نانوذره سازی از ترکیبات زیست فعال کم محلول در آب

یکی از موانع اصلی توسعه ترکیبات غذادارو، حلالیت ضعیف بسیاری از آنها در آب است. حلالیت در یک دمای معین را می توان به عنوان مقدار ماده ای تعریف کرد که می تواند به طور کامل در یک مقدار مشخص از یک حلال حل شود. آب حلال مورد علاقه صنایع غذایی است زیرا ماده اصلی تشکیل دهنده ترکیبات غذایی و بدن انسان می باشد. تقریباً 40 درصد از داروهای جدید شناسایی شده توسط شرکت‌های داروسازی، حلالیت پایینی در آب داشته که تا حد زیادی مانع از کاربرد بالینی آنها می‌شود. حلالیت کم در آب، فراهمی زیستی و جذب این ترکیبات را محدود می کند (Chen و همکاران، 2011). داروی خوراکی در فرآیند رسیدن به هدف خود در بدن ابتدا باید در مایعات دستگاه گوارش (GIT) محلول باشد و به این شکل در محل جذب وجود داشته باشد. حلالیت ضعیف در آب می تواند به شدت بر سرعت انحلال تأثیر گذاشته و متعاقبا میزان داروی جذب شده در گردش خون سیستمی می تواند کمتر از غلظت موجود در GIT باشد. بنابراین، معمولاً دوز بسیار بالاتری برای دستیابی به سطوح پلاسمایی دارو در نظر گرفته می شود. عواقب این عمل که ناشی از حلالیت پایین ترکیب مورد نظر در آب است شامل افزایش عوارض جانبی، پاسخ دارویی نامنظم و در نتیجه شکایت بیمار است. همچنین با افزایش هزینه ساخت به دلیل استفاده از مقادیر بالاتر ماده فعال دارویی (API)، هزینه درمان نیز بیشتر می شود (Da Silva و همکاران، 2020). چندین تکنیک برای بهبود حلالیت پیشنهاد شده است که از این میان می توان به اصلاح فیزیکی و/یا شیمیایی اشاره کرد. اصلاح فیزیکی شامل کاهش اندازه ذرات توسط میکرونیزه کردن یا فرآیند سیال فوق بحرانی، اصلاح شکل کریستالی چند شکلی یا شبه چند شکلی[1]، استفاده از عوامل کمپلکس کننده مانند کمپلکس کردن دارو با سیکلودکسترین ها، استفاده از حلال های کمکی، پراکندگی در حامل ها یا توسط سورفکتانت ها می باشد. روش‌های شیمیایی معمول نیز شامل تغییر در pH و استفاده از بافرها، استفاده از یک پیش داروی محلول یا مشتق‌سازی، کونژوگه به دندریمرها، تشکیل نمک داروهای قابل یونیزاسیون[2] و کریستالیزاسیون می باشد (Chen و همکاران، 2011؛ Da Silva و همکاران، 2020).

