تحضير الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية

تتميز الليبوسومات المنتَجة بالموجات فوق الصوتية بكفاءة احتجاز عالية جدًا، وسعة تحميل مرتفعة، وحجم كروي صغير ومتجانس. وبذلك، توفر الليبوسومات المنتَجة بالموجات فوق الصوتية توافرًا حيويًا ممتازًا. تقدم Hielscher Ultrasonics أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية لإنتاج موثوق لليبوسومات ذات الجودة الصيدلانية بنمط الدُفعات والنمط المستمر.

مزايا إنتاج الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية

التغليف داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية تقنية تُستخدم لتغليف الأدوية أو غيرها من العوامل العلاجية داخل الليبوسومات باستخدام الطاقة فوق الصوتية. وبالمقارنة مع الطرق الأخرى للتغليف داخل الليبوسومات، يتمتع التغليف بالموجات فوق الصوتية بعدة مزايا تجعله تقنية الإنتاج المتفوقة.

• تحميل مرتفع وكفاءة احتجاز عالية: يُعرف إنتاج الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية بقدرته على إنتاج ليبوسومات ذات تحميل مرتفع من المكونات الفعالة، مثل فيتامين C والجزيئات الدوائية وغيرها. وفي الوقت نفسه، تُظهر طريقة المعالجة بالموجات فوق الصوتية كفاءة احتجاز عالية. وهذا يعني تغليف نسبة كبيرة من المادة الفعالة باستخدام الموجات فوق الصوتية. ونتيجة لذلك، تُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة لإنتاج الليبوسومات.
• ليبوسومات صغيرة ومتجانسة الحجم: من مزايا التغليف داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية قدرته على إنتاج ليبوسومات شديدة التجانس ذات توزيع ضيق للأحجام. ويمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية لتفتيت الليبوسومات الأكبر أو تجمعات الدهون إلى ليبوسومات أصغر وأكثر تجانسًا. ويؤدي ذلك إلى اتساق أكبر في حجم الليبوسومات وشكلها، وهو ما قد يكون مهمًا لتطبيقات توصيل الأدوية، حيث يمكن أن يؤثر حجم الجسيمات في حركيتها الدوائية وفعاليتها.
• قابل للتطبيق على أي جزيئات: من المزايا الأخرى للتغليف داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية قدرته على تغليف مجموعة واسعة من الأدوية وغيرها من العوامل العلاجية. ويمكن استخدام هذه التقنية لتغليف الأدوية المحبة للماء والكارهة للماء على حد سواء، وهو ما قد يصعب تحقيقه بالطرق الأخرى. وإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية لتغليف الجزيئات الكبيرة والجسيمات النانوية التي قد تكون أكبر من أن تُغلَّف بالطرق الأخرى.
• سريع وموثوق: التغليف داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية عملية بسيطة وسريعة نسبيًا أيضًا. ولا تتطلب استخدام مواد كيميائية قاسية أو درجات حرارة مرتفعة قد تضر بالعوامل العلاجية الجاري تغليفها.
• التوسع في الإنتاج: إضافة إلى ذلك، يمكن توسيع نطاق هذه التقنية بسهولة للإنتاج على نطاق واسع، مما يجعلها خيارًا مجديًا من حيث التكلفة لتطبيقات توصيل الأدوية.

باختصار، يُعد التغليف داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية تقنية متفوقة للتغليف داخل الليبوسومات، نظرًا إلى قدرتها على إنتاج ليبوسومات متجانسة ذات توزيع ضيق للأحجام، وتغليف مجموعة واسعة من العوامل العلاجية، فضلًا عن بساطتها وقابليتها للتوسع.

بعد تكوين غشاء دهني وإعادة إماهته لاحقًا، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتعزيز احتجاز المكونات الفعالة داخل الليبوسوم. وإضافة إلى ذلك، تحقق المعالجة بالموجات فوق الصوتية الحجم المطلوب لليبوسومات.

