Ултразвуков препарат за липозоми

Ултразвуково произведените липозоми показват много висока ефективност на захващане, висока товароносимост и равномерно малък сферичен размер. По този начин ултразвуковите липозоми предлагат отлична бионаличност. Hielscher Ultrasonics предлага ултразвукови апарати за надеждно производство на фармацевтични липозоми в партиден и непрекъснат режим.

Предимства на производството на ултразвукови липозоми

Ултразвуковото капсулиране на липозоми е техника, използвана за капсулиране на лекарства или други терапевтични агенти в липозоми с помощта на ултразвукова енергия. В сравнение с други методи за капсулиране на липозоми, ултразвуковото капсулиране има няколко предимства, които го правят превъзходна производствена техника.

• Високо натоварване, висока ефективност на захващане: Производството на ултразвукови липозоми е добре известно, че произвежда липозоми с високо натоварване на активни съставки, например витамин С, лекарствени молекули и др. В същото време методът на ултразвук показва висока ефективност на улавяне. Това означава, че висок процент от активното вещество се капсулира чрез ултразвук. В заключение, това прави ултразвука високоефективен метод за производство на липозоми.
• Равномерно малки липозоми: Едно от предимствата на ултразвуковото капсулиране на липозоми е способността му да произвежда силно равномерни липозоми с тясно разпределение по размера. Ултразвуковата енергия може да се използва за разграждане на по-големи липозоми или липидни агрегати на по-малки, по-еднородни липозоми. Това води до по-голяма последователност в размера и формата на липозомите, което може да бъде важно за приложения за доставяне на лекарства, където размерът на частиците може да повлияе на тяхната фармакокинетика и ефикасност.
• Приложимо за всякакви молекули: Друго предимство на ултразвуковото капсулиране на липозоми е способността му да капсулира широк спектър от лекарства и други терапевтични средства. Техниката може да се използва за капсулиране както на хидрофилни, така и на хидрофобни лекарства, което може да бъде трудно да се направи с други методи. Освен това ултразвуковата енергия може да се използва за капсулиране на макромолекули и наночастици, които може да са твърде големи, за да се капсулират с други методи.
• Бързо и надеждно: Ултразвуковото капсулиране на липозоми също е сравнително прост и бърз процес. Не изисква използването на агресивни химикали или високи температури, които могат да бъдат вредни за капсулираните терапевтични агенти.
• Мащабиране: Освен това техниката може лесно да бъде мащабирана за широкомащабно производство, което я прави рентабилна опция за приложения за доставка на лекарства.

В обобщение, ултразвуковото капсулиране на липозоми е превъзходна техника за капсулиране на липозоми поради способността си да произвежда равномерни липозоми с тясно разпределение по размери, да капсулира широк спектър от терапевтични агенти и своята простота и мащабируемост.

Ултразвуков препарат за липозоми за фармацевтични и козметични продукти

Липозоми (везикули на липидна основа), трансферозоми (ултрадеформируеми липозоми), етозоми (ултрадеформируеми везикули с високо съдържание на алкохол) и ниозоми (синтетични везикули) са микроскопични везикули, които могат да бъдат изкуствено приготвени като кълбовидни носители, в които могат да бъдат капсулирани активни молекули. Тези везикули с диаметър между 25 и 5000 nm често се използват като носители на лекарства във фармацевтичната и козметичната индустрия, като перорално или локално доставяне на лекарства, генна терапия и имунизация. Ултразвукът е научно доказан метод за високоефективно производство на липозоми. Ултразвуковите апарати на Hielscher произвеждат липозоми с високо натоварване на активни съставки и превъзходна бионаличност.

