إعداد ليبوزوم بالموجات فوق الصوتية

تظهر الجسيمات الشحمية المنتجة بالموجات فوق الصوتية كفاءة انحباس عالية جدا وقدرة تحميل عالية وحجم كروي صغير بشكل موحد. وبالتالي ، توفر الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية التوافر البيولوجي الممتاز. Hielscher الفوق صوتيات يقدم الموجات فوق الصوتية لإنتاج موثوق بها من الجسيمات الشحمية الصف فارما في دفعة ووضع مستمر.

مزايا إنتاج الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية

تغليف الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية هي تقنية تستخدم لتغليف الأدوية أو العوامل العلاجية الأخرى داخل الجسيمات الشحمية باستخدام الطاقة فوق الصوتية. بالمقارنة مع الطرق الأخرى لتغليف الجسيمات الشحمية ، فإن التغليف بالموجات فوق الصوتية له العديد من المزايا التي تجعله تقنية الإنتاج الفائقة.

• تحميل عالي ، كفاءة انحباس عالية: من المعروف أن إنتاج الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية ينتج الجسيمات الشحمية ذات التحميل العالي من المكونات النشطة ، مثل فيتامين ج وجزيئات الدواء وما إلى ذلك. في الوقت نفسه ، تظهر طريقة صوتنة كفاءة عالية في الانحباس. هذا يعني أن نسبة عالية من المادة الفعالة مغلفة بالموجات فوق الصوتية. في الختام ، وهذا يجعل الموجات فوق الصوتية وسيلة فعالة للغاية لإنتاج الجسيمات الشحمية.
• الجسيمات الشحمية الصغيرة بشكل موحد: تتمثل إحدى مزايا تغليف الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية في قدرتها على إنتاج جسيمات شحمية موحدة للغاية مع توزيع ضيق الحجم. يمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية لتفتيت الجسيمات الشحمية الكبيرة أو المجاميع الدهنية إلى جسيمات شحمية أصغر وأكثر اتساقا. هذا يؤدي إلى مزيد من الاتساق في حجم وشكل الجسيمات الشحمية ، والتي يمكن أن تكون مهمة لتطبيقات توصيل الأدوية حيث يمكن أن يؤثر حجم الجسيمات على حركيتها الدوائية وفعاليتها.
• تنطبق على أي جزيئات: ميزة أخرى لتغليف الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية هي قدرتها على تغليف مجموعة واسعة من الأدوية والعوامل العلاجية الأخرى. يمكن استخدام هذه التقنية لتغليف كل من الأدوية المحبة للماء والكارهة للماء ، والتي قد يكون من الصعب القيام بها بطرق أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية لتغليف الجزيئات الكبيرة والجسيمات النانوية ، والتي قد تكون كبيرة جدا بحيث لا يمكن تغليفها بطرق أخرى.
• سريع وموثوق: تغليف الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية هو أيضا عملية بسيطة وسريعة نسبيا. لا يتطلب استخدام مواد كيميائية قاسية أو درجات حرارة عالية ، والتي يمكن أن تكون ضارة بالعوامل العلاجية المغلفة.
• توسيع النطاق: بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توسيع نطاق هذه التقنية بسهولة للإنتاج على نطاق واسع ، مما يجعلها خيارا فعالا من حيث التكلفة لتطبيقات توصيل الأدوية.

باختصار ، يعد تغليف الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية تقنية متفوقة لتغليف الجسيمات الشحمية نظرا لقدرتها على إنتاج جسيمات شحمية موحدة مع توزيع ضيق الحجم ، وتغليف مجموعة واسعة من العوامل العلاجية ، وبساطتها وقابليتها للتوسع.

بعد تشكيل فيلم دهني بعد الإماهة ، يتم استخدام صوتنة لتعزيز انحباس المكونات النشطة في الجسيمات الشحمية. بالإضافة إلى ذلك ، يحقق صوتنة حجم الجسيمات الشحمية المطلوب.