تحضير الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية للمستحضرات الصيدلانية والتجميلية

الليبوسومات (حويصلات قائمة على الدهون)، والترانسفيرسومات (ليبوسومات فائقة القابلية للتشوه)، والإيثوسومات (حويصلات فائقة القابلية للتشوه ذات محتوى مرتفع من الكحول)، والنيوسومات (حويصلات اصطناعية) هي حويصلات مجهرية يمكن تحضيرها اصطناعيًا بوصفها حوامل كروية تُغلَّف داخلها الجزيئات الفعالة. وتُستخدم هذه الحويصلات، التي تتراوح أقطارها بين 25 و5000 nm، غالبًا بوصفها حوامل للأدوية في الصناعات الصيدلانية والتجميلية، مثل توصيل الأدوية عن طريق الفم أو موضعيًا، والعلاج الجيني، والتمنيع. والمعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة مثبتة علميًا لإنتاج الليبوسومات بكفاءة عالية. وتُنتج أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher ليبوسومات ذات تحميل مرتفع من المكونات الفعالة وتوافر حيوي متفوق.

الليبوسومات والصياغة الليبوسومية

الليبوسومات أنظمة حويصلية أحادية الصفائح أو قليلة الصفائح أو متعددة الصفائح، وتتكون من المادة نفسها التي يتكون منها غشاء الخلية (طبقة دهنية ثنائية). وتُميَّز الليبوسومات بحسب تركيبها وحجمها على النحو التالي:

• حويصلات متعددة الصفائح (MLV, 0.1–10μm)
• حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة (SUV, <100 nm)
• حويصلات كبيرة أحادية الصفيحة (LUV, 100–500 nm)
• حويصلات عملاقة أحادية الصفيحة (GUV, ≥1 μm)

يتكون الهيكل الأساسي لليبوسومات من الفوسفوليبيدات. وللفوسفوليبيدات مجموعة رأس محبة للماء ومجموعة ذيل كارهة للماء تتكون من سلسلة هيدروكربونية طويلة.
يشبه تركيب غشاء الليبوسوم إلى حد كبير تركيب الحاجز الجلدي، مما يتيح اندماج الليبوسومات بسهولة في جلد الإنسان. وعندما تندمج الليبوسومات مع الجلد، يمكنها تحرير العوامل المحتجزة مباشرة في الموقع المستهدف، حيث تستطيع المواد الفعالة أداء وظائفها. وبذلك، تعزز الليبوسومات قابلية اختراق الجلد ونفاذيته للعوامل الصيدلانية والتجميلية المحتجزة. كما أن الليبوسومات الخالية من العوامل المغلَّفة، أي الحويصلات الفارغة، تُعد مواد فعالة قوية التأثير في الجلد، لأن الفوسفاتيديل كولين يضم مادتين أساسيتين لا يستطيع جسم الإنسان إنتاجهما بنفسه: حمض اللينوليك والكولين.
تُستخدم الليبوسومات بوصفها حوامل متوافقة حيويًا للأدوية والببتيدات والبروتينات والحمض النووي DNA البلازمي وقليلات النوكليوتيد المضادة للمعنى أو الريبوزيمات، لأغراض صيدلانية وتجميلية وكيميائية حيوية. ويتيح التنوع الهائل في حجم الجسيمات وفي الخصائص الفيزيائية للدهون إمكانات جذابة لتصميم حوامل مخصصة لمجموعة واسعة من التطبيقات. (Ulrich 2002)

تكوين الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية

يمكن تكوين الليبوسومات باستخدام الموجات فوق الصوتية. وتتكون المادة الأساسية لتحضير الليبوسومات من جزيئات مزدوجة الألفة مشتقة من دهون الأغشية الحيوية أو قائمة عليها. ولتكوين حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة (SUV)، يُعالَج المشتت الدهني بلطف بالموجات فوق الصوتية – مثلًا باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية المحمول باليد UP50H (50W, 30kHz)، أو VialTweeter، أو مفاعل الموجات فوق الصوتية CupHorn – في حمام ثلجي. وتستغرق هذه المعالجة بالموجات فوق الصوتية نحو 5 – 15 دقيقة. ومن الطرق الأخرى لإنتاج حويصلات صغيرة أحادية الصفيحة معالجة الليبوسومات ذات الحويصلات متعددة الصفائح بالموجات فوق الصوتية.
أفاد Dinu-Pirvu et al. (2010) بالحصول على الترانسفيرسومات من خلال معالجة حويصلات MLV بالموجات فوق الصوتية في درجة حرارة الغرفة.
تقدم Hielscher Ultrasonics أجهزة متنوعة للموجات فوق الصوتية، وسونوترودات، وملحقات، وبذلك يمكنها توفير التجهيز الأنسب بالموجات فوق الصوتية للتغليف داخل الليبوسومات بكفاءة عالية على أي نطاق.

