nanoparticles, stability

1. Ress. Ast. Gamze Rüzgar
12.4.2016 1

2. GİRİŞ
Son yıllarda nanomateryal bazlı ilaç taşıyıcı
sistemlerine ilgi oldukça artmıştır.
Eşşiz yapılarının ve geniş kullanım alanlarının olması
bu gruptaki ilaçları tercih edilebilir yapmıştır.
ANCAK; bütün avantajlarının yanında diğer ilaç
şekillerinde olduğu gibi stabilite sorunları vardır.
12.4.2016 2

3. GİRİŞ
Nanopartiküllerin karakterizasyonları ve bunlarla ilgili
olan fiziksel ve kimyasal stabilite bozuklukları ve
bunların mekanizması,
Yaygın olarak bilinen stabilite sorunlarının giderilmesi,
ile ilgili çalışmalar artmaktadır.
12.4.2016 3

4. Partikül boyutları: 1-100nm
NANOPARTİKÜLLER; farklı nanopartiküler yapılarda
mevcuttur. Bunlar;
 POLİMERİK NANOPARTİKÜLLER
 LİPOZOMLAR
 KARBON BAZLI TAŞIYICILAR
 KATI LİPİT NANOPARTİKÜLER SİSTEMLER (SLN)
 LİPOZOMLAR
 NANOKRİSTALLER
12.4.2016 4

5. Nanopartiküllerin Stabilitesine
Etki Eden Faktörler
12.4.2016 5

6. Dozaj Şeklinin Etkisi
 Nanopartiküller insan vücuduna bir çok yol ile(oral,
parenteral, ocular, pulmonary, dermal ve diğer özel
veriliş yolları) verilirler.
 Farklı dozaj formları; aglemerasyon, sedimentasyon,
kristal büyümesi gibi ortak stabilite sorunları
yaşamasına rağmen, ilaçlar üzerindeki etkileri farklı
olur.
12.4.2016 6

7. Dozaj Şeklinin Etkisi
 Örneğin; pulmoner yolla verilen bir dozaj formunda
aglomerasyon oluşumu büyük bir sorundur.
 Diğer bir yandan; IV yolda, aglomerasyon, kılcal kan
damarlarında tıkanmaya neden olur ve kan akışı
engellenir.
 Ayrıca stabilizör seçimi de bu konuda önemlidir.
(FDA yöntemlikleri önemlidir)
12.4.2016 7

8. NANOPARTİKÜLLER
Kuru toz Süspansiyon
Kuru toz inhaler, Nanosüspansiyon
Enjeksiyon için liyofilize toz,
Oral tablet/kapsül,
Saklama koşullarında daha stabil
12.4.2016 8

9.  Partikül boyutunun küçük ya da büyük olması
yüzünden stabilite sorunlarında farklı bozunma
reaksiyonları gösterirler.
 Küçük partiküller, düşük molekül ağırlıklı organik
bileşikler, büyük partiküller ise büyük bioaktif
moleküllerdir(protein, peptid gibi) 3 boyutlu
moleküler yapıya sahiptirler.
12.4.2016 9

10. Nanosüspansiyonlarda Fiziksel
Stabilite Sorunları,
Sedimentasyon/kremleşme,
Aglomerasyon,
Kristal büyümesi,
Kristal yapının değişimi,
12.4.2016 10

11. Sedimentasyon
 İlaç partikülleri ortamın yoğunluğuna bağlı olarak bir
araya gelip kremleşebilir.
 Sedimentassyon hızı için Stokes eşitliğinden
yararlanılır. Bu eşitliğe göre; partikül boyutu, ortam
viskozitesi, dispers faz ve ortam arasındaki dansite
farkı önemlidir.
12.4.2016 11

12. Sedimentasyon
 Partikül boyutunun küçültülmesi ile çökelme sorunu
çözülebilir.
 Diğer yaygın bir yaklaşım ise; ortamın viskozitesi
arttırılarak partiküllerin dansitesinin arttırılmasıdır.
12.4.2016 12