Липозоми и липозомен състав

Липозомите са униламеларни, олиголамеларни или мултиламеларни везикуларни системи и са съставени от същия материал като клетъчната мембрана (липиден двуслой). По отношение на техния състав и размер липозомите се диференцират, както следва:

• многоламелни везикули (MLV, 0,1-10 μm)
• малки униламеларни везикули (SUV, <100 nm)
• големи униламеларни везикули (LUV, 100–500 nm)
• гигантски униламеларни везикули (GUV, ≥1 μm)

 

Основната структура на липозомите се състои от фосфолипиди. Фосфолипидите имат хидрофилна глава и хидрофобна опашна група, която се състои от дълга въглеводородна верига.
Липозомната мембрана има много сходен състав като кожната бариера, така че те могат лесно да бъдат интегрирани в човешката кожа. Тъй като липозомите се сливат с кожата, те могат да разтоварят уловените агенти директно до местоназначението, където активните вещества могат да изпълняват функциите си. По този начин липозомите създават подобряване на проникването/пропускливостта на кожата за уловените фармацевтични и козметични агенти. Също така липозоми без капсулирани агенти, свободните везикули, са мощни активни вещества за кожата, тъй като фосфатидилхолинът включва две основни вещества, които човешкият организъм не може да произведе сам: линолова киселина и холин.
Липозомите се използват като биосъвместими носители на лекарства, пептиди, протеини, плазмена ДНК, антисенс олигонуклеотиди или рибозими, за фармацевтични, козметични и биохимични цели. Огромната гъвкавост по отношение на размера на частиците и физическите параметри на липидите предоставя привлекателен потенциал за конструиране на персонализирани превозни средства за широк спектър от приложения. (Улрих 2002)

Образуване на ултразвукови липозоми

Липозоми могат да се образуват чрез използването на ултразвук. Основният материал за приготвяне на липозоми са амфилни молекули, получени или базирани на биологични мембранни липиди. За образуването на малки униламеларни везикули (SUV), липидната дисперсия се озвукова нежно – например с ръчното ултразвуково устройство UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter или ултразвуковия реактор CupHorn – в ледена баня. Продължителността на такова ултразвуково лечение продължава около 5 – 15 минути. Друг метод за получаване на малки униламеларни везикули е ултразвукът на липозоми на многоламеларните везикули.
Dinu-Pirvu et al. (2010) съобщава за получаване на трансферозоми чрез ултразвук MLV при стайна температура.
Hielscher Ultrasonics предлага различни ултразвукови устройства, сонотроди и аксесоари и по този начин може да осигури най-подходящата ултразвукова настройка за високоефективно капсулиране на липозоми във всякакъв мащаб.

Ултразвуково капсулиране на активни вещества в липозоми

Липозомите действат като носители на активни съставки като витамини, терапевтични молекули, пептиди и др. Ултразвукът е ефективно средство за подготовка и образуване на липозоми за улавяне на активни агенти. Едновременно с това ултразвукът подпомага процеса на капсулиране и улавяне, така че да се произвеждат липозоми с високо натоварване на активни съставки. Преди капсулирането липозомите са склонни да образуват клъстери поради взаимодействието повърхностен заряд-заряд на фосфолипидните полярни глави (срв. Míckova et al. 2008), освен това те трябва да бъдат отворени. Като пример, Zhu et al. (2003) описват капсулирането на биотин на прах в липозоми чрез ултразвук. Тъй като биотинът на прах е добавен в разтвора на суспензията на везикулите, разтворът е ултразвуков. След това третиране биотинът е уловен в липозомите.

