DOI: https://doi.org/10.3389/frsfm.2025.1658466
تاريخ النشر: 2025-09-11
المؤلف: Paranthaman Subash وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السطحية والأنظمة الغروية
نظرة عامة
تناقش هذه القسم التقدمات في الجسيمات النانوية البلورية السائلة الليوتروبية (LLC) كنظم مبتكرة لتوصيل الأدوية، مع التركيز على خصائص التجميع الذاتي، والتوافق الحيوي، والقدرة على احتواء الأدوية المحبة للماء والكارهة للماء. تصنف المراحل المختلفة – الطبقية، المكعبة، والسداسية – مع تسليط الضوء على أن المراحل المكعبة توفر استقرارًا هيكليًا متفوقًا لإطلاق الأدوية المستدام، بينما تعتبر المراحل السداسية مفيدة للتطبيقات ذات اللزوجة العالية على الرغم من تحديات التحضير المعقدة. يتم مراجعة تقنيات التوصيف الرئيسية، مثل تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة وقياس الحرارة المسحي التفاضلي، لتقييم استقرار وأداء هذه الأنظمة.
تؤكد الخاتمة على إمكانية الجسيمات النانوية LLC لتعزيز توصيل الأدوية من خلال تنوعها الهيكلي وقدرتها على تحسين التوافر الحيوي والفعالية العلاجية. وتشير إلى أنه بينما وسعت أنظمة الجل في الموقع نطاق تطبيقاتها، لا تزال التحديات مثل قابلية التوسع والعقبات التنظيمية قائمة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تطوير أنظمة ذات لزوجة منخفضة لتسهيل الإدارة، واستخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين التركيب، والتحقيق في مواد قابلة للتحلل الحيوي جديدة. يمكن أن يؤدي معالجة هذه التحديات إلى وضع أنظمة قائمة على LLC كمنصات متقدمة مخصصة للمرضى لتوصيل الأدوية بدقة.
مقدمة
تناقش المقدمة إمكانية البلورات السائلة الليوتروبية (LLCs) كنظم متقدمة لتوصيل الأدوية بسبب هياكلها الداخلية المنظمة للغاية وقدرتها على التجميع الذاتي في مراحل مختلفة، مثل الطبقية، السداسية، والمكعبة. يمكن لهذه الهياكل احتواء أدوية بأحجام وقطبية مختلفة، مما يسمح بملفات إطلاق مخصصة، بما في ذلك الإطلاق المستدام والمستهدف. تعزز قدرة LLCs على الاستجابة للمؤثرات البيئية – مثل الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والضوء – فعاليتها من خلال ضمان توصيل دقيق للأدوية، مما يحسن نتائج المرضى ويقلل من الآثار الجانبية (Baldha et al., 2025; Govindan et al., 2024).
تعتبر الطبيعة الأمفيفيلية للدهون القطبية حاسمة لتجميعها الذاتي في مراحل بلورية سائلة متميزة، كل منها يقدم خصائص فريدة ذات صلة بتوصيل الأدوية وتكنولوجيا النانو. على سبيل المثال، بينما تكون المراحل الطبقية سهلة الإنتاج، فإنها تفتقر إلى المتانة؛ توفر المراحل المكعبة احتواءً ممتازًا ولكنها تتطلب توصيفًا معقدًا؛ وتقدم المراحل السداسية، على الرغم من لزوجتها العالية، تحديات في التوسع. تتيح استراتيجية الجل-هلام التحكم الدقيق في البنية الدقيقة لأنظمة LLC، مما يسهل تصميم نظم توصيل ذكية يمكن أن تستجيب ديناميكيًا للتغيرات البيئية (Rahman et al., 2020; AbuAlrob et al., 2025). بشكل عام، يحمل البحث المستمر في هذا المجال وعدًا لمستقبل الطب الشخصي، مما يحسن فعالية العلاج ويعزز التزام المرضى (Shukla and Kumar, 2025).