13. Defloküle süspansiyonda,
partiküller bireysel sekilde ve
yavaş sedimentasyon hızıyla
topaklanmaya
başlarlar.
Çalkalama ile resüspande
olmaları zordur.
Floküle süspansiyonda, partiküller ayrı
ayrı durmazlar, gevşek topaklanmalar oluşur.
Sedimentasyon hızlıdır.
Çalkalanma ile eski haline gelebilir.
Bir çalışmada ise, stabil nanosüspansiyon
elde etmek için ‘open-flocs’ süspansiyonlar
geliştirilmiştir.
BSA nanoçubuklar elde etmek için
kullanılmıştır.(K.P. Johnston et al)
Nanoçubuklar arasındaki Van der Waals
bağlarının kuvvetli olması nedeniyle , çökme
kuvvetleri İnhibe edilerek stabil süspansyon
oluşturulmuştur.
12.4.2016 13

14.  YÜZEY AKTİF MADDELER, partikül
aglomerasyonunu bir miktar inhibe eder,
nanosüspansiyonların çoğunda kullanılır,
sedimantasyon sorunlarını hafifletir.
 PATİKÜL BOYUTU, önemli ölçüde küçük nano-
boyutlu partiküllerde sedimantasyon oranını
azaltabilir.
Sedimentasyoni kolloidal süspansiyonlar için büyük bir sorun olmasına rağmen,
su bazlı süspansiyonların çökelme sorunlarını içeren çalışmalar çok azdır
12.4.2016 14

15.  Sorunu çözmek için en yaygın kullanılan yöntem
formülasyona stabilizan ilavesidir.
 Güvenlik ve regülasyonların göz önünde
bulundurulmasının yanında, stabilizan seçimi
partiküllerin yüzeyinin ıslanmasını sağlar ve
aglomerasyona neden olmayacak şekilde yapılır.
Aglomerasyon
12.4.2016 15

16. Aglomerasyon
 Nanopartiküllerinin büyük yüzey alanı, termodinamik
olarak elverişsiz olan yüksek yüzey enerjisi oluşturur.
 Bu durumda, partiküller yüzey enerjisini azaltmak için
topaklanma eğilimi göstermektedir.
Nanopartiküller hazırlanırken hızlı çöktürme,
Kristal büyümesi,
Yanlış dozlama,
12.4.2016 16

17.  Kolloidal süspansiyonların hem sulu hem de susuz
ortamda stabil olabildiği 2 ana mekanizma vardır.
 Bu iki mekanizma sırasıyla iyonik ve non iyonik
stabilizanlar eklenerek elde edilir.
 Elektrostatik itmeden gelen stabilizasyon, klasik
Derjaguin-Landau Verwey-Overbeek (DLVO) Teorisi
ile tarif edilir.
Aglomerasyon
12.4.2016 17

18. DLVO Teorisi
 Derjaguin, Landau, Verwey ve Overbeek adındaki bilim
adamları tarafından ortaya atılan ve liyofobik
kolloidlerin stabilitesini açıklıyan bir teoridir.
 Bu teori, süspande ve emülsifiye olan partiküller arasındaki
etkileşmenin enerjisini açıklar.
 Farmasötik kolloidal dağılımlara, özellikle süspansiyonlar
ve Y/S tipi emülsiyonlara uygulanmaktadır.
 S/Y emülsiyon sistemlerinde dikkatlice uygulanmalıdır. İki
yüklü partikül arasındaki etkileşme, partiküller arasındaki
mesafenin bir fonksiyonu olarak potansiyel enerji eğrileri
şeklinde gösterilmektedir
12.4.2016 18

19. 12.4.2016 19

20.  DLVO teorisi bir ortamda kolloidal parçacıklar üzerine
etki eden kuvvetlerin,
o itici elektrostatik kuvvetler ve
o çekici VDW kuvvetleri olduğunu varsayar
Ortamdaki partikülleri
çevreleyen elektriksel çift
tabakaların üst üste
binmesinden kaynaklanıyor
buda aglomerasyonu önlüyor.
12.4.2016 20

21. 12.4.2016 21

22.  VR parçacık boyutu, parçacıkların arasındaki mesafe,
zeta potansiyeli, iyon konsantrasyonu ve ortamın
dielektrik sabitine bağlı iken
 VA, partikül büyüklüğü ve partiküller arası mesafe ile
belirlenir.
 İyon gücü ortam içinde arttırıldıkça, yüzey
yüklenmesinde görünen EDL'nin kalınlığı azalır.
 VR’nin azalmasıyla agregatlar oluşur.
12.4.2016 22

