ultrazvučna priprema liposoma

Ultrazvučno proizvedeni liposomi pokazuju vrlo visoku efikasnost hvatanja, visok kapacitet opterećenja i ujednačeno malu sferičnu veličinu. Zbog toga ultrazvučni liposomi nude odličnu bioraspoloživost. Hielscher Ultrasonics nudi ultrasonikatore za pouzdanu proizvodnju farmaceutskih liposoma u serijama i kontinuiranom načinu rada.

Prednosti ultrazvučne proizvodnje liposoma

Ultrazvučna inkapsulacija liposoma je tehnika koja se koristi za inkapsuliranje lijekova ili drugih terapeutskih sredstava unutar liposoma koristeći ultrazvučnu energiju. U poređenju sa drugim metodama za inkapsulaciju liposoma, ultrazvučna inkapsulacija ima nekoliko prednosti koje je čine vrhunskom proizvodnom tehnikom.

• Visoko opterećenje, visoka efikasnost zarobljavanja: Poznato je da ultrazvučna proizvodnja liposoma proizvodi liposome sa visokim sadržajem aktivnih sastojaka, npr. vitamina C, molekula lijekova itd. U isto vrijeme, metoda sonikacije pokazuje visoku efikasnost zarobljavanja. To znači da je visok postotak aktivne tvari inkapsuliran ultrazvučnom obradom. U zaključku, ovo čini ultrazvučnu obradu visoko efikasnom metodom za proizvodnju liposoma.
• Ujednačeno mali liposomi: Jedna od prednosti ultrazvučne inkapsulacije liposoma je njena sposobnost da proizvede visoko uniformne liposome sa uskom distribucijom veličine. Ultrazvučna energija se može koristiti za razbijanje većih liposoma ili lipidnih agregata u manje, uniformnije liposome. To dovodi do veće konzistentnosti u veličini i obliku liposoma, što može biti važno za primjenu u primjeni lijekova gdje veličina čestica može utjecati na njihovu farmakokinetiku i učinkovitost.
• Primjenjivo na bilo koje molekule: Još jedna prednost ultrazvučne inkapsulacije liposoma je njena sposobnost da inkapsulira širok spektar lijekova i drugih terapeutskih sredstava. Tehnika se može koristiti za kapsuliranje i hidrofilnih i hidrofobnih lijekova, što može biti teško učiniti drugim metodama. Dodatno, ultrazvučna energija se može koristiti za kapsuliranje makromolekula i nanočestica, koje mogu biti prevelike da bi se inkapsulirale drugim metodama.
• Brzo i pouzdano: Ultrazvučna inkapsulacija liposoma je također relativno jednostavan i brz proces. Ne zahtijeva upotrebu jakih hemikalija ili visokih temperatura, što može biti štetno za terapijske agense koji se inkapsuliraju.
• Povećanje: Osim toga, tehnika se može lako proširiti za proizvodnju velikih razmjera, što je čini isplativom opcijom za primjenu lijekova.

Ukratko, ultrazvučna inkapsulacija liposoma je superiorna tehnika za inkapsulaciju liposoma zbog svoje sposobnosti da proizvede ujednačene liposome sa uskom distribucijom veličine, inkapsulira širok spektar terapeutskih agenasa, te zbog svoje jednostavnosti i skalabilnosti.

Nakon formiranja lipidnog filma naknadnom rehidracijom, ultrazvuk se koristi za promicanje zarobljavanja aktivnih sastojaka u liposomu. Uz to, ultrazvukom se postiže željena veličina liposoma.

Ultrazvučni preparat liposoma za farmaceutske i kozmetičke proizvode

Liposomi (vezikule zasnovane na lipidima), transferosomi (ultradeformabilni liposomi), etozomi (ultradeformabilni vezikuli sa visokim sadržajem alkohola) i niosomi (sintetičke vezikule) su mikroskopske vezikule, koje se mogu veštački pripremiti kao globularni nosači u koje se aktivne molekule mogu inkapsulirati. Ove vezikule promjera između 25 i 5000 nm često se koriste kao nosači lijekova u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji, kao što je oralna ili lokalna primjena lijekova, genetska terapija i imunizacija. Ultrazvuk je naučno dokazana metoda za visoko efikasnu proizvodnju liposoma. Hielscher ultrasonikatori proizvode liposome s visokim sadržajem aktivnih sastojaka i vrhunskom biodostupnošću.

