eng
Выпуск #1/2025
Е.И.Дискаева, О.В.Вечер, И.А.Базиков, Е.Н.Дискаева, К.С.Эльбекьян, Е.С.Лопатина
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ И РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ НИОСОМАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ НА ОСНОВЕ ПЭГ-12 ДИМЕТИКОН
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ И РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ НИОСОМАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ НА ОСНОВЕ ПЭГ-12 ДИМЕТИКОН
Просмотры: 1309
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15
В данной работе методом динамического рассеяния света исследован процесс изменения ζ-потенциала и размеров частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций при варьировании температуры. Выявлены изменения среднего диаметра ниосом и индекса полидисперсности. Наиболее существенное влияние температуры на рассматриваемые параметры наблюдалось в интервале 303–313 К. Экспериментальные данные свидетельствовали об увеличении дзета-потенциала с повышением температуры. На основании проведенного анализа подтверждена возможность повышения устойчивости ниосомальных дисперсий с помощью температурного воздействия.
В данной работе методом динамического рассеяния света исследован процесс изменения ζ-потенциала и размеров частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций при варьировании температуры. Выявлены изменения среднего диаметра ниосом и индекса полидисперсности. Наиболее существенное влияние температуры на рассматриваемые параметры наблюдалось в интервале 303–313 К. Экспериментальные данные свидетельствовали об увеличении дзета-потенциала с повышением температуры. На основании проведенного анализа подтверждена возможность повышения устойчивости ниосомальных дисперсий с помощью температурного воздействия.
Теги: organosilicon niosomes polydispersity index stability zeta potential дзета-потенциал индекс полидисперсности кремнийорганические ниосомы стабильность
Получено: 11.11.2024 г. | Принято: 21.11.2024 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15
Научная статья
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ И РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ НИОСОМАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ НА ОСНОВЕ ПЭГ-12 ДИМЕТИКОН
Е.И.Дискаева1, к.ф.-м.н., доц., зав. каф., ORCID: 0000-0002-6095-7010 / e_diskaeva@mail.ru
О.В.Вечер1, к.ф.-м.н., доц., ORCID: 0000-0002-6743-874X
И.А.Базиков1, д.м.н., проф., зав. каф., ORCID: 0000-0001-9207-6552
Е.Н.Дискаева2, к.ф.-м.н., доц., ORCID: 0000-0002-5185-6023
К.С.Эльбекьян1, д.б.н., проф., зав. каф., ORCID: 0000-0003-2403-8663
Е.С.Лопатина1, асс., ORCID: 0009-0006-9963-6739
Аннотация. В данной работе методом динамического рассеяния света исследован процесс изменения ζ-потенциала и размеров частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций при варьировании температуры. Выявлены изменения среднего диаметра ниосом и индекса полидисперсности. Наиболее существенное влияние температуры на рассматриваемые параметры наблюдалось в интервале 303–313 К. Экспериментальные данные свидетельствовали об увеличении дзета-потенциала с повышением температуры. На основании проведенного анализа подтверждена возможность повышения устойчивости ниосомальных дисперсий с помощью температурного воздействия.
Ключевые слова: кремнийорганические ниосомы, дзета-потенциал, индекс полидисперсности, стабильность
Для цитирования: Е.И. Дискаева, О.В. Вечер, И.А. Базиков, Е.Н. Дискаева, К.С. Эльбекьян, Е.С. Лопатина. Оценка влияния температурного воздействия на стабильность и размеры частиц ниосомальных дисперсий на основе ПЭГ-12 диметикон. НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 1. С. 8–15. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15.
Received: 11.11.2024 | Accepted: 21.11.2024 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15
Original paper
EVALUATION OF THE TEMPERATURE INFLUENCE EFFECT ON STABILITY AND PARTICLE SIZE OF NIOSOMAL DISPERSIONS BASED ON PEG-12 DIMETHICONE
E.I.Diskaeva1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-6095-7010 / e_diskaeva@mail.ru
O.V.Vecher1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-6743-874X
I.A.Bazikov1, Doct. of Sci. (Medicine), Prof., Head of Department, ORCID: 0000-0001-9207-6552
E.N.Diskaeva2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-5185-6023
K.S.Elbekyan1, Doct. of Sci. (Biology), Prof., Head of Department, ORCID: 0000-0003-2403-8663
E.S.Lopatina1, Assistant, ORCID: 0009-0006-9963-6739
Abstract. In this paper, the dynamics of changes in the ζ potential and particle sizes of niosomal dispersions of various concentrations under temperature variation is studied by the method of dynamic light scattering. The average diameter changes of the niosomes and the polydispersity index were revealed. The most significant influence of temperature on the considered parameters was observed in the interval 303–313 K. The experimental data indicated an increase in the zeta potential with increasing temperature. Based on the analysis performed, possibility of increasing the niosomal dispersions stability by means of temperature influence was confirmed.