Липозоменни емулсии с ултразвук

За да се засили подхранващият ефект на овлажняващи или против стареене кремове, лосиони, гелове и други козмецевтични формулировки, към липозомалните дисперсии се добавят емулгатори за стабилизиране на по-големи количества липиди. Но изследванията показват, че способността на липозомите като цяло е ограничена. С добавянето на емулгатори този ефект ще се появи по-рано и допълнителните емулгатори причиняват отслабване на бариерния афинитет на фосфатидилхолина. Наночастици – съставен от фосфатидилхолин и липиди – са отговорът на този проблем. Тези наночастици се образуват от маслена капчица, която е покрита от монослой фосфатидилхолин. Използването на наночастици позволява формулировки, които са способни да абсорбират повече липиди и да останат стабилни, така че да не са необходими допълнителни емулгатори.
Ултразвукът е доказан метод за производство на наноемулсии и нанодисперсии. Високоинтензивният ултразвук доставя мощността, необходима за разпръскване на течна фаза (диспергирана фаза) на малки капчици във втора фаза (непрекъсната фаза). В зоната на диспергиране имплодиращите кавитационни мехурчета причиняват интензивни ударни вълни в околната течност и водят до образуването на течни струи с висока скорост на течността. За да се стабилизират новообразуваните капчици от дисперсната фаза срещу коалесценция, към емулсията се добавят емулгатори (повърхностно активни вещества, повърхностноактивни вещества) и стабилизатори. Тъй като срастването на капчиците след разрушаване влияе върху крайното разпределение на размера на капките, се използват ефективно стабилизиращи емулгатори, за да се поддържа крайното разпределение на размера на капките на ниво, равно на разпределението непосредствено след разрушаването на капката в зоната на ултразвуково диспергиране.

Липозомни дисперсии с помощта на ултразвук

Липозомалните дисперсии, които се основават на ненаситен фосфатидилхлор, нямат стабилност срещу окисляване. Стабилизирането на дисперсията може да се постигне чрез антиоксиданти, като например чрез комплекс от витамини С и Е.
 

 
Ortan et al. (2002) постигат в своето проучване относно ултразвуковото приготвяне на етерично масло от Anethum graveolens в липозоми добри резултати. След ултразвука размерите на липозомите са между 70-150 nm, а за MLV между 230-475 nm; тези стойности са приблизително постоянни и след 2 месеца, но спират след 12 месеца, особено при дисперсия на SUV (вижте хистограмите по-долу). Измерването на стабилността, свързано със загубата на етерично масло и разпределението по размери, също показа, че липозомалните дисперсии поддържат съдържанието на летливо масло. Това предполага, че улавянето на етеричното масло в липозоми увеличава стабилността на маслото.

Ултразвуковите процесори на Hielscher са идеалните устройства за приложения в козметичната и фармацевтичната индустрия. Системите, състоящи се от няколко ултразвукови процесора до 16 000 вата всеки, осигуряват капацитета, необходим за превръщане на това лабораторно приложение в ефективен производствен метод за получаване на фино диспергирани емулсии в непрекъснат поток или в партида – постигане на резултати, сравними с тези на днешните най-добри хомогенизатори за високо налягане, като например вентили с отвори. В допълнение към тази висока ефективност при непрекъсната емулгиране, ултразвуковите устройства на Hielscher изискват много ниска поддръжка и са много лесни за работа и почистване. Ултразвукът всъщност подпомага почистването и изплакването. Ултразвуковата мощност е регулируема и може да се адаптира към конкретни продукти и изисквания за емулгиране. Предлагат се и специални реактори с поточни клетки, отговарящи на усъвършенстваните изисквания за CIP (почистване на място) и SIP (стерилизиране на място).

---

---

Често задавани въпроси за липозоми

Какви видове липозоми се разграничават?

Липозомите се класифицират в различни видове въз основа на техния размер и броя на двуслойните, които съдържат. Тези категории включват:

• Малки униламеларни везикули (SUV): Това са най-малките липозоми с един липиден двуслой.
• Големи униламеларни везикули (LUV): По-големи от SUV, те също имат един двуслоен.
• Мултиламеларни везикули (MLV): Те съдържат множество концентрични двуслоеве.
• Мултивезикуларни везикули (MVV): Те са съставени от множество по-малки везикули в по-голям везикул.