تحضير الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية للأدوية ومستحضرات التجميل

الجسيمات الشحمية (الحويصلات القائمة على الدهون) ، الترانسفيروسومات (الجسيمات الشحمية فائقة التشوه) ، الإيثوزومات (الحويصلات فائقة التشوه التي تحتوي على نسبة عالية من الكحول) ، والنيوسومات (الحويصلات الاصطناعية) هي حويصلات مجهرية ، والتي يمكن تحضيرها بشكل مصطنع كناقلات كروية يمكن تغليف الجزيئات النشطة فيها. غالبا ما تستخدم هذه الحويصلات التي يتراوح قطرها بين 25 و 5000 نانومتر كحاملات للأدوية في صناعة الأدوية ومستحضرات التجميل ، مثل توصيل الأدوية عن طريق الفم أو الموضعي والعلاج الجيني والتحصين. الموجات فوق الصوتية هي طريقة مثبتة علميا لإنتاج الجسيمات الشحمية عالية الكفاءة. الموجات فوق الصوتية Hielscher تنتج الجسيمات الشحمية مع الأحمال العالية من المكونات النشطة والتوافر البيولوجي متفوقة.

الجسيمات الشحمية وصياغة الجسيمات الشحمية

الجسيمات الشحمية هي أنظمة حويصلية أحادية الصفيحة أو قليلة الصفيحة أو متعددة الصفائح وتتكون من نفس المادة مثل غشاء الخلية (طبقة ثنائية الدهون). فيما يتعلق بتكوينها وحجمها ، يتم تمييز الجسيمات الشحمية على النحو التالي:

• الحويصلات متعددة الصفائح (MLV ، 0.1-10 ميكرومتر)
• حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة (SUV ، <100 نانومتر)
• حويصلات كبيرة أحادية الصفيحة (LUV ، 100-500 نانومتر)
• حويصلات أحادية الصفيحة عملاقة (GUV ، ≥1 ميكرومتر)

يتكون الهيكل الرئيسي للجسيمات الشحمية من الدهون الفوسفاتية. تحتوي الفوسفوليبيدات على مجموعة رأس محبة للماء ومجموعة ذيل كارهة للماء ، والتي تتكون من سلسلة هيدروكربونية طويلة.
يحتوي غشاء الجسيمات الشحمية على تركيبة مشابهة جدا لحاجز الجلد ، بحيث يمكن دمجها بسهولة في جلد الإنسان. عندما تندمج الجسيمات الشحمية مع الجلد ، يمكنها تفريغ العوامل المحاصرة مباشرة إلى الوجهة ، حيث يمكن للعناصر النشطة أداء وظائفها. وبالتالي ، فإن الجسيمات الشحمية تخلق تعزيزا لنفاذية / نفاذية الجلد للعوامل الصيدلانية والتجميلية المحاصرة. كما أن الجسيمات الشحمية التي لا تحتوي على عوامل مغلفة ، الحويصلات الشاغرة ، هي مواد نشطة قوية للجلد ، حيث يشتمل الفوسفاتيديل كولين على عنصرين أساسيين ، لا يمكن للكائن البشري إنتاجهما بنفسه: حمض اللينوليك والكولين.
تستخدم الجسيمات الشحمية كناقلات متوافقة حيويا للأدوية أو الببتيدات أو البروتينات أو الحمض النووي البلازمي أو قليل النيوكليوتيدات المضادة للحساسية أو الريبوزيم ، للأغراض الصيدلانية والتجميلية والكيميائية الحيوية. يوفر التنوع الهائل في حجم الجسيمات وفي المعلمات الفيزيائية للدهون إمكانات جذابة لبناء مركبات مصممة خصيصا لمجموعة واسعة من التطبيقات. (أولريش 2002)

تشكيل الجسيمات الشحمية بالموجات فوق الصوتية

يمكن تشكيل الجسيمات الشحمية عن طريق استخدام الموجات فوق الصوتية. المادة الأساسية لإعداد الجسيمات الشحمية هي جزيئات برمائية مشتقة أو تعتمد على دهون الغشاء البيولوجي. لتشكيل حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة (SUV) ، يتم صوتنة تشتت الدهون بلطف – على سبيل المثال مع جهاز الموجات فوق الصوتية المحمولة UP50H (50W ، 30kHz) ، VialTweeter أو مفاعل الموجات فوق الصوتية CupHorn – في حمام جليدي. تستمر مدة هذا العلاج بالموجات فوق الصوتية حوالي 5 - 15 دقيقة. طريقة أخرى لإنتاج حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة هي صوتنة الحويصلات الشحمية متعددة الصفائح.
Dinu-Pirvu et al. (2010) تقارير عن الحصول على الترانسفيروسومات عن طريق صوتنة MLVs في درجة حرارة الغرفة.
Hielscher الفوق صوتيات يقدم مختلف أجهزة الموجات فوق الصوتية، sonotrodes والاكسسوارات، وبالتالي يمكن أن توفر الإعداد بالموجات فوق الصوتية الأنسب لتغليف الجسيمات الشحمية عالية الكفاءة على أي نطاق.