Keywords: organosilicon niosomes, zeta potential, polydispersity index, stability
For citation: E.I. Diskaeva, O.V. Vecher, I.A. Bazikov, E.N. Diskaeva, K.S. Elbekyan, E.S. Lopatina. Evaluation of the temperature influence effect on stability and particle size of niosomal dispersions based on PEG-12 dimethicone. NANOINDUSTRY. 2025. Vol. 18. No. 1. PP. 8–15. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы огромное внимание уделяется целенаправленной доставке лекарств с контролируемой скоростью высвобождения. Применение нанотехнологий в медицине обеспечило разработку многофункциональных наночастиц, которые, могут быть заполнены различными медикаментами. Наноконтейнеры представляют собой отличный подход к доставке лекарственных средств с многообещающими функциями, такими как защита лекарств от деградации и расщепления, контролируемое высвобождение. Наиболее широкое применение среди них находят как липосомы и их различные комбинации, так и ниосомы [1–4].
Ниосомы представляют собой везикулы, как правило, нанометрового диапазона, состоящие из замкнутой двухслойной структуры, представленной неионогенными поверхностно-активными веществами в водной системе.
Ниосомы являются очень перспективными носителями для доставки многочисленных фармакологических и диагностических средств. Благодаря своей неионной природе они обладают превосходной биосовместимостью и низкой токсичностью. Уникальная структура ниосом позволяет разрабатывать новые эффективные системы доставки лекарств с возможностью загрузки как гидрофильных, так и липофильных препаратов. Гидрофильные и липофильные лекарственные средства удерживаются в водном ядре и мембранном биослое ниосомы соответственно.
Множество исследований посвящено поиску целесообразного состава компонентов при синтезе ниосом для обеспечения оптимальных физико-химических свойств [5–8].
Кремнийорганические ниосомы состоят из ПЭГ-12 Диметикона, обладающего амфифильными свойствами, позволяющими ориентироваться в дисперсии водорастворимой частью (полиэтиленгликолем) в воду и жирорастворимой частью (диметиконом) – в липиды. Тонкая эластичная оболочка позволяет им передвигаться по межклеточным промежуткам, представляющим собой липидный матрикс.
Преимущества, которые можно получить при использовании силоксановых поверхностно-активных веществ для образования везикул и загрузки лекарственных веществ, подтверждают те факты, что, во-первых, наличие ковалентной связи Si–O в гидрофобной части молекулы полидиметилсилоксановой основы эмульгатора, которая обладает большой эластичностью и реакционной способностью, позволяет направленно доставлять широкий спектр БАВ и целенаправленно их выпускать из везикулы [9]. Во-вторых, силоксановые поверхностно-активные вещества "самопроизвольно" образуют везикулы при контакте с водой, и поэтому они исключают использование энергоемких процессов, таких как обработка ультразвуком, которые необходимы для поверхностно-активных веществ на основе несилоксана [10].
Однако ниосомальные дисперсии, как и любые другие коллоидные системы, являются термодинамически неустойчивыми, поэтому несомненную практическую значимость на стадиях разработки, получения и хранения ниосомальных препаратов представляет оценка их стабильности. Определение физико-химических характеристик ниосом имеет важное значение и для клинического применения.
Одним из основных параметров, определяющих стабильность дисперсных систем и являющихся индикатором поверхностного заряда частиц и мерой электростатического взаимодействия между частицами является ζ-потенциал. Этот параметр также позволяет предсказывать взаимодействие ниосом с клетками.
