels (MLV) en unilamellaire vesikels. De unilamellaire vesikels kunnen op hun beurt verder worden onderverdeeld in grote unilamellaire vesikels (LUV's) en kleine unilamellaire vesikels (SUV's). De grootte van deze vesikels is van cruciaal belang, aangezien het de hoeveelheid van het geneesmiddel die erin wordt opgenomen, evenals de circulatieduur in het lichaam beïnvloedt. Liposomen die kleiner zijn dan 150 nm hebben bijvoorbeeld een grotere kans op opname door cellen, wat kan bijdragen aan verbeterde permeabiliteit en retentie op de doelplaats.

De stabiliteit en effectiviteit van liposomen als drug delivery systemen (DDS) zijn afhankelijk van verschillende factoren. De fysisch-chemische eigenschappen van de liposomen, zoals de lading, de concentratie en de structuur van de lipiden, spelen hierbij een essentiële rol. Deze factoren kunnen de encapsulatie-efficiëntie van het geneesmiddel en de circulatieduur beïnvloeden, wat belangrijk is voor het bereiken van therapeutische concentraties in de doelorganen zonder overmatige bijwerkingen.

Naast de basiseigenschappen van liposomen is het belangrijk te begrijpen hoe ze kunnen worden aangepast voor specifieke toepassingen in nanogeneeskunde. Moderne liposoomtechnologieën hebben de mogelijkheid om liposomen te modificeren met oppervlakte-eigenschappen zoals PEGylatie, wat hun circulatieduur in het lichaam verlengt en immuunresponsen vermindert. Bovendien kunnen liposomen worden geoptimaliseerd voor gerichte levering door ze te voorzien van specifieke liganden die binden aan receptoren op de doelcellen. Deze benaderingen dragen bij aan de ontwikkeling van nanomedicijnen die effectiever en veiliger zijn voor patiënten.

In de ontwikkeling van nanogeneeskunde worden liposomen vaak gecombineerd met andere technologieën, zoals lipide-PEG-lipide mengsels. Deze mengsels bieden extra stabiliteit en kunnen de farmacokinetische eigenschappen van het geneesmiddel verder verbeteren. Zo kunnen liposomen, die van zichzelf al een uitstekende drogencapsulatie en -levering bieden, worden geoptimaliseerd voor langdurige werking en verbeterde celafgifte, wat resulteert in een betere klinische effectiviteit.