التغليف بالموجات فوق الصوتية للمواد الفعالة في الجسيمات الشحمية

تعمل الجسيمات الشحمية كناقلات للمكونات النشطة مثل الفيتامينات والجزيئات العلاجية والببتيدات وما إلى ذلك. الموجات فوق الصوتية هي أداة فعالة لإعداد وتشكيل الجسيمات الشحمية لانحباس العوامل النشطة. في الوقت نفسه ، يساعد صوتنة عملية التغليف والانحباس بحيث يتم إنتاج الجسيمات الشحمية مع تحميل عالية من المكونات النشطة. قبل التغليف ، تميل الجسيمات الشحمية إلى تكوين مجموعات بسبب تفاعل الشحنة السطحية للرؤوس القطبية للفوسفوليبيد (راجع Míckova et al. 2008) ، علاوة على ذلك ، يجب فتحها. على سبيل المثال ، يصف Zhu et al. (2003) تغليف مسحوق البيوتين في الجسيمات الشحمية عن طريق الموجات فوق الصوتية. كما تمت إضافة مسحوق البيوتين إلى محلول تعليق الحويصلة ، تم صوتنة الحل. بعد هذا العلاج ، تم حبس البيوتين في الجسيمات الشحمية.

المستحلبات الشحمية مع الموجات فوق الصوتية

لتعزيز التأثير المغذي للكريمات المرطبة أو المضادة للشيخوخة والمستحضرات والمواد الهلامية وغيرها من التركيبات التجميلية ، يضاف المستحلب إلى التشتت الشحمي لتثبيت كميات أكبر من الدهون. لكن التحقيقات أظهرت أن قدرة الجسيمات الشحمية محدودة بشكل عام. مع إضافة المستحلبات ، سيظهر هذا التأثير في وقت مبكر وتتسبب المستحلبات الإضافية في إضعاف تقارب حاجز الفوسفاتيديل كولين. الجسيمات النانوية – تتكون من فوسفاتيديل كولين والدهون – هي الحل لهذه المشكلة. تتشكل هذه الجسيمات النانوية بواسطة قطرة زيت مغطاة بطبقة أحادية من الفوسفاتيديل كولين. يسمح استخدام الجسيمات النانوية بتركيبات قادرة على امتصاص المزيد من الدهون والبقاء مستقرة ، بحيث لا تكون هناك حاجة إلى مستحلبات إضافية.
الموجات فوق الصوتية هي طريقة مجربة لإنتاج المستحلبات النانوية والتشتت النانوي. توفر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة الطاقة اللازمة لتفريق المرحلة السائلة (المرحلة المشتتة) في قطرات صغيرة في المرحلة الثانية (المرحلة المستمرة). في منطقة التشتت ، تتسبب فقاعات التجويف المتفجرة في موجات صدمة مكثفة في السائل المحيط وتؤدي إلى تكوين نفاثات سائلة ذات سرعة سائلة عالية. من أجل تثبيت القطرات المشكلة حديثا من الطور المشتت ضد الالتحام ، تتم إضافة المستحلبات (المواد الفعالة السطحية ، المواد الخافضة للتوتر السطحي) والمثبتات إلى المستحلب. نظرا لأن اندماج القطرات بعد الاضطراب يؤثر على التوزيع النهائي لحجم القطرة ، يتم استخدام مستحلبات التثبيت بكفاءة للحفاظ على التوزيع النهائي لحجم القطرة عند مستوى يساوي التوزيع مباشرة بعد اضطراب القطيرات في منطقة التشتت بالموجات فوق الصوتية.

التشتت الشحمي باستخدام الموجات فوق الصوتية

التشتت الشحمي ، الذي يعتمد على فوسفاتيديل كلور غير مشبع ، يفتقر إلى الاستقرار ضد الأكسدة. يمكن تحقيق استقرار التشتت عن طريق مضادات الأكسدة ، مثل مجموعة من الفيتامينات C و E.
 