Другим важнейшим фактором трансдермальной доставки лекарственных средств является размер частиц. Так, чем меньше диаметр ниосом, тем выше эффективность их проникновения в глубокие слои кожи и очаги поражения. Размерные факторы оказывают существенное влияние на многие физико-химические характеристики наноконтейнеров, поэтому определение размеров и дисперсности ниосомальных дисперсий на стадии подготовки позволит не только оптимизировать режимы изготовления, но и даст возможность спрогнозировать конечные характеристики получаемых препаратов.
Цель представленной работы состояла в исследовании влияния изменения температуры на устойчивость и размеры частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций, а также анализе возможных путей повышения их стабильности.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования были выбраны ниосомы кремнийорганической природы, состоящие из двойного слоя неионогенного эмульгатора диметикон кополиолов, представляющих собой эфиры полиэтиленгликоля и полидиметилсилоксановой основы [11].
Ниосомы изготавливались при комнатной температуре при интенсивном механическом встряхивании на шейкере в течение 5 мин эмульсии ПЭГ-12 диметикона с последующей ультразвуковой обработкой. Режим озвучивания: частота – 20 кГц, мощность – 200 Вт, экспозиция – 10–15 мин. Затем, для стабилизации концентрации водородных ионов (рН) до 6,6–7,0 и формирования однородной структуры, проводилось эмульгирование на АПВ гомогенизаторе (APV Lab Series Homogenizers-1000). Для разведения ниосомальных дисперсий до заданных концентраций использовали бидистиллированную воду.
Измерения дзета-потенциала проводились с использованием системы Photocor Compact-Z (Россия) под углом 20°, длина волны лазера – 636,6 нм, мощность – 25 мВт. Данные измерений дзета-потенциала представляли в виде среднего значения ±SD (мВ).
Для изучения влияния температуры на величину дзета-потенциала ниосомальных дисперсий, исследуемые образцы нагревали на водяной бане (UT – 4304Е) в диапазоне температур 303–333 К.
Для определения размеров ниосом использовали метод динамического рассеяния света (ДРС). Данный метод предполагает расчет гидродинамического диаметра dh сфер, которые бы двигались в жидкости с такой же скоростью, что и исследуемые частицы. Измерения dh проводили с использованием системы Photocor Compact-Z (Россия) по оценке корреляционной функции флуктуаций интенсивности лазерного излучения с длиной волны 636,6 нм, рассеянного на ниосомах под углом 20°. Ширину распределения частиц по размерам характеризовали по индексу полидисперсности (PDI).
Индекс полидисперсности рассчитывали по формуле:
(1)
где dh – гидродинамический диаметр ниосом, нм; σ – среднее квадратическое отклонение гидродинамического диаметра, нм.
Низкие значения индекса полидисперсности указывают на узкое распределение частиц по размерам, то есть отражают гомогенность дисперсии, в то время как высокий PDI предполагает широкое распределение по размерам, то есть большую степень гетерогенности [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что поверхностный заряд ниосом играет важную роль в их поведении. В целом заряженные ниосомы более устойчивы к агрегации, чем незаряженные везикулы [13]. Высокие поверхностные заряды дают возможность ниосомам хорошо суспендироваться в воде, что может быть полезно для их хранения и введения. Влияние концентрации на дзета-потенциал может давать дополнительную информацию для составления рецептуры продукта с целью обеспечения максимальной стабильности [14].
Определение величины дзета-потенциала ниосомальных дисперсий на основе ПЭГ-12 Диметикон проводилось пятикратно, затем вычислялось среднее значение. Величины ζ-потенциала ниосомальных дисперсий исследуемых концентраций, измеренных непосредственно после разведения при комнатной температуре приведены в табл.1.
Поскольку ниосомальные дисперсии с концентрациями 0,005% и 1,0% изначально обладают низким дзета-потенциалом, то есть являются неустойчивыми, они были выведены из эксперимента.
С целью оценки влияния температуры на устойчивость ниосомальных дисперсий, оставшиеся образцы были подвергнуты нагреванию в интервале температур 303–333 К. Полученные результаты представлены в табл.2.
Графические зависимости величины дзета-потенциала ниосомальных дисперсий различных концентраций от температуры представлены на рис.1.
Анализ графических зависимостей показывает увеличение абсолютной величины дзета-потенциала для всех исследуемых образцов ниосомальных дисперсий, что вероятно связано с возрастанием интенсивности теплового движения противоионов и увеличением толщины двойного электрического слоя. Наибольшее увеличение наблюдается для более разбавленной ниосомальной дисперсии.