تغليف المواد الفعالة داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية

تعمل الليبوسومات بوصفها حوامل للمكونات الفعالة، مثل الفيتامينات والجزيئات العلاجية والببتيدات وغيرها. وتُعد الموجات فوق الصوتية أداة فعالة لتحضير الليبوسومات وتكوينها لاحتجاز العوامل الفعالة. وفي الوقت نفسه، تساعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية في عملية التغليف والاحتجاز، بحيث تُنتَج ليبوسومات ذات تحميل مرتفع من المكونات الفعالة. وقبل التغليف، تميل الليبوسومات إلى تكوين تجمعات بسبب تفاعل الشحنات السطحية بعضها مع بعض في الرؤوس القطبية للفوسفوليبيدات (راجع Míckova et al. 2008)، كما يجب فتحها. وعلى سبيل المثال، يصف Zhu et al. (2003) تغليف مسحوق البيوتين داخل الليبوسومات باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وبعد إضافة مسحوق البيوتين إلى محلول معلق الحويصلات، عولج المحلول بالموجات فوق الصوتية. وبعد هذه المعالجة، احتُجز البيوتين داخل الليبوسومات.
اقرأ المزيد عن تغليف ببتيدات GLP-1 (مثل سيماجلوتيد) داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية!

المستحلبات الليبوسومية باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية

لتعزيز التأثير المغذي للكريمات المرطبة أو المضادة للشيخوخة، واللوشنات، والمواد الهلامية، وغيرها من التركيبات التجميلية العلاجية، تُضاف عوامل استحلاب إلى المشتتات الليبوسومية لتثبيت كميات أكبر من الدهون. لكن الدراسات أظهرت أن قدرة الليبوسومات محدودة عمومًا. ومع إضافة عوامل الاستحلاب، سيظهر هذا التأثير في وقت أبكر، كما تتسبب عوامل الاستحلاب الإضافية في إضعاف ألفة الفوسفاتيديل كولين للحاجز الجلدي. وتُعد الجسيمات النانوية – المكونة من الفوسفاتيديل كولين والدهون – حلًا لهذه المشكلة. وتتكون هذه الجسيمات النانوية من قطرة زيت مغطاة بطبقة أحادية من الفوسفاتيديل كولين. ويتيح استخدام الجسيمات النانوية إعداد تركيبات قادرة على استيعاب مزيد من الدهون مع الحفاظ على ثباتها، بحيث لا تكون هناك حاجة إلى عوامل استحلاب إضافية.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة مثبتة لإنتاج المستحلبات النانوية والمشتتات النانوية. وتوفر الموجات فوق الصوتية عالية الشدة القدرة اللازمة لتشتيت طور سائل (الطور المشتَّت) على هيئة قطرات صغيرة داخل طور ثانٍ (الطور المستمر). وفي منطقة التشتيت، يؤدي الانهيار الداخلي لفقاعات التجويف إلى إحداث موجات صدمية شديدة في السائل المحيط، وينتج عنه تكوّن نفاثات سائلة عالية السرعة. ولتثبيت قطرات الطور المشتَّت المتكونة حديثًا ومنع اندماجها، تُضاف عوامل استحلاب (مواد فعالة سطحيًا، وخافضات للتوتر السطحي) ومثبتات إلى المستحلب. ونظرًا إلى أن اندماج القطرات بعد تفتيتها يؤثر في التوزيع النهائي لأحجام القطرات، تُستخدم عوامل استحلاب فعالة في التثبيت للحفاظ على التوزيع النهائي لأحجام القطرات عند مستوى مماثل للتوزيع الموجود مباشرة بعد تفتيت القطرات في منطقة التشتيت بالموجات فوق الصوتية.

المشتتات الليبوسومية باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية

تفتقر المشتتات الليبوسومية القائمة على مركب «phosphatidylchlorine» غير المشبع إلى الثبات تجاه الأكسدة. ويمكن تثبيت المشتت باستخدام مضادات الأكسدة، مثل مزيج من فيتاميني C وE.
 