تكوين الجسيمات الشحمية عن طريق طريقة تبخر الطور العكسي باستخدام Sonication

 
حقق Ortan et al. (2002) في دراستهم المتعلقة بالتحضير بالموجات فوق الصوتية لزيت Anethum graveolens الأساسي في الجسيمات الشحمية نتائج جيدة. بعد صوتنة ، كان البعد من الجسيمات الشحمية بين 70-150 نانومتر ، ول MLV بين 230-475 نانومتر. كانت هذه القيم ثابتة تقريبا أيضا بعد شهرين ، ولكنها توقفت بعد 12 شهرا ، خاصة في تشتت سيارات الدفع الرباعي (انظر الرسوم البيانية أدناه). كما أظهر قياس الاستقرار ، فيما يتعلق بفقدان الزيت العطري وتوزيع الحجم ، أن التشتت الشحمي حافظ على محتوى الزيت المتطاير. هذا يشير إلى أن انحباس الزيت العطري في الجسيمات الشحمية زاد من استقرار الزيت.

Ortan et al. (2009): استقرار تشتت MLV وسيارات الدفع الرباعي بعد 1 سنة. تم تخزين التركيبات الشحمية عند 4±1 درجة مئوية.

Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية هي الأجهزة المثالية للتطبيقات في صناعة مستحضرات التجميل والأدوية. توفر الأنظمة التي تتكون من عدة معالجات بالموجات فوق الصوتية يصل كل منها إلى 16000 واط ، السعة اللازمة لترجمة هذا التطبيق المعملي إلى طريقة إنتاج فعالة للحصول على مستحلبات مشتتة بدقة في التدفق المستمر أو في دفعة – تحقيق نتائج مماثلة لتلك الخاصة بأفضل المجانسات عالية الضغط المتاحة اليوم ، مثل صمامات الفتحة. بالإضافة إلى هذه الكفاءة العالية في الاستحلاب المستمر، أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher تتطلب صيانة منخفضة جدا وسهلة جدا لتشغيل وتنظيف. الموجات فوق الصوتية تدعم في الواقع التنظيف والشطف. قوة الموجات فوق الصوتية قابلة للتعديل ويمكن تكييفها مع منتجات معينة ومتطلبات الاستحلاب. تتوفر أيضا مفاعلات خلايا التدفق الخاصة التي تلبي متطلبات التنظيف المكاني (CIP) المتقدمة (التنظيف في المكان) و SIP (التعقيم في المكان).

الأسئلة المتداولة حول الجسيمات الشحمية

ما هي أنواع الجسيمات الشحمية المتباينة؟

تصنف الجسيمات الشحمية إلى أنواع مختلفة بناء على حجمها وعدد الطبقات المزدوجة التي تحتوي عليها. وتشمل هذه الفئات:

• الحويصلات الصغيرة أحادية الصفيحة (SUV): هذه هي أصغر الجسيمات الشحمية مع طبقة ثنائية دهنية واحدة.
• الحويصلات أحادية الصفيحة الكبيرة (LUV): أكبر من سيارات الدفع الرباعي ، وهذه أيضا لديها طبقة واحدة مزدوجة.
• الحويصلات متعددة الصفائح (MLV): هذه تحتوي على طبقات ثنائية متحدة المركز متعددة.
• الحويصلات متعددة الحويصلات (MVV): تتكون هذه من عدة حويصلات أصغر داخل حويصلة أكبر.

 
تشمل الأنواع المتخصصة الأخرى ما يلي:

• الجسيمات الشحمية الخيطية: الجسيمات الشحمية المعدلة بالبولي إيثيلين جلايكول (PEG) لتعزيز الاستقرار ووقت الدورة الدموية.
• نانوليبوزومات: الجسيمات الشحمية الصغيرة جدا، وعادة ما تستخدم لتوصيل الدواء المستهدف.

ما هي هياكل الحويصلة التي يمكن أن تظهرها الجسيمات الشحمية؟

يتم تصنيف الجسيمات الشحمية أيضا بناء على بنية حويصلاتها إلى سبعة أنواع رئيسية:

• الحويصلات الكبيرة متعددة الصفائح (MLV): تحتوي على طبقات ثنائية متعددة.
• الحويصلات قليلة الصفيحة (OLV): لديك عدد قليل من الطبقات الثنائية.
• الحويصلات الصغيرة أحادية الصفيحة (SUV): أصغر مع طبقة واحدة مزدوجة.
• الحويصلات أحادية الصفيحة متوسطة الحجم (MUV): حجم متوسط مع طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات أحادية الصفيحة الكبيرة (LUV): أكبر مع طبقة واحدة مزدوجة.
• الحويصلات أحادية الصفيحة العملاقة (GUV): كبير جدا مع طبقة واحدة مزدوجة.
• الحويصلات متعددة الحويصلات (MVV): حويصلات متعددة داخل حويصلة واحدة كبيرة.