При повышении температуры в интервале 303–313 К наблюдается значительное возрастание дзета-потенциала, что может быть связано с резким переходом части противоионов из адсорбционного слоя в диффузный. Дальнейшее увеличение температуры способствует увеличению конкуренции диффузии противоионов с десорбцией потенциалопределяющих ионов, что приводит уже к незначительному повышению величины дзета-потенциала.
Полученные результаты также указывают на то, что дзета-потенциал при малых концентрациях проявляет более выраженную зависимость от температуры. Кроме того, результаты демонстрируют, что величина дзета-потенциала уменьшается с увеличением концентрации раствора. Это согласуется с результатами других исследований [15, 16]. Можно отметить, что дзета-потенциалы систем с более низкой концентрацией в меньшей степени подвержены влиянию изменения температуры, чем их аналоги с более высокой концентрацией.
Результаты определения величины среднего размера частиц ниосомальных дисперсий и значения индексов полидисперсности представлены в табл.3.
Изменения значений среднего гидродинамического диаметра ниосом с увеличением температуры носят немонотонный характер. Наибольшие изменения отмечены в интервале температур 303–313 К. Значения индекса полидисперсности имеют тенденцию к уменьшению с повышением температуры, что может свидетельствовать о некотором повышении гомогенности системы.
Таким образом, варьирование температуры позволяет получать более устойчивые формы ниосом заданных концентраций, имеющих более гомогенную структуру.
ВЫВОДЫ
Методом динамического рассеяния света определены размеры частиц ниосомальной дисперсии и величины ζ-потенциалов. Во всех случаях дзета-потенциал является отрицательной величиной. Исследована зависимость дзета-потенциала от температуры и концентрации частиц дисперсной фазы ниосомальных дисперсий. Доказано, что структурные свойства и характеристики ниосом могут быть улучшены за счет варьирования температуры. Полученные результаты могут быть полезны как на этапе создания ниосомальных форм лекарственных препаратов, так и в процессе их хранения и введения.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Growi R., Balaji P., Vijayalakshmi P., Preethy M.G., Karthik R.P. Niosomes a vesicular drug delivery system / International Journal of Current Research. 2013. Vol. 5. Iss. 08. PP. 2239–2244.
Naggar V.F., Elgamal S.S., Allam A.N. Formulation and Physicochemical Characterization // Journal of Amaerican Science. 2012. Vol. 8(9). PP. 417–4285.
Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Изд-во ЛКИ, 2011.
Дубатовка Е.И. и др. Влияние липосомальной формы стрептокиназы на образование Д-димеров / Докл. НАН Беларуси. 2016. Т. 60. № 6. С. 54–58.
Chaghi R., Ménorval L.C.de, Charnay C., Zajac J. Competitive interactions between components in surfactant-cosurfactant-additive systems // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. Vol. 344. No. 2. PP. 402–409. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.12.064
Kumavat S. et al. A review on niosomes: potential vascular drug delivery system, Journal of drug delivery and therapeutics. 2021. Vol. 11(5). PP. 208–212.
Khoee S., Yaghoobian M. Niosomes: a novel approach in modern drug delivery system. 2017. PP. 213–214.
Khoee S., Yaghoobian M. Niosomes: A novel approach in modern drug delivery systems. In Nanostructures for drug delivery // Elsevier. 2017. PP. 207–237.
Базиков И.А., Омельянчук П.А. Система доставки биологически активных веществ с помощью ниосом. Патент на изобретение RU 2320323. Бюл. 2008. № 9.
Hill R.M., Snow S.A. Silicone vesicles and entrapment. US5364633. 1994. V. 15. No. 11.
Базиков И.А. Способ трансдермального переноса активных субстанций с использованием ниосом на основе ПЭГ-12 диметикона. Патент на изобретение RUS 2539396. 2014.
Бабаджанянц Л.К., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Трусов А.А. Анализ полидисперсности макромолекулярных и нанодисперсных систем электрооптическими методами // Высокомолекулярные соединения. 2010. Серия С.Т. 52. № 5. С. 1–12.
