Flavonoids have attracted a considerable interest as active ingredients due to the possession of different biological activities at nontoxic levels. They are considered as potential antioxidants besides their effects as anti- inflammatory, anti-cancer, and anti-viral agents. As they have antioxidant properties they can be incorporated in dermal applied anti-aging products. However, due to their poor aqueous solubility they have limited bioavailability. In order to enhance flavonoids solubility, they can be rendered as nanosuspensions. The contact angle measurements on compressed tablets of hesperetin and apigenin showed that 1% Plantacare® 2000 UP has the best wettability among other surfactants. Therefore, nanosuspensions containing 1% solution of Plantacare® 2000 UP were prepared using high pressure homogenization by applying 1,500 bar for 30 cycles. The particle size reached for both flavonoids was less than 1 µm. Both nanocrystals showed good reproducibility of the mean particle size in between the batches. Nanocrystals of both flavonoids were scaled-up using the smartCrystals® technology (up to 5 kg). The macrosuspensions were firstly milled using the pearlmill for 7 consecutive passages and subsequently homogenized at 300 bar using high pressure homogenizer. Both stabilized nanocrystals showed excellent long term physical and chemical stability at 4°C and room temperature. As the prepared smartCrystals® are aqueous formulations, preservation is a must. Therefore, Different preservatives with a variety of physical and chemical characteristics were scanned. SmartCrystals® were successfully preserved using hydrophilic preservatives without any negative effect on their physical or chemical stability. Agglomerates were detected when hydrophobic preservatives were used, therefore they were discarded as suitable preservatives for our highly dispersed systems. The effect of an antifoaming agent on the physical and chemical properties of the preserved nanosuspensions was also evaluated and was found that it has a minor effect on these characteristics. The crystalline status was evaluated using XRD and showed that the used particle size reduction methods did not produce amorphous forms. All peaks and patterns obtained from XRD were similar to that of the original powder. The saturation solubility for both flavonoids was several times improved. For example, the saturation solubility of hesperetin in water increased from 3 µg/ml for the normal powder to 113 µg/ml for the hesperetin smartCrystals®. Release studies were conducted using Franz diffusion cells. There was large increase in the dissolved amount of flavonoids by rendering them as nanocrystals when compared to the coarse form. The antioxidant activity for both flavonoids was examined and evaluated using the DPPH method. An increase in the antioxidant activity was observed by decreasing the particle size and hence increasing the surface area. Nanocrystals showed almost double the activity to that of the micronized powder. The smartCrystals® were incorporated in gels to obtain a final stable dosage form for dermal application. No sign of instability was detected during and after several months of incorporation. Thus, stable and preserved flavonoids nanocrystals with enhanced solubility were produced using the combination technology without affecting the crystalline nature of the compounds. These smartCrystals® can be incorporated in gels or creams by simple admixing.
Flavonoide sind interessant als aktive Wirkstoffe aufgrund ihrer verschiedenen biologischen Aktivitäten, ohne die toxische Ebene zu überschreiten. Sie werden als Antioxidantien und entzündungshemmende-, antivirale Arzneimittel verwendet, sowie in der Anti-Krebstherapie eingesetzt. Aufgrund ihrer antioxidativen Eigenschaften können sie in dermalen Anti-Aging Produkten inkorporiert werden. Wegen ihrer geringen Wasserlöslichkeit besitzen sie nur eine begrenzte Bioverfügbarkeit. Um die Löslichkeit zu erhöhen werden sie als Nanosuspensionen eingesetzt. Die Kontaktwinkel Messungen von komprimiertem Hesperetin und Apigenin zeigten, dass 1% Plantacare® 2000 UP sich als bestes Netzmittel eignet. Deshalb wurden Nanosuspensionen mit 1%iger Plantacare® 2000 UP-Lösung hergestellt unter Verwendung von Hochdruckhomogenisation bei 1.500 bar und 30 Zyklen. Die Teilchengröße betrug für beide Flavonoide weniger als 1 µm. Eine gute Reproduzierbarkeit der mittleren Teilchengröße zwischen den einzelnen Chargen konnte nachgewiesen werden. Mittels der smartCrystals® Technologie wurde von Hesperetin- und Apigenin Nanokristallen ein Scaling-up bis 5 kg durchgeführt. Die Makrosuspensionen wurden zuerst mit einer Perlmühle in 7 aufeinander folgenden Passagen gemahlen und anschließend bei 300 bar mit einem Hochdruck-homogenisator homogenisiert. Die so hergestellten Nanokristalle zeigten eine hervorragende physikalische und chemische Langzeitstabilität bei der Lagerung bei 4°C und Raum-temperatur. Wegen der wässrigen Formulierung der hergestellten smartCrystals® ist eine Konservierung erforderlich. Deshalb wurden verschiedene Konservierungsstoffe mit einer Vielzahl physikalischer und chemischer Eigenschaften ausprobiert. SmartCrystals® wurden erfolgreich mit hydrophilen Konservierungsstoffen versetzt ohne negative Auswirkungen auf ihre physikalische und chemische Stabilität. In Proben mit hydrophoben Konservierungsstoffen bildeten sich Agglomerate und fielen somit als geeignetes Konservierungs-mittel für unsere hochdispersen Systeme aus. Die Auswirkungen von Antischaummittel auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften der konservierten Nanosuspensionen wurden ebenfalls untersucht. Es wurde ein geringer Einfluss auf diese Eigenschaften festgestellt. Der kristalline Zustand wurde mittels Röntgendiffraktometrie untersucht und ergab, dass die durchgeführten Partikelgrößenreduktionsmethoden keine amorphen Formen produzierten. Die Nanosuspensionen wiesen in den Röntgendiffraktometrie -diagrammen ähnliche Muster und Höhen auf wie das ursprüngliche Pulver. Die Sättigungslöslichkeit für beide Flavonoide wurde verbessert und erhöht, zum Beispiel für Hesperetin in Wasser von 3 µg/ml für grobes Pulver auf 113 µg/ml für die Hesperetin smartCrystals®. In in vitro Freisetzungsversuchen an Franz-Diffusionszellen gab es eine große Zunahme der gelösten Menge an Flavonoiden durch Rendering als Nanokristalle im Vergleich zur Pulverform. Die antioxidative Aktivität für beide Flavonoide mittels DPPH-Methode wurde untersucht und bewertet. Eine Erhöhung der antioxidativen Aktivität wurde durch die Verringerung der Teilchengröße und damit die Vergrößerung der Oberfläche beobachtet. Nanokristalle zeigten fast doppelt so viel Aktivität im Vergleich zum mikronisierten Pulver. Die smartCrystals® wurden in Gele eingearbeitet um eine endgültige stabile Darreichungsform für dermale Applikationen zu finden. Die physikalischen Eigenschaften wurden für diese smartCrystals®-Gele untersucht. Es wurden keine Anzeichen von Instabilität nach mehreren Monaten der Einarbeitung festgestellt. Aufgrund dieser Experimente wurden stabile und konservierte Flavonoid Nanokristalle mit erhöhter Löslichkeit produziert, unter Verwendung der Kombinationstechnologie, ohne die kristallinen Eigenschaften der Komponenten zu verändern. Diese smartCrystals® können in Gele oder Cremes durch einfaches Mischen eingearbeitet werden.