طرق
يتضمن تحضير الجل البلوري السائل، الذي يعمل كنظم متقدمة لتوصيل الأدوية، عملية بسيطة وفعالة من حيث الطاقة تجمع بين المراحل المائية والدهون من خلال تقنيات مثل الدوران أو الموجات فوق الصوتية. تظهر هذه الجلات استقرارًا حراريًا، مما يمنع فصل المراحل ويسمح بالتخزين على المدى الطويل (Jacob et al., 2024). يبدأ التحضير بإدخال الدواء في المرحلة المناسبة: يتم خلط الأدوية الكارهة للماء مع المواد السطحية ثم تذويبها في الماء، بينما يتم إذابة الأدوية المحبة للماء مباشرة في المرحلة المائية. بعد الطرد المركزي لإزالة الماء الزائد، يتم توازن الخليط باستخدام إما أسطوانة أنبوبية أو عن طريق الوقوف بمفرده، مما ينتج عنه وسط قوي مناسب لتوصيل مختلف المركبات الصيدلانية بكفاءة (Islam et al., 2024).
بينما يُلاحظ أن الدوران فعال من حيث التكلفة، فإن الموجات فوق الصوتية تنتج أحجام جزيئات أكثر تجانسًا؛ ومع ذلك، تواجه كلا الطريقتين تحديات عندما يتعلق الأمر بالتوسع للإنتاج الصناعي. يبرز هذا الحاجة إلى مزيد من التحسين في تقنيات التحضير لتعزيز عملية الجل البلوري السائل في التطبيقات التجارية.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث تصنيف وخصائص الهيكلية لمراحل البلورات السائلة الليوتروبية (LLC)، والتي تعتبر محورية في تطبيقات توصيل الأدوية. يتم تصنيف LLCs إلى ثلاث مراحل رئيسية: النيماتية، السميكتية، والعمودية. تظهر المراحل النيماتية محاذاة جزيئية متوازية، مما يسمح بالسيولة المشابهة للسوائل التقليدية، بينما تعرض المراحل السميكتية هياكل طبقية تحافظ على بعض السيولة. تنظم المراحل العمودية الجزيئات الأمفيفيلية في ترتيبات أسطوانية، تتأثر بشكل كبير بتركيز هذه الجزيئات والمذيب المستخدم. تؤثر هذه الاختلافات الهيكلية على ملاءمتها للتطبيقات مثل إطلاق الأدوية بشكل منظم، حيث تقدم المراحل السميكتية والعمودية ترتيبًا هيكليًا أكبر على الرغم من القيود المحتملة في القابلية للحقن بسبب اللزوجة العالية.
تناقش الورقة أيضًا تطوير نظم توصيل الأدوية المتقدمة باستخدام LLCs، بما في ذلك أنظمة الجل في الموقع التي تنتقل من السائل إلى الجل عند الاتصال بالسوائل الفسيولوجية. تعزز هذه الأنظمة من ذوبانية الدواء واستقراره، مما يسهل الإطلاق المحلي والمتحكم فيه. يتم تسليط الضوء على تركيبات مختلفة، مثل الكوبوسومات والهكسوسومات، لقدرتها على احتواء الأدوية ذات الذوبانية الضعيفة، وتحسين التوافر الحيوي، وتمكين التوصيل المستهدف. يعتبر اختيار مرحلة LLC أمرًا حاسمًا ويعتمد على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للدواء والتطبيق العلاجي المقصود. يؤكد القسم على أهمية النمذجة الحاسوبية ومخططات المراحل في التنبؤ بسلوك المرحلة، مما يعزز استراتيجيات التركيب لتحسين الفعالية العلاجية وتقليل الآثار الجانبية.
DOI: https://doi.org/10.3389/frsfm.2025.1658466
Publication Date: 2025-09-11
Author(s): Paranthaman Subash et al.
Primary Topic: Surfactants and Colloidal Systems
Overview
The section discusses the advancements in lyotropic liquid crystalline (LLC) nanoparticles as innovative drug delivery systems, emphasizing their self-assembly properties, biocompatibility, and capacity to encapsulate both hydrophilic and hydrophobic drugs. It categorizes various mesophases—lamellar, cubic, and hexagonal—highlighting that cubic phases provide superior structural stability for sustained drug release, while hexagonal phases are advantageous for high-viscosity applications despite their complex preparation challenges. Key characterization techniques, such as small-angle X-ray scattering and differential scanning calorimetry, are reviewed to assess the stability and performance of these systems.