اخیراً، استراتژی‌های مختلف نانونیزه‌کردن[3] برای افزایش نرخ انحلال و فراهمی زیستی داروهای متعددی که در آب محلول نیستند، توسعه یافته است. این استراتژی‌ها شامل افزایش نسبت سطح به حجم پودرهای دارویی، تغییر شکل‌های کریستالی و طراحی نانومواد جدیدی است که می‌توانند به عنوان حامل برای رهاسازی کنترل‌شده عمل کنند (Junghanns و همکاران، 2008؛ Marcato و Durán، 2008). نانونیزه‌کردن می تواند منجر به بهبود حلالیت دارو و فارماکوکینتیک[4] شود و همچنین ممکن است عوارض جانبی سیستمیک را کاهش دهد (Riehemann و همکاران، 2009). نانونیزه‌کردن داروهای آبگریز عموماً شامل تولید نانوبلورهای دارویی از طریق رسوب شیمیایی یا تجزیه می شود (Junghanns و همکاران، 2008). همچنین می توان از سیستم های دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو مانند نانوامولسیون ها و میسل های پلیمری استفاده کرد (Marcato و Durán، 2008). در طول دهه گذشته، چندین نانوفرمولاسیون دارویی از نظر بالینی تایید شده یا تحت بررسی بالینی هستند. تلاش‌های تحقیقاتی عمده بر توسعه فناوری‌های نانوفرمولاسیون، مواد دارویی جدید و کنترل کیفیت برای بهبود خواص محصول و در عین حال کاهش هزینه‌های تولید متمرکز شده‌اند. پیشرفت‌های فن‌آوری جدید و نیازهای بالینی برآورده نشده، نیروی محرکه کلیدی برای تحقیق و توسعه استراتژی‌های نانوسازی را فراهم می‌کنند. روش های مختلفی برای نانونیزاسیون ترکیبات بکار برده شده است (شکل 1). این روش ها به دو دسته کلی یعنی کاهش اندازه ترکیب زیست فعال[5] تا ابعاد نانو و استفاده از نانوحامل ها تقسیم بندی شده است (Da Silva و همکاران، 2020).

هر استراتژی نانونیزاسیون نقاط قوت و ضعف خود را دارد که باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. تولید نانوبلورهای ترکیبات فعال در مقیاس بزرگ با قابلیت تکرارپذیری عالی امکان پذیر است. تکنیک تولید نانوکریستال می‌تواند ترکیبات فعال را با طیف وسیعی از پروفایل‌های حلالیت، از جمله محلول در آب یا روغن‌ها تولید کند. معایب مرتبط با این روش‌ شامل انتقال آلودگی از تجهیزات و زمان‌ طولانی فرایند خرد کردن فیزیکی ذرات تا محدوده نانومتری است. از سوی دیگر، در تکنیک‌های پایین به بالا، نانوبلورها را با مکانیسم هسته‌زایی و به دنبال آن رشد کریستال‌های دارو تشکیل میشوند. مشکل اصلی این رویکرد در کنترل رشد کریستال و جلوگیری از رشد فراتر از اندازه هدف است. روش‌های رسوب‌گذاری همچنین می‌توانند ترکیبات فعال را به نانوذرات آمورف یا نیمه‌بلور تبدیل کنند، در حالی که روش‌های هموژنیزاسیون و آسیاب محیطی با ترکیباتی که درجه بلورینگی بالایی دارند، بهتر عمل می‌کنند. نانوکریستال‌ها دارای سرعت انحلال سریعی هستند با این حال، این استراتژی گاهی اوقات به مصرف انرژی بالایی نیاز دارد که در نتیجه هزینه های تولید افزایش می یابد. نانوامولسیون‌ها مزایای مهمی نسبت به سایر تکنیک‌های نانوسازی دارند. با استفاده از بسیاری از ترکیبات غذایی (مانند سورفکتانت‌های مولکولی کوچک، لیپیدها و روغن‌ها) به راحتی می‌توان به محتوای بارگیری بالای ترکیب فعال دست یافت. تمایل به فلوکوله شدن و ادغام شدن[1]، فقدان مکانیسم آزادسازی کنترل شده، عدم ثبات در خون و مصرف انرژی بالا محدودیت های این روش است. میسل‌های پلیمری در دهه گذشته به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته‌اند، زیرا رهاسازی کنترل‌شده بسیار مناسبی داشته و پایداری بالایی دارند. معایب میسل‌های پلیمری شامل عدم ثبات در خون، محدود بودن پلیمرهای مناسب برای استفاده و فقدان روش های مناسب برای افزایش مقیاس می باشد.

[1] - flocculate and coalescent

[1] - Polymorphic or pseudo-polymorphic

[2] -salt formation of ionizable drugs

[3] -Nanonization

[4] - Pharmacokinetics

[5] - Bioactive compound