Bayindir Z.S., Yuksel N. Characterization of niosomes prepared with various nonionic surfactants for paclitaxel oral delivery // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2010. Vol. 99. No. 4. PP. 2049–2060. https://doi.org/10.1002/jps.21944
Bayindir Z.S., Yuksel N. Characterization of niosomes prepared with various nonionic surfactants for paclitaxel oral delivery. 2009. September, 24. https://doi.org/10.1002/jps.21944
Venditti R., Xuan X., Li D. Experimental characterization of the temperature dependence of zeta potential and its effect on electroosmotic flow velocity in microchannels // Microfluidics and Nanofluidics, 2006.
Завалюева А.С., Карпов С.И., Дубовицкая А.Н., Холявка М.Г., Селеменев В.Ф. Структурообразование неионогенного блоксополимера pluronic p 123 при варьировании температуры. 2024. Т. 86. № 4. С. 1–36.
Научная статья
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ И РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ НИОСОМАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ НА ОСНОВЕ ПЭГ-12 ДИМЕТИКОН
Е.И.Дискаева1, к.ф.-м.н., доц., зав. каф., ORCID: 0000-0002-6095-7010 / e_diskaeva@mail.ru
О.В.Вечер1, к.ф.-м.н., доц., ORCID: 0000-0002-6743-874X
И.А.Базиков1, д.м.н., проф., зав. каф., ORCID: 0000-0001-9207-6552
Е.Н.Дискаева2, к.ф.-м.н., доц., ORCID: 0000-0002-5185-6023
К.С.Эльбекьян1, д.б.н., проф., зав. каф., ORCID: 0000-0003-2403-8663
Е.С.Лопатина1, асс., ORCID: 0009-0006-9963-6739
Аннотация. В данной работе методом динамического рассеяния света исследован процесс изменения ζ-потенциала и размеров частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций при варьировании температуры. Выявлены изменения среднего диаметра ниосом и индекса полидисперсности. Наиболее существенное влияние температуры на рассматриваемые параметры наблюдалось в интервале 303–313 К. Экспериментальные данные свидетельствовали об увеличении дзета-потенциала с повышением температуры. На основании проведенного анализа подтверждена возможность повышения устойчивости ниосомальных дисперсий с помощью температурного воздействия.
Ключевые слова: кремнийорганические ниосомы, дзета-потенциал, индекс полидисперсности, стабильность
Для цитирования: Е.И. Дискаева, О.В. Вечер, И.А. Базиков, Е.Н. Дискаева, К.С. Эльбекьян, Е.С. Лопатина. Оценка влияния температурного воздействия на стабильность и размеры частиц ниосомальных дисперсий на основе ПЭГ-12 диметикон. НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 1. С. 8–15. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15.
Received: 11.11.2024 | Accepted: 21.11.2024 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15
Original paper
EVALUATION OF THE TEMPERATURE INFLUENCE EFFECT ON STABILITY AND PARTICLE SIZE OF NIOSOMAL DISPERSIONS BASED ON PEG-12 DIMETHICONE
E.I.Diskaeva1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-6095-7010 / e_diskaeva@mail.ru
O.V.Vecher1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-6743-874X
I.A.Bazikov1, Doct. of Sci. (Medicine), Prof., Head of Department, ORCID: 0000-0001-9207-6552
E.N.Diskaeva2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-5185-6023
K.S.Elbekyan1, Doct. of Sci. (Biology), Prof., Head of Department, ORCID: 0000-0003-2403-8663
E.S.Lopatina1, Assistant, ORCID: 0009-0006-9963-6739
Abstract. In this paper, the dynamics of changes in the ζ potential and particle sizes of niosomal dispersions of various concentrations under temperature variation is studied by the method of dynamic light scattering. The average diameter changes of the niosomes and the polydispersity index were revealed. The most significant influence of temperature on the considered parameters was observed in the interval 303–313 K. The experimental data indicated an increase in the zeta potential with increasing temperature. Based on the analysis performed, possibility of increasing the niosomal dispersions stability by means of temperature influence was confirmed.