23. Sterik stabilizasyon durumunda,
 Amfifilik iyonik olmayan stabilizanlarla, genellikle
çözünme etkisinin hakim olduğu sterik stabilizasyon
sağlanır.
 Iyonik olmayan stabilizatörler nanosüspansiyonda
güçlü dağılmış partiküller ile etkileşime giren bir
bağlantı noktasıyla ilaç molekülleri üzerine emilir.
12.4.2016 23

24. Sterik stabilizasyon durumunda,
12.4.2016 24

25.  İki kolloidal partikül birbirini yaklaştıkça, stabilize
segmentler arasında partiküller alandan dışarıya doğru
kayabilir.
12.4.2016 25

26. İyonik stabilizanlar
Sodium dodecyl sulfate (SDS),
Sodium lauryl sulfate (SLS),
Lecithin and docusate sodium.
12.4.2016 26

27. Non-iyonik stabilizanlar
Tween 80,
Polyethylene glycol (PEG),
Polyvinyl alcohol (PVA)
polyvinylpyrrolidone (PVP)
Hydroxypropyl cellulose (HPC) ve
hydroxypropyl methylcellulose
(HPMC)
12.4.2016 27

28. 12.4.2016 28

29. 12.4.2016 29

30.  Nanopartiküllerin fiziksel olarak stabil olduklarını
anlayabilmek için partikül boyutu ve partiküllerin
dağılımına bakılır.
 Dinamik ışık saçılması, lazer kırınımı, foton
korrelasyon spektroskopisi gibi yöntemlerle
partikül boyutu ve partikül dağılımları elde
edilebilir.
12.4.2016 30

31.  Bu üç yöntemde de en önemli parametre
PDI (Poly dispersity index) değeridir.
 PDI değeri 0.1- 0.25 arasında olursa istenilen
dar dağılım elde edilebilir. Eğer elde edilen
PDI değeri 0.5’in üzerinde olursa geniş
dağılım elde edilir.
12.4.2016 31

32. Zeta potansiyeli-Stabilite
 Zeta potansiyeli (ZP) ortam içinde hareket eden
partiküllere bağlı sıvı tabakasının sınır yüzeyi düzlemi
arasındaki elektrik potansiyeldir.
 ZP yaygın olarak süspansiyon stabilitesini tahmin
etmek için kullanılan temel bir parametredir.
12.4.2016 32

33. Zeta potansiyeli-Stabilite
 Zeta potansiyelinin ölçülmesi, kolloidal
dispersiyonun saklama stabilitesi hakkında
tahminde bulunmaya olanak vermektedir.
 Genel olarak, yüklü partiküllerde (yüksek zeta
potansiyeli), elektriksel itme nedeniyle, partikül
agregasyonunun meydana gelme ihtimali daha
azdır.
12.4.2016 33

34. Zeta potansiyeli-Stabilite
 Nanopartiküllerin zeta potansiyellerine bakılarak
stabiliteleri ve topaklanma eğilimleri hakkında
bilgi elde edilebilir. Zeta potansiyeli ± 60mV
üzerinde ise partiküllerinin çok iyi seviyede, ± 20-
30 mV arasında ise stabildir.
 Sentezlenen nanopartiküller bu değerler aralığında
değilse stabil değildir ve topaklaşarak çökelme
eğilimindedirler.
12.4.2016 34

35. Nanopartiküllerde Stabilite Karakterizasyonu
12.4.2016 35

36. Nanopartiküllerin Kimyasal Stabilitesi
 Etkin madde nanopartikülleri genellikle
nanosüspansiyonlarda sınırlı miktarda
çözündüğü/dağılmış olduğu için kimyasal
tepkimelerin olma olasılığı daha düşüktür.
 Nanosüspansiyonların kimyasal stabilitesi yinede
çözeltilerden daha iyidir.
 Buna en iyi örnek Paclitaxel’dir.
12.4.2016 36