The conclusion reiterates the potential of LLC nanoparticles to enhance drug delivery through their structural versatility and ability to improve bioavailability and therapeutic efficacy. It notes that while in situ gelling systems have broadened their application scope, particularly in localized therapies, challenges such as scalability and regulatory hurdles persist. Future research directions include developing shear-thinning systems for easier administration, employing artificial intelligence for formulation optimization, and investigating novel biodegradable materials. Addressing these challenges could position LLC-based systems as advanced, patient-personalized platforms for precision drug delivery.
Introduction
The introduction discusses the potential of lyotropic liquid crystals (LLCs) as advanced drug delivery systems due to their highly ordered internal structures and ability to self-assemble into various phases, such as lamellar, hexagonal, and cubic. These structures can encapsulate drugs of different sizes and polarities, allowing for customized release profiles, including sustained and targeted delivery. The adaptability of LLCs to environmental stimuli—such as pH, temperature, and light—enhances their effectiveness by ensuring precise drug delivery, thereby improving patient outcomes and minimizing side effects (Baldha et al., 2025; Govindan et al., 2024).
The amphiphilic nature of polar lipids is crucial for their self-assembly into distinct liquid crystalline phases, each offering unique properties relevant to drug delivery and nanotechnology. For instance, while lamellar phases are easy to produce, they lack durability; cubic phases provide excellent encapsulation but require complex characterization; and hexagonal phases, though highly viscous, present challenges in scaling up. The sol-gel strategy allows for precise control over the microstructure of LLC systems, facilitating the design of smart delivery systems that can dynamically respond to environmental changes (Rahman et al., 2020; AbuAlrob et al., 2025). Overall, ongoing research in this field holds promise for the future of personalized medicine, optimizing treatment efficacy and enhancing patient compliance (Shukla and Kumar, 2025).
Methods
The preparation of liquid crystalline gels, which serve as advanced drug delivery systems, involves a straightforward and energy-efficient process that combines aqueous and lipid phases through techniques such as vortexing or ultrasonication. These gels exhibit thermodynamic stability, preventing phase separation and allowing for long-term storage (Jacob et al., 2024). The preparation begins with the incorporation of the drug into the appropriate phase: hydrophobic drugs are mixed with surfactants and then dissolved in water, while hydrophilic drugs are directly dissolved in the aqueous phase. Following centrifugation to eliminate excess water, the mixture is equilibrated using either a tube roller or by standing alone, resulting in a robust medium conducive to the efficient delivery of various pharmaceutical compounds (Islam et al., 2024).
While vortexing is noted for its cost-effectiveness, ultrasonication yields more uniform particle sizes; however, both methods face challenges when it comes to scaling up for industrial production. This highlights the need for further optimization in the preparation techniques to enhance the practicality of liquid crystalline gels in commercial applications.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the classification and structural characteristics of lyotropic liquid crystalline (LLC) phases, which are pivotal in drug delivery applications. LLCs are categorized into three primary phases: nematic, smectic, and columnar. Nematic phases exhibit parallel molecular alignment, allowing fluidity akin to conventional liquids, while smectic phases display layered structures that maintain some fluidity. Columnar phases organize amphiphilic molecules into cylindrical arrangements, significantly influenced by the concentration of these molecules and the solvent used. These structural variations impact their suitability for applications such as controlled drug release, with smectic and columnar phases offering greater structural order despite potential limitations in injectability due to higher viscosity.
The paper also discusses the development of advanced drug delivery systems utilizing LLCs, including in-situ gelling systems that transition from liquid to gel upon contact with physiological fluids. These systems enhance drug solubility and stability, facilitating localized and controlled release. Various formulations, such as cubosomes and hexosomes, are highlighted for their ability to encapsulate poorly soluble drugs, improve bioavailability, and enable targeted delivery. The choice of LLC phase is critical and depends on the physicochemical properties of the drug and the intended therapeutic application. The section emphasizes the importance of computational modeling and phase diagrams in predicting phase behavior, thereby optimizing formulation strategies for enhanced therapeutic efficacy and reduced side effects.