تكوين الليبوسومات بطريقة تبخير الطور العكسي باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية

 
حقق Ortan et al. (2002) نتائج جيدة في دراستهم المتعلقة بتحضير الزيت العطري لنبات Anethum graveolens داخل الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية. وبعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية، تراوحت أبعاد الليبوسومات بين 70–150 nm، وأبعاد حويصلات MLV بين 230–475 nm؛ وظلت هذه القيم ثابتة تقريبًا حتى بعد 2 شهر، لكنها ازدادت بعد 12 شهر، خاصة في مشتت SUV (انظر المدرجات التكرارية أدناه). كما أظهر قياس الثبات، من حيث فقدان الزيت العطري وتوزيع الأحجام، أن المشتتات الليبوسومية حافظت على محتواها من الزيت الطيار. ويشير ذلك إلى أن احتجاز الزيت العطري داخل الليبوسومات زاد من ثبات الزيت.

Ortan et al. (2009): ثبات مشتتات MLV وSUV بعد 1 سنة. خُزنت التركيبات الليبوسومية عند 4±1 ºC.

تُعد معالجات الموجات فوق الصوتية من Hielscher أجهزة مثالية للتطبيقات في الصناعات التجميلية والصيدلانية. وتوفر الأنظمة المكونة من عدة معالجات بالموجات فوق الصوتية، تصل قدرة كل منها إلى 16,000 واط، السعة اللازمة لتحويل هذا التطبيق المخبري إلى طريقة إنتاج فعالة للحصول على مستحلبات دقيقة التشتيت بالتدفق المستمر أو بنمط الدُفعات – محققة نتائج تضاهي نتائج أفضل المجانسات عالية الضغط المتاحة اليوم، مثل صمامات الفتحات. وإضافة إلى هذه الكفاءة العالية في الاستحلاب المستمر، تتطلب أجهزة الموجات فوق الصوتية من Hielscher صيانة قليلة جدًا، كما أنها سهلة التشغيل والتنظيف للغاية. وتساعد الموجات فوق الصوتية فعليًا في التنظيف والشطف. ويمكن ضبط القدرة فوق الصوتية وتكييفها مع المنتجات المحددة ومتطلبات الاستحلاب. وتتوفر أيضًا مفاعلات خاصة بخلايا التدفق تلبي المتطلبات المتقدمة للتنظيف في المكان CIP والتعقيم في المكان SIP.

الأسئلة الشائعة حول الليبوسومات

ما أنواع الليبوسومات التي يُميَّز بينها؟

تُصنَّف الليبوسومات إلى أنواع مختلفة استنادًا إلى حجمها وعدد الطبقات الثنائية التي تحتوي عليها. وتشمل هذه الفئات:

• الحويصلات الصغيرة أحادية الصفيحة (SUV): هذه أصغر الليبوسومات، ولها طبقة دهنية ثنائية واحدة.
• الحويصلات الكبيرة أحادية الصفيحة (LUV): هذه أكبر من حويصلات SUV، ولها أيضًا طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات متعددة الصفائح (MLV): تحتوي هذه على عدة طبقات ثنائية متحدة المركز.
• الحويصلات متعددة الحويصلات (MVV): تتكون هذه من عدة حويصلات أصغر داخل حويصلة أكبر.

 
تشمل الأنواع المتخصصة الأخرى:

• الليبوسومات المعدَّلة بالبولي إيثيلين غليكول: ليبوسومات معدَّلة بالبولي إيثيلين غليكول (PEG) لتعزيز الثبات وإطالة مدة بقائها في الدورة الدموية.
• الليبوسومات النانوية: ليبوسومات صغيرة جدًا، تُستخدم عادة لتوصيل الأدوية الموجَّه.

ما البنى الحويصلية التي يمكن أن تتخذها الليبوسومات؟

تُصنَّف الليبوسومات أيضًا استنادًا إلى بنيتها الحويصلية إلى سبعة أنواع رئيسية:

• الحويصلات الكبيرة متعددة الصفائح (MLV): تحتوي على عدة طبقات ثنائية.
• الحويصلات قليلة الصفائح (OLV): لها عدد قليل من الطبقات الثنائية.
• الحويصلات الصغيرة أحادية الصفيحة (SUV): الأصغر حجمًا، ولها طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات متوسطة الحجم أحادية الصفيحة (MUV): متوسطة الحجم، ولها طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات الكبيرة أحادية الصفيحة (LUV): أكبر حجمًا، ولها طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات العملاقة أحادية الصفيحة (GUV): كبيرة جدًا، ولها طبقة ثنائية واحدة.
• الحويصلات متعددة الحويصلات (MVV): عدة حويصلات داخل حويصلة كبيرة واحدة.