Liposomi i lipozomska formulacija

Liposomi su jednoslojni, oligolamelarni ili multilamelarni vezikularni sistemi i sastavljeni su od istog materijala kao i ćelijska membrana (lipidni dvosloj). S obzirom na sastav i veličinu, liposomi se razlikuju na sljedeći način:

• višelamelarne vezikule (MLV, 0,1-10μm)
• male jednoslojne vezikule (SUV, <100 nm)
• velike jednoslojne vezikule (LUV, 100-500 nm)
• gigantske jednoslojne vezikule (GUV, ≥1 μm)

Glavnu strukturu liposoma čine fosfolipidi. Fosfolipidi imaju hidrofilnu glavnu grupu i hidrofobnu repnu grupu, koja se sastoji od dugog lanca ugljikovodika.
Membrana liposoma ima vrlo sličan sastav kao i kožna barijera, tako da se lako mogu integrirati u ljudsku kožu. Kako se liposomi fuzioniraju s kožom, oni mogu istovariti zarobljene agense direktno do odredišta, gdje aktivni sastojci mogu ispuniti svoje funkcije. Dakle, liposomi stvaraju poboljšanje penetracije/propusnosti kože za zarobljene farmaceutske i kozmetičke agense. Također, liposomi bez inkapsuliranih agenasa, prazni vezikuli, su moćni aktivni sastojci za kožu, jer fosfatidilholin uključuje dvije esencijalne tvari koje ljudski organizam ne može sam proizvesti: linolnu kiselinu i holin.
Liposomi se koriste kao biokompatibilni nosioci lijekova, peptida, proteina, plazmičke DNK, antisens oligonukleotida ili ribozima, u farmaceutske, kozmetičke i biohemijske svrhe. Ogromna raznovrsnost u veličini čestica i fizičkim parametrima lipida pruža atraktivan potencijal za izradu vozila po mjeri za širok spektar primjena. (Ulrih 2002.)

Ultrazvučno formiranje liposoma

Liposomi se mogu formirati upotrebom ultrazvuka. Osnovni materijal za pripremu liposoma su amfilne molekule izvedene ili bazirane na biološkim membranskim lipidima. Za formiranje malih jednoslojnih vezikula (SUV), disperzija lipida se lagano obrađuje ultrazvukom – npr. sa ručnim ultrazvučnim uređajem UP50H (50W, 30kHz), VialTweeterom ili ultrazvučnim reaktorom CupHorn – u ledenom kupatilu. Trajanje takvog ultrazvučnog tretmana traje cca. 5 – 15 minuta. Druga metoda za proizvodnju malih jednoslojnih vezikula je sonikacija liposoma višelamelarnih vezikula.
Dinu-Pirvu i dr. (2010) izvještava o dobijanju transferosoma sonikacijom MLV-a na sobnoj temperaturi.
Hielscher Ultrasonics nudi razne ultrazvučne uređaje, sonotrode i pribor i na taj način može pružiti najprikladnije ultrazvučno podešavanje za visoko efikasnu inkapsulaciju liposoma u bilo kojoj skali.

Ultrazvučna inkapsulacija aktivnih supstanci u liposome

Liposomi rade kao nosioci aktivnih sastojaka kao što su vitamini, terapeutski molekuli, peptidi itd. Ultrazvuk je efikasan alat za pripremu i formiranje liposoma za hvatanje aktivnih agenasa. Istovremeno, ultrazvuk pomaže u procesu inkapsulacije i zarobljavanja, tako da se proizvode liposomi s visokim sadržajem aktivnih sastojaka. Prije inkapsulacije, liposomi imaju tendenciju formiranja klastera zbog interakcije površinskog naboja i naboja fosfolipidnih polarnih glava (usp. Míckova et al. 2008), štoviše, moraju se otvoriti. Na primjer, Zhu et al. (2003) opisuju inkapsulaciju biotinskog praha u liposome ultrazvukom. Kako je biotin u prahu dodan u rastvor suspenzije vezikula, otopina je ultrazvučna. Nakon ovog tretmana, biotin je zarobljen u liposomima.