Keywords: organosilicon niosomes, zeta potential, polydispersity index, stability
For citation: E.I. Diskaeva, O.V. Vecher, I.A. Bazikov, E.N. Diskaeva, K.S. Elbekyan, E.S. Lopatina. Evaluation of the temperature influence effect on stability and particle size of niosomal dispersions based on PEG-12 dimethicone. NANOINDUSTRY. 2025. Vol. 18. No. 1. PP. 8–15. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.8.15.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы огромное внимание уделяется целенаправленной доставке лекарств с контролируемой скоростью высвобождения. Применение нанотехнологий в медицине обеспечило разработку многофункциональных наночастиц, которые, могут быть заполнены различными медикаментами. Наноконтейнеры представляют собой отличный подход к доставке лекарственных средств с многообещающими функциями, такими как защита лекарств от деградации и расщепления, контролируемое высвобождение. Наиболее широкое применение среди них находят как липосомы и их различные комбинации, так и ниосомы [1–4].
Ниосомы представляют собой везикулы, как правило, нанометрового диапазона, состоящие из замкнутой двухслойной структуры, представленной неионогенными поверхностно-активными веществами в водной системе.
Ниосомы являются очень перспективными носителями для доставки многочисленных фармакологических и диагностических средств. Благодаря своей неионной природе они обладают превосходной биосовместимостью и низкой токсичностью. Уникальная структура ниосом позволяет разрабатывать новые эффективные системы доставки лекарств с возможностью загрузки как гидрофильных, так и липофильных препаратов. Гидрофильные и липофильные лекарственные средства удерживаются в водном ядре и мембранном биослое ниосомы соответственно.
Множество исследований посвящено поиску целесообразного состава компонентов при синтезе ниосом для обеспечения оптимальных физико-химических свойств [5–8].
Кремнийорганические ниосомы состоят из ПЭГ-12 Диметикона, обладающего амфифильными свойствами, позволяющими ориентироваться в дисперсии водорастворимой частью (полиэтиленгликолем) в воду и жирорастворимой частью (диметиконом) – в липиды. Тонкая эластичная оболочка позволяет им передвигаться по межклеточным промежуткам, представляющим собой липидный матрикс.
Преимущества, которые можно получить при использовании силоксановых поверхностно-активных веществ для образования везикул и загрузки лекарственных веществ, подтверждают те факты, что, во-первых, наличие ковалентной связи Si–O в гидрофобной части молекулы полидиметилсилоксановой основы эмульгатора, которая обладает большой эластичностью и реакционной способностью, позволяет направленно доставлять широкий спектр БАВ и целенаправленно их выпускать из везикулы [9]. Во-вторых, силоксановые поверхностно-активные вещества "самопроизвольно" образуют везикулы при контакте с водой, и поэтому они исключают использование энергоемких процессов, таких как обработка ультразвуком, которые необходимы для поверхностно-активных веществ на основе несилоксана [10].
Однако ниосомальные дисперсии, как и любые другие коллоидные системы, являются термодинамически неустойчивыми, поэтому несомненную практическую значимость на стадиях разработки, получения и хранения ниосомальных препаратов представляет оценка их стабильности. Определение физико-химических характеристик ниосом имеет важное значение и для клинического применения.
Одним из основных параметров, определяющих стабильность дисперсных систем и являющихся индикатором поверхностного заряда частиц и мерой электростатического взаимодействия между частицами является ζ-потенциал. Этот параметр также позволяет предсказывать взаимодействие ниосом с клетками.
Другим важнейшим фактором трансдермальной доставки лекарственных средств является размер частиц. Так, чем меньше диаметр ниосом, тем выше эффективность их проникновения в глубокие слои кожи и очаги поражения. Размерные факторы оказывают существенное влияние на многие физико-химические характеристики наноконтейнеров, поэтому определение размеров и дисперсности ниосомальных дисперсий на стадии подготовки позволит не только оптимизировать режимы изготовления, но и даст возможность спрогнозировать конечные характеристики получаемых препаратов.
Цель представленной работы состояла в исследовании влияния изменения температуры на устойчивость и размеры частиц ниосомальных дисперсий различных концентраций, а также анализе возможных путей повышения их стабильности.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования были выбраны ниосомы кремнийорганической природы, состоящие из двойного слоя неионогенного эмульгатора диметикон кополиолов, представляющих собой эфиры полиэтиленгликоля и полидиметилсилоксановой основы [11].