ما الفروق بين الليبوسومات والنيوسومات؟

تختلف الليبوسومات والنيوسومات أساسًا في تركيبها:
الليبوسومات: تُصنع من فوسفوليبيدات ثنائية السلسلة، يمكن أن تكون متعادلة أو مشحونة.
النيوسومات: تُصنع من خافضات توتر سطحي أحادية السلسلة غير مشحونة ومن الكوليسترول.
تتكون البنيتان من خلال المعالجة بالموجات فوق الصوتية، التي تعزز تجمّع الحويصلات ذات الطبقة الثنائية.

ما الحجم المثالي لليبوسوم؟

لتوصيل العوامل العلاجية، يتراوح القطر المثالي لليبوسوم نظريًا بين 50 و200 نانومتر. ويحقق هذا النطاق الحجمي أفضل ثبات وتوافر حيوي. وتُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية عادة لتقليل حجم الحويصلة إلى الحجم المطلوب.

هل يمكن لليبوسومات حمل الأدوية المحبة للماء؟

نعم، يمكن لليبوسومات حمل الأدوية المحبة للماء. وتحظى بالتقدير في التطبيقات الطبية الحيوية لقدرتها على تغليف العوامل الكارهة للماء والمحبة للماء على حد سواء. وإضافة إلى ذلك، تتمتع بتوافق حيوي وقابلية للتحلل الحيوي مرتفعين، مما يجعلها أنظمة توصيل فعالة.

كيف تُصنع الليبوسومات؟

أكثر تقنيات تحضير الليبوسومات شيوعًا هي طريقة الغشاء الرقيق وطريقة تبخير الطور العكسي.
طريقة إماهة الغشاء الرقيق:

1. أذِب الدهون في مذيب عضوي.
2. بخِّر المذيب لتكوين غشاء دهني رقيق.
3. أمِه الغشاء بمحلول مائي باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتكوين حويصلات متعددة الصفائح.

طريقة تبخير الطور العكسي:

1. أذِب الدهون في الماء والإيثانول.
2. عالِج المحلول بالموجات فوق الصوتية عند 60°C لمدة نحو 10 دقائق لتكوين عجينة دهنية.
3. برِّد المعلق الدهني الكثيف وأضِف الماء أو المحلول المنظِّم قطرةً قطرةً مع التحريك.
4. أمِه المعلق لمدة 1 ساعة لتكوين حويصلات متعددة الصفائح.
5. قلِّل حجم الليبوسومات من خلال مزيد من المعالجة بالموجات فوق الصوتية.

ما الأركيوسومات؟

الأركيوسومات هي ليبوسومات تُصنع من دهون العتائق، المعروفة بثباتها ومقاومتها للظروف القاسية. وتجعل هذه الخصائص الأركيوسومات مفيدة بصورة خاصة لتوصيل الأدوية وتطوير اللقاحات في البيئات الصعبة.

كيف تُحضَّر الأركيوسومات؟

إجراء المعالجة بالموجات فوق الصوتية وفقًا لـ Pise (2022): يمكن صنع الأركيوسومات من الجزء الدهني القطبي “PLF” لكائن Sulfolobussolfataricus باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية عند 60°C دون الحاجة إلى تجديد الدهون من مصدر خارجي. وعند 0°C، عولجت الدهون القطبية من Sulfolobusacidocaldarius بفعالية بالموجات فوق الصوتية لتكوين الأركيوسومات. وصُنعت الأركيوسومات المحمَّلة بـ BMD والليبوسومات التقليدية، وكذلك دهون العتائق المعزولة من العتائق H. salinarum والمُثرَاة بالفوسفاتيديل كولين، باستخدام تقنيات المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وأُنتجت حويصلات معالجة بالموجات فوق الصوتية للتوصيل الموضعي من خلال معالجة مشتتات MLV بالموجات فوق الصوتية عند سعة اهتزاز قدرها 80 بالمئة لمدة 4 دقائق باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية ذي المسبار Hielscher UP50H (انظر الصورة على اليسار).

المراجع العلمية/المصادر

• Raquel Martínez-González, Joan Estelrich, Maria Antònia Busquets (2016): Liposomes Loaded with Hydrophobic Iron Oxide Nanoparticles: Suitable T2 Contrast Agents for MRI. International Journal of Molecular Science 2016.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2014): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
• Pise, Ganesh (2022): Archaeosomes for both cell-based delivery applications and drug-based delivery applications. Journal of Medical Pharmaceutical and Allied Sciences 11, 2022. 4995-5003.