Lipozomske emulzije s ultrazvučnom obradom

Da bi se pojačao njegujući učinak krema, losiona, gelova i drugih kozmetičkih formulacija za hidrataciju ili protiv starenja, liposomskim disperzijama se dodaju emulgatori kako bi se stabilizirale veće količine lipida. Ali istraživanja su pokazala da je sposobnost liposoma općenito ograničena. Uz dodatak emulgatora, ovaj efekat će se pojaviti ranije, a dodatni emulgatori uzrokuju slabljenje barijere afiniteta fosfatidilholina. Nanočestice – sastoje se od fosfatidilholina i lipida – odgovor su na ovaj problem. Ove nanočestice su formirane kapljicom ulja koja je prekrivena monoslojem fosfatidilholina. Upotreba nanočestica omogućava formulacije koje su sposobne apsorbirati više lipida i ostati stabilne, tako da dodatni emulgatori nisu potrebni.
Ultrazvučna obrada je dokazana metoda za proizvodnju nanoemulzija i nanodisperzija. Visoko intenzivan ultrazvuk daje snagu potrebnu za raspršivanje tečne faze (disperzovane faze) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U zoni raspršivanja, implodirajući kavitacijski mjehurići uzrokuju intenzivne udarne valove u okolnoj tekućini i rezultiraju stvaranjem tekućih mlazova velike brzine tekućine. Kako bi se novonastale kapljice disperzne faze stabilizirale od koalescencije, emulziji se dodaju emulgatori (površinski aktivne tvari, surfaktanti) i stabilizatori. Kako koalescencija kapljica nakon prekida utječe na konačnu distribuciju veličine kapljica, koriste se efikasno stabilizirajući emulgatori kako bi se održala konačna distribucija veličine kapljica na nivou koji je jednak distribuciji neposredno nakon prekida kapljica u zoni ultrazvučne disperzije.

Liposomske disperzije pomoću ultrazvuka

Liposomske disperzije, koje su zasnovane na nezasićenom fosfatidilhloru, nemaju stabilnost protiv oksidacije. Stabilizacija disperzije može se postići antioksidansima, kao što je kompleks vitamina C i E.
 

Formiranje liposoma metodom reverzne faze isparavanja koristeći sonikaciju

 
Ortan et al. (2002) postigli su u svojoj studiji o ultrazvučnoj pripremi eteričnog ulja Anethum graveolens u liposomima dobre rezultate. Nakon sonikacije, dimenzija liposoma je bila između 70-150 nm, a za MLV između 230-475 nm; ove vrijednosti su bile približno konstantne i nakon 2 mjeseca, ali su se smanjile nakon 12 mjeseci, posebno u SUV disperziji (vidi histograme ispod). Mjerenje stabilnosti, u pogledu gubitka eteričnog ulja i raspodjele veličine, također je pokazalo da liposomske disperzije održavaju sadržaj hlapljivog ulja. Ovo sugerira da je hvatanje eteričnog ulja u liposome povećalo stabilnost ulja.

Ortan et al. (2009): Stabilnost MLV i SUV disperzija nakon 1 godine. Liposomske formulacije su čuvane na 4±1 ºC.

Hielscher ultrazvučni procesori su idealni uređaji za primjenu u kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji. Sistemi koji se sastoje od nekoliko ultrazvučnih procesora do 16.000 vati svaki, pružaju kapacitet potreban za prevođenje ove laboratorijske aplikacije u efikasnu proizvodnu metodu za dobijanje fino raspršenih emulzija u kontinuiranom toku ili u serijama – postižući rezultate koji se mogu uporediti sa rezultatima današnjih najboljih dostupnih homogenizatora visokog pritiska, kao što su ventili sa otvorom. Pored ove visoke efikasnosti u kontinuiranoj emulgaciji, Hielscher ultrazvučni uređaji zahtijevaju vrlo nisko održavanje i vrlo su jednostavni za rukovanje i čišćenje. Ultrazvuk zapravo podržava čišćenje i ispiranje. Ultrazvučna snaga je podesiva i može se prilagoditi određenim proizvodima i zahtjevima emulgiranja. Dostupni su i specijalni reaktori sa protočnim ćelijama koji ispunjavaju napredne zahtjeve CIP (čišćenje na mjestu) i SIP (sterilizacija na mjestu).

Često postavljana pitanja o liposomima

Koje vrste liposoma se razlikuju?

Liposomi su klasifikovani u različite tipove na osnovu njihove veličine i broja dvoslojeva koje sadrže. Ove kategorije uključuju:

• Male jednoslojne vezikule (SUV): Ovo su najmanji liposomi sa jednim lipidnim dvoslojem.
• Velike jednoslojne vezikule (LUV): Veći od SUV-ova, oni takođe imaju jednoslojni dvoslojni sloj.
• Multilamelarne vezikule (MLV): One sadrže više koncentričnih dvoslojeva.
• Multivezikularni vezikuli (MVV): One se sastoje od više manjih vezikula unutar većeg vezikula.