ما هي الاختلافات بين الجسيمات الشحمية والنيوسومات؟

تختلف الجسيمات الشحمية والنيوسومات بشكل رئيسي في تكوينها:
الجسيمات الشحمية: مصنوعة من الفوسفوليبيدات مزدوجة السلسلة ، والتي يمكن أن تكون إما متعادلة أو مشحونة.
نيوسومات: مصنوعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي أحادية السلسلة غير المشحونة والكوليسترول.
يتم تشكيل كلا الهيكلين من خلال صوتنة ، مما يعزز تجميع الحويصلات ثنائية الطبقة.

ما هو الحجم المثالي للجسيم الشحمي؟

بالنسبة للتسليم العلاجي ، يتراوح الحجم المثالي للجسيم الشحمي نظريا بين 50 و 200 نانومتر في القطر. يعمل نطاق الحجم هذا على تحسين الاستقرار والتوافر البيولوجي. يستخدم Sonication عادة لتقليل الحويصلة إلى الحجم المطلوب.

هل يمكن أن تحمل الجسيمات الشحمية أدوية محبة للماء؟

نعم ، يمكن أن تحمل الجسيمات الشحمية أدوية محبة للماء. يتم تقييمها في التطبيقات الطبية الحيوية لقدرتها على تغليف كل من العوامل الكارهة للماء والماء. بالإضافة إلى ذلك ، فهي توفر توافقا حيويا عاليا وقابلية للتحلل البيولوجي ، مما يجعلها أنظمة توصيل فعالة.

كيف تصنع الجسيمات الشحمية؟

التقنيات الأكثر شيوعا لإعداد الجسيمات الشحمية هي طريقة الأغشية الرقيقة وطريقة تبخر الطور العكسي.
طريقة ترطيب الأغشية الرقيقة:

1. إذابة الدهون في مذيب عضوي.
2. تبخر المذيب لتشكيل طبقة دهنية رقيقة.
3. رطب الفيلم بمحلول مائي باستخدام صوتنة من أجل تشكيل حويصلات متعددة الصفائح.

طريقة تبخر الطور العكسي:

1. إذابة الدهون في الماء والإيثانول.
2. قم بتسخين المحلول عند 60 درجة مئوية لمدة 10 دقائق تقريبا لإنشاء عجينة دهنية.
3. قم بتبريد الملاط الدهني وأضف الماء أو المخزن المؤقت بالتنقيط أثناء التحريك.
4. هيدرات التعليق لمدة 1 ساعة لتشكيل حويصلات متعددة الصفائح.
5. تقليل حجم الجسيمات الشحمية من خلال مزيد من الصوتنة.

ما هي الأثريات؟

Archaeosomes هي الجسيمات الشحمية المصنوعة من الدهون القديمة ، والتي تشتهر باستقرارها ومقاومتها للظروف القاسية. هذه الخصائص تجعل الجسيمات الأثرية مفيدة بشكل خاص لتوصيل الأدوية وتطوير اللقاحات في البيئات الصعبة.

كيف يتم تحضير الأركيوسومات؟

إجراء Sonication وفقا ل Pise (2022): يمكن صنع الأركيوسومات من جزء الدهون القطبية “بي إل إف” من Sulfolobussolfataricus عن طريق صوتنة في 60 °C دون الحاجة إلى تجديد الدهون الخارجية. عند 0 درجة مئوية ، تم صوتنة الدهون القطبية من Sulfolobusacidocaldarius بشكل فعال لتشكيل الأركيوسومات. تم صنع الأركيوسومات المحملة بكثافة المعادن بكثافة المعادن والجسيمات الشحمية التقليدية ، بالإضافة إلى الدهون القديمة المعزولة من Archaea H. salinarum والمخصب بالفوسفاتيديل كولين ، باستخدام تقنيات الصوتنة. تم إنشاء الحويصلات الصوتية للتسليم الموضعي عن طريق صوتنة تشتتات MLV بسعة 80 في المائة لمدة 4 دقائق باستخدام جهاز صوتي من نوع مسبار Hielscher UP50H (انظر الصورة على اليسار).

الأدب / المراجع