Ниосомы изготавливались при комнатной температуре при интенсивном механическом встряхивании на шейкере в течение 5 мин эмульсии ПЭГ-12 диметикона с последующей ультразвуковой обработкой. Режим озвучивания: частота – 20 кГц, мощность – 200 Вт, экспозиция – 10–15 мин. Затем, для стабилизации концентрации водородных ионов (рН) до 6,6–7,0 и формирования однородной структуры, проводилось эмульгирование на АПВ гомогенизаторе (APV Lab Series Homogenizers-1000). Для разведения ниосомальных дисперсий до заданных концентраций использовали бидистиллированную воду.
Измерения дзета-потенциала проводились с использованием системы Photocor Compact-Z (Россия) под углом 20°, длина волны лазера – 636,6 нм, мощность – 25 мВт. Данные измерений дзета-потенциала представляли в виде среднего значения ±SD (мВ).
Для изучения влияния температуры на величину дзета-потенциала ниосомальных дисперсий, исследуемые образцы нагревали на водяной бане (UT – 4304Е) в диапазоне температур 303–333 К.
Для определения размеров ниосом использовали метод динамического рассеяния света (ДРС). Данный метод предполагает расчет гидродинамического диаметра dh сфер, которые бы двигались в жидкости с такой же скоростью, что и исследуемые частицы. Измерения dh проводили с использованием системы Photocor Compact-Z (Россия) по оценке корреляционной функции флуктуаций интенсивности лазерного излучения с длиной волны 636,6 нм, рассеянного на ниосомах под углом 20°. Ширину распределения частиц по размерам характеризовали по индексу полидисперсности (PDI).
Индекс полидисперсности рассчитывали по формуле:
(1)
где dh – гидродинамический диаметр ниосом, нм; σ – среднее квадратическое отклонение гидродинамического диаметра, нм.
Низкие значения индекса полидисперсности указывают на узкое распределение частиц по размерам, то есть отражают гомогенность дисперсии, в то время как высокий PDI предполагает широкое распределение по размерам, то есть большую степень гетерогенности [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что поверхностный заряд ниосом играет важную роль в их поведении. В целом заряженные ниосомы более устойчивы к агрегации, чем незаряженные везикулы [13]. Высокие поверхностные заряды дают возможность ниосомам хорошо суспендироваться в воде, что может быть полезно для их хранения и введения. Влияние концентрации на дзета-потенциал может давать дополнительную информацию для составления рецептуры продукта с целью обеспечения максимальной стабильности [14].
Определение величины дзета-потенциала ниосомальных дисперсий на основе ПЭГ-12 Диметикон проводилось пятикратно, затем вычислялось среднее значение. Величины ζ-потенциала ниосомальных дисперсий исследуемых концентраций, измеренных непосредственно после разведения при комнатной температуре приведены в табл.1.
Поскольку ниосомальные дисперсии с концентрациями 0,005% и 1,0% изначально обладают низким дзета-потенциалом, то есть являются неустойчивыми, они были выведены из эксперимента.
С целью оценки влияния температуры на устойчивость ниосомальных дисперсий, оставшиеся образцы были подвергнуты нагреванию в интервале температур 303–333 К. Полученные результаты представлены в табл.2.
Графические зависимости величины дзета-потенциала ниосомальных дисперсий различных концентраций от температуры представлены на рис.1.
Анализ графических зависимостей показывает увеличение абсолютной величины дзета-потенциала для всех исследуемых образцов ниосомальных дисперсий, что вероятно связано с возрастанием интенсивности теплового движения противоионов и увеличением толщины двойного электрического слоя. Наибольшее увеличение наблюдается для более разбавленной ниосомальной дисперсии.
При повышении температуры в интервале 303–313 К наблюдается значительное возрастание дзета-потенциала, что может быть связано с резким переходом части противоионов из адсорбционного слоя в диффузный. Дальнейшее увеличение температуры способствует увеличению конкуренции диффузии противоионов с десорбцией потенциалопределяющих ионов, что приводит уже к незначительному повышению величины дзета-потенциала.
Полученные результаты также указывают на то, что дзета-потенциал при малых концентрациях проявляет более выраженную зависимость от температуры. Кроме того, результаты демонстрируют, что величина дзета-потенциала уменьшается с увеличением концентрации раствора. Это согласуется с результатами других исследований [15, 16]. Можно отметить, что дзета-потенциалы систем с более низкой концентрацией в меньшей степени подвержены влиянию изменения температуры, чем их аналоги с более высокой концентрацией.