37. 12.4.2016 37

38. 12.4.2016 38

39.  Görünür bozunma ürünü% 99'dan fazla bir geri
kazanımla gözlenmiştir.
 Öte yandan, metanol ile, paklitaksel çözeltisi, oda
sıcaklığında 48 saatte (b)şeffaf bir bozunma
göstermiştir.
 Su ve oksijene maruz bırakılınca nanokristallerin
yüzeyi üzerinde tabakalı bozulması oluşmuçtur.(c)
12.4.2016 39

40.  Nanosüspansiyon için fiziksel stabiliteye göre kimyasal
stabilite daha büyük sorundur.
 Her bir molekülün fonksiyonel grubu ve bozunma
reaksiyonları önemlidir.
 Örneğin, bu tür ester ve amidler, hidrolitik bozunmaya
hassastırlar.Amino grupları, oksidatif bozulmaya
neden olabilir.
 Çözünürlüğü 1 mg / mL ya da daha düşük olan ilaç
molekülleri süspansiyon içinde stabil olmayabilir.
12.4.2016 40

41. Kimyasal stabiliteyi artırmak için
yaygın olan bir strateji, daha kuru katı
bir dozaj formu halinde kararlı
formülasyonlar hazırlamak ya da
nanosüspansiyon konsantrasyonunu
arttırmaktır.
12.4.2016 41

42.  Nanopartiküller, karanlıkta saklanmalı,
buzdolabında tutulmalı ve kullanımdan hemen
sonra şişelerin kapakları ışık, ısı, ya da havaya
maruz kalmaması için kapatılmalı.
Nanopartiküller çevrelerine son derece duyarlı ve dikkatli
depolama ve taşıma gerektirebilir.
12.4.2016 42

43.  Dökme yerine şişenin içine doğrudan bir pipet ucu
takılarak yapılmalı, gerekirse, kapsamlı daldırmadan
önce yüksek saflıkta su ile pipet ucu yıkanmalıdır.
 Kullanmadan önce şişeyi ya da kabı kuvvetli
çalkalamak gerekir. Metal nanopartiküller uzun bir
süre boyunca sallanarak sonikaasyon olmadan
dağıtmak gerekir.
12.4.2016 43

44.  Dikkatli depolama ve taşıma prosedürleri uygulanarak
nanopartiküller depolama esnasında stabil kalmasını
sağlamak için takip edilmelidir.
 Nanopartikül fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı
olarak, ışık miktarı, sıcaklık ve havaya maruz kalmaya
duyarlı olabilir.
 Nanopartiküller deneylerde kullanılmadan önce
tekrarlanabilirliği ve deneyler uygunluğunu sağlamak
için, test edilmelidir.
12.4.2016 44

45. Bu testler:
1) Görsel Analiz
2) UV-Görünür Spektroskopisi
3) Dinamik ışık saçılımı (DLS)
4) Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM)
12.4.2016 45

46. 12.4.2016 46

47. Biyolojik ortamda polimerik nanopartiküllerin (NPS) 'in kolloidal
stabilitesini tahmin etmede uygun preparatların tasarımı ve
uygulamadan sonra kullanılan cihazlarının durumu büyük önem
taşır.
 Biyomedikal uygulamalar için uygun nanocihazların
karakterizasyonu ve fiziksel stabilitesini ölçmek için,
poli-laktik asit (PLA) ve poli-metil-metakrilatdam
(PMMA) (100-200 nm) oluşan küresel NPler
hazırlanmıştır.
 Tuz çözeltileri, biyolojik sıvılar, serum ve doku
homojenatlarında NP’lerin stabilitesi dinamik ışık
saçılımı ile analiz edilmiştir.(DLS)
12.4.2016 47

48.  Polidispersite indeksi ve zeta potansiyeli DLS ile
karakterize edilmiştir.
 Nanoçöktürme ile üretilen PLA NP’ler PMMA ile
üretilenlere oranla daha büyük bir boyut ve
polidispersite indeksi göstermiştir.
 TEM ve SEM analizlerinde PLA ve PMMA NP’lerin
küresel yapı göstermiş ve DLS sonuçları ile uyumlu
çıkmıştır.
12.4.2016 48

49. 12.4.2016 49
PMMA NPlerin büyük zeta potansiyel değerini, yüksek kritik
koagülasyon konsantrasyonuyla beraber göstermesi stabil olduğunun
kanıtıdır.