 
Други специализирани видове включват:

• ПЕГилирани липозоми: Липозоми, модифицирани с полиетилен гликол (PEG) за подобряване на стабилността и времето за циркулация.
• Нанолипозоми: Много малки липозоми, обикновено използвани за целенасочено доставяне на лекарства.

 

Какви структури на везикулите могат да проявяват липозоми?

Липозомите се категоризират допълнително въз основа на тяхната структура на везикулите в седем основни типа:

• Мултиламеларни големи везикули (MLV): Съдържат множество двуслойни слоеве.
• Олиголамеларни везикули (OLV): Имайте няколко двуслойни слоя.
• Малки униламеларни везикули (SUV): Най-малкият с един двуслой.
• Средно големи униламеларни везикули (MUV): Междинен размер с един двуслой.
• Големи униламеларни везикули (LUV): По-голям с един двуслой.
• Гигантски униламеларни везикули (GUV): Много голям с един двуслоен.
• Мултивезикуларни везикули (MVV): Множество везикули в един голям везикул.

Какви са разликите между липозоми и ниозоми?

Липозоми и ниозоми се различават главно по своя състав:
Липозоми: Изработен от двуверижни фосфолипиди, които могат да бъдат неутрални или заредени.
Ниозоми: Изработен от незаредени едноверижни повърхностноактивни вещества и холестерол.
И двете структури се образуват чрез ултразвук, което насърчава сглобяването на двуслойните везикули.

Какъв е идеалният размер на липозома?

За терапевтично раждане идеалният размер на липозома теоретично е между 50 и 200 нанометра в диаметър. Тази гама от размери оптимизира стабилността и бионаличността. Сонацията обикновено се използва за намаляване на везикулата до желания размер.

Могат ли липозомите да носят хидрофилни лекарства?

Да, липозомите могат да носят хидрофилни лекарства. Те са ценени в биомедицинските приложения заради способността им да капсулират както хидрофобни, така и хидрофилни агенти. Освен това те предлагат висока биосъвместимост и биоразградимост, което ги прави ефективни системи за доставка.

Как да си направим липозоми?

Най-често срещаните техники за приготвяне на липозоми са тънкослойният метод и методът на изпаряване с обратна фаза.
Метод на тънкослойна хидратация:

1. Разтворете липидите в органичен разтворител.
2. Изпарете разтворителя, за да образувате тънък липиден филм.
3. Хидратирайте филма с воден разтвор с помощта на ултразвук, за да образувате мултиламеларни везикули.

Метод на изпаряване с обратна фаза:

1. Разтворете липидите във вода и етанол.
2. Соникирайте разтвора при 60°C за около 10 минути, за да се получи липидна паста.
3. Охладете липидната каша и добавете вода или буферирайте на капки, докато разбърквате.
4. Хидратирайте суспензията за 1 час, за да образувате мултиламеларни везикули.
5. Намалете размера на липозомата чрез по-нататъшно ултразвук.

Какво представляват археозомите?

Археозомите са липозоми, направени от археални липиди, които са известни със своята стабилност и устойчивост на екстремни условия. Тези свойства правят археозомите особено полезни за доставяне на лекарства и разработване на ваксини в предизвикателни среди.

Как се приготвят археозомите?

Процедура за соникация съгласно Pise (2022): Археозомите могат да бъдат направени от полярната липидна фракция “PLF” на Sulfolobussolfataricus чрез ултразвук при 60°C без необходимост от външно попълване на липидите. При 0°C полярните липиди от Sulfolobusacidocaldarius са ефективно ултразвукови, за да образуват археозоми. Заредени с BMD археозоми и конвенционални липозоми, както и археални липиди, изолирани от Archaea H. salinarum и обогатени с фосфатидилхолин, са направени с помощта на техники за ултразвук. Сонирани везикули са създадени за локално доставяне чрез ултразвук на MLV дисперсии при 80 процента амплитуда за 4 минути с помощта на сонда тип сонда Hielscher UP50H (вижте снимката вляво).

Литература/Препратки

• 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.