Результаты определения величины среднего размера частиц ниосомальных дисперсий и значения индексов полидисперсности представлены в табл.3.
Изменения значений среднего гидродинамического диаметра ниосом с увеличением температуры носят немонотонный характер. Наибольшие изменения отмечены в интервале температур 303–313 К. Значения индекса полидисперсности имеют тенденцию к уменьшению с повышением температуры, что может свидетельствовать о некотором повышении гомогенности системы.
Таким образом, варьирование температуры позволяет получать более устойчивые формы ниосом заданных концентраций, имеющих более гомогенную структуру.
ВЫВОДЫ
Методом динамического рассеяния света определены размеры частиц ниосомальной дисперсии и величины ζ-потенциалов. Во всех случаях дзета-потенциал является отрицательной величиной. Исследована зависимость дзета-потенциала от температуры и концентрации частиц дисперсной фазы ниосомальных дисперсий. Доказано, что структурные свойства и характеристики ниосом могут быть улучшены за счет варьирования температуры. Полученные результаты могут быть полезны как на этапе создания ниосомальных форм лекарственных препаратов, так и в процессе их хранения и введения.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Growi R., Balaji P., Vijayalakshmi P., Preethy M.G., Karthik R.P. Niosomes a vesicular drug delivery system / International Journal of Current Research. 2013. Vol. 5. Iss. 08. PP. 2239–2244.
Naggar V.F., Elgamal S.S., Allam A.N. Formulation and Physicochemical Characterization // Journal of Amaerican Science. 2012. Vol. 8(9). PP. 417–4285.
Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Изд-во ЛКИ, 2011.
Дубатовка Е.И. и др. Влияние липосомальной формы стрептокиназы на образование Д-димеров / Докл. НАН Беларуси. 2016. Т. 60. № 6. С. 54–58.
Chaghi R., Ménorval L.C.de, Charnay C., Zajac J. Competitive interactions between components in surfactant-cosurfactant-additive systems // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. Vol. 344. No. 2. PP. 402–409. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.12.064
Kumavat S. et al. A review on niosomes: potential vascular drug delivery system, Journal of drug delivery and therapeutics. 2021. Vol. 11(5). PP. 208–212.
Khoee S., Yaghoobian M. Niosomes: a novel approach in modern drug delivery system. 2017. PP. 213–214.
Khoee S., Yaghoobian M. Niosomes: A novel approach in modern drug delivery systems. In Nanostructures for drug delivery // Elsevier. 2017. PP. 207–237.
Базиков И.А., Омельянчук П.А. Система доставки биологически активных веществ с помощью ниосом. Патент на изобретение RU 2320323. Бюл. 2008. № 9.
Hill R.M., Snow S.A. Silicone vesicles and entrapment. US5364633. 1994. V. 15. No. 11.
Базиков И.А. Способ трансдермального переноса активных субстанций с использованием ниосом на основе ПЭГ-12 диметикона. Патент на изобретение RUS 2539396. 2014.
Бабаджанянц Л.К., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Трусов А.А. Анализ полидисперсности макромолекулярных и нанодисперсных систем электрооптическими методами // Высокомолекулярные соединения. 2010. Серия С.Т. 52. № 5. С. 1–12.
Bayindir Z.S., Yuksel N. Characterization of niosomes prepared with various nonionic surfactants for paclitaxel oral delivery // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2010. Vol. 99. No. 4. PP. 2049–2060. https://doi.org/10.1002/jps.21944
Bayindir Z.S., Yuksel N. Characterization of niosomes prepared with various nonionic surfactants for paclitaxel oral delivery. 2009. September, 24. https://doi.org/10.1002/jps.21944
Venditti R., Xuan X., Li D. Experimental characterization of the temperature dependence of zeta potential and its effect on electroosmotic flow velocity in microchannels // Microfluidics and Nanofluidics, 2006.
Завалюева А.С., Карпов С.И., Дубовицкая А.Н., Холявка М.Г., Селеменев В.Ф. Структурообразование неионогенного блоксополимера pluronic p 123 при варьировании температуры. 2024. Т. 86. № 4. С. 1–36.
Отзывы читателей