50. 12.4.2016 50
 NPler 37 ° C'de, kolloidal stabilitesini incelemek için
farklı stok çözeltileri olarak gastrointestinal sıvılar,
serum ve doku homojenatları kullanılarak enkübe
edilmiştir.

51. 12.4.2016 51
Stok çözeltilerdeki boyut dağılımının stabil olduğu
kanıtlanmıştır
PLA PMMA’de, farklı çıkmamıştır.(2 a,b)
distilled water (filled
diamond),
PBS (filled square),
isotonic (filled triangle),
dextrose (filled circle);
homogenates: serum
(open diamond),
brain (open square),
spleen (open triangle),
liver (open circle)
gastrointestinal
fluids:synthetic intestinal
fluid (shaded diamond),
Artificial lysosomal fluid
(shaded square),
saliva (shaded triangle),
gastric juice (shaded circle)

52. 12.4.2016 52

53. Sentetik gastrointestinal sıvılarda NP stabilitesi oral uygulamadan sonra mide-
bağırsak sisteminde kalış süresini simüle etmek için 60 saat boyunca
tutulmuştur.
 PSD’de önemli herhangi bir değişiklik
gözlenmemiştir.( 2c,d)
 PPMMA NPS kendi yüksek zeta potansiyeli sayesinde
stabil kalırken; suni mide suyunda, PLA NPS’ler
agregasyon göstermiş, PSD ortalama yaklaşık% 20
artmıştır. (24 saat inkübasyonda)(Şek. 2c; d).
 Bağırsakdaki pankreatin olmadan hazırlanan yapay
bağırsak sıvısında PLA ve PMMA NPlerin PSD'lerin
stabiltesi değişmedi.
12.4.2016 53

54.  Serum, beyin ve karaciğer homojenatlarında PLA
NPler’in (serum proteinleri ya da karaciğerdeki
detoksifiye edici enzimlerin varlığı ile) fiziksel
stabilitesinin değişmediği gözlenmiştir.
 Ancak, önemli ölçüde 48 saat sonra, yaklaşık 800 nm
büyük kümeler oluşturarak, yaklaşık 15-16 saat
inkübasyondan sonra, dalak homojenatı toplanmıştır.
 PMMA NPS nedeniyle yüksek zeta potansiyeli
bütün analizlerde tüm homojenatlarda sabit
kalmıştır.
12.4.2016 54

55. SONUÇ
 PLA NPS mide suyu ve dalak homojenatında
toplanmış; PMMA NPS, tüm sıvılarında stabil
kalmıştır.
 Önerilen stabilite testi in vivo uygulandığında, NPS
agrega olabilir ve bunu önceden görmek faydalıdır.
 Ex vivo koloidal stabilitesini değerlendirmek için,
spektroflorometrik analizi, DLS ile karşılaştırılabilir
sonuçlar vermiştir.
12.4.2016 55

56. SONUÇ
 Bu verilerle DLS’nin, in vitro olarak NP lerin kolloidal
stabilitesini değerlendirmek için güçlü bir araç
olduğunu gösterir / ex vivo deneyler ve SPF analizi da
stabilitesini değerlendirmek için de kullanılabilir.
 DSL ve spektroflorometere arasında kantitatif ilişki
saptandı.
 Biyolojik numunelerin bulanıklığını engellemek için
ex vivo analizden in vitro yönteme geçildiğinde bunun
kullanılabilir olduğunu kanıtlamaktadır.
12.4.2016 56

57. KAYNAK
 Physical and chemical stability of drug nanoparticles Libo Wu, Jian Zhang, Wiwik
Watanabe MAP Pharmaceuticals, Inc. 2400 Bayshore Parkway, Mountain View, CA
94043, USA
 Hacettepe Üniversitesi Yayını, Nanobülten sayı:13
 Colloidal stability of polymeric nanoparticles in biological fluids Stefano Lazzari • Davide
Moscatelli • Fabio Codari • Mario Salmona • Massimo Morbidelli • Luisa Diomede
12.4.2016 57

58. TEŞEKKÜRLER…
12.4.2016 58