 
Druge specijalizovane vrste uključuju:

• PEGilirani liposomi: Liposomi modificirani polietilen glikolom (PEG) radi poboljšanja stabilnosti i vremena cirkulacije.
• nanoliposomi: Vrlo mali liposomi, koji se obično koriste za ciljanu isporuku lijekova.

Koje strukture vezikula mogu pokazati liposomi?

Liposomi su dalje kategorizirani na osnovu njihove strukture vezikula u sedam glavnih tipova:

• Multilamelarne velike vezikule (MLV): Sadrži više dvoslojeva.
• Oligolamelarne vezikule (OLV): Imajte nekoliko dvosloja.
• Male jednoslojne vezikule (SUV): Najmanji sa jednim dvoslojem.
• Jednoslojne vezikule srednje veličine (MUV): Srednje veličine sa jednim dvoslojem.
• Velike jednoslojne vezikule (LUV): Veći sa jednim dvoslojem.
• Divovske jednoslojne vezikule (GUV): Veoma velika sa jednim dvoslojem.
• Multivezikularni vezikuli (MVV): Više vezikula unutar jedne velike vezikule.

Koje su razlike između liposoma i niosoma?

Liposomi i niosomi se uglavnom razlikuju po svom sastavu:
liposomi: Napravljen od dvolančanih fosfolipida, koji mogu biti neutralni ili nabijeni.
niosomi: Napravljen od nenapunjenih jednolančanih surfaktanata i holesterola.
Obje strukture se formiraju uz pomoć ultrazvuka, što pospješuje sklapanje dvoslojnih vezikula.

Koja je idealna veličina liposoma?

Za terapeutsku isporuku, idealna veličina liposoma je teoretski između 50 i 200 nanometara u prečniku. Ovaj raspon veličina optimizira stabilnost i biodostupnost. Sonikacija se obično koristi za smanjenje vezikule na željenu veličinu.

Mogu li liposomi nositi hidrofilne lijekove?

Da, liposomi mogu nositi hidrofilne lijekove. Oni su cijenjeni u biomedicinskim aplikacijama zbog svoje sposobnosti da inkapsuliraju i hidrofobne i hidrofilne agense. Osim toga, nude visoku biokompatibilnost i biorazgradivost, što ih čini efikasnim sistemima isporuke.

Kako napraviti liposome?

Najčešće tehnike pripreme liposoma su metoda tankog filma i metoda reverzne faze isparavanja.
Metoda hidratacije tankog filma:

1. Rastvoriti lipide u organskom rastvaraču.
2. Ispariti rastvarač da se formira tanak lipidni film.
3. Hidratirajte film vodenom otopinom pomoću ultrazvuka kako biste formirali višelamelarne vezikule.

Metoda reverzne faze isparavanja:

1. Rastvoriti lipide u vodi i etanolu.
2. Sonicirajte otopinu na 60°C oko 10 minuta kako biste stvorili lipidnu pastu.
3. Ohladite lipidnu suspenziju i dodajte vodu ili pufer kap po kap uz miješanje.
4. Hidratirajte suspenziju 1 sat da se formiraju multilamelarne vezikule.
5. Smanjite veličinu liposoma daljim ultrazvukom.

Šta su arheosomi?

Arheozomi su liposomi napravljeni od arhealnih lipida, koji su poznati po svojoj stabilnosti i otpornosti na ekstremne uslove. Ova svojstva čine arheozome posebno korisnim za isporuku lijekova i razvoj vakcina u izazovnim okruženjima.

Kako se pripremaju arheosomi?

Postupak sonikacije prema Piseu (2022): Arheosomi se mogu napraviti od polarne frakcije lipida “PLF” Sulfolobussolfataricus ultrazvučnom obradom na 60°C bez potrebe za vanjskim nadoknadom lipida. Na 0°C, polarni lipidi iz Sulfolobusacidocaldariusa su efikasno sonikirani da bi se formirali arheozomi. Arheosomi napunjeni BMD i konvencionalni liposomi, kao i arhealni lipidi izolovani iz Archaea H. salinarum i obogaćeni fosfatidilkolinom, napravljeni su pomoću tehnika sonikacije. Sonicirane vezikule su stvorene za topikalnu primjenu sonikacijom MLV disperzija na 80 posto amplitude u trajanju od 4 minute koristeći sonikator tipa Hielscher UP50H (pogledajte sliku lijevo).

Literatura/Reference