Ultrazvuková tvorba liposomů: Metodika a výhody

Liposomy jsou sférické vezikuly složené z lipidových dvojvrstev, které se díky své biokompatibilitě a schopnosti enkapsulovat hydrofilní i hydrofobní látky hojně využívají při podávání léčiv, v kosmetickém a potravinářském průmyslu. Použití ultrazvuku o vysoké intenzitě pro tvorbu liposomů je jednou z nejběžnějších technik liposomální enkapsulace. Sonikace, známá svou účinností, škálovatelností a schopností vyrábět liposomy s kontrolovanou velikostí a vysokou enkapsulační účinností, nabízí ve srovnání s alternativními metodami výroby liposomů řadu dalších výhod. Tento článek vás seznámí s metodikou ultrazvukové tvorby lipozomů, jejími výhodami a rozmanitými aplikacemi v doplňcích stravy, léčivých přípravcích, terapeutikách a funkčních potravinách.

Sonikace pro tvorbu liposomů

Sonikátory typu sondy jsou základním nástrojem při výrobě liposomů s aktivními látkami. Zde vás seznámíme s tím, jak se liposomy tvoří a nakládají pomocí ultrazvukové metody.

1. Příprava roztoku lipidů:
   Proces začíná přípravou roztoku lipidů. Mezi běžně používané lipidy patří fosfatidylcholin, cholesterol a další fosfolipidy. Tyto lipidy se rozpustí v organickém rozpouštědle, jako je chloroform nebo ethanol.
2. Tvorba lipidového filmu:
   Roztok lipidů se poté odpaří za sníženého tlaku (ve vakuu) pomocí rotační odparky, aby se na stěnách baňky s kulatým dnem vytvořil tenký lipidový film. Tento krok zajistí odstranění organických rozpouštědel a zanechá suchý lipidový film.
3. Hydratace lipidového filmu:
   Vysušený lipidový film se hydratuje vodným roztokem, který může obsahovat zapouzdřenou účinnou látku. Tento krok vede k vytvoření multilamelárních vezikul (MLV). Proces hydratace obvykle zahrnuje víření nebo jemné míchání při teplotě vyšší než teplota lipidového přechodu.
4. Sonikace:
   MLV se poté podrobí ultrazvukovému vyšetření pomocí sondy. Ultrazvukové vlny vyvolávají kavitaci a vytvářejí mikrobubliny, které kolabují a vytvářejí smykové síly. Tento proces způsobí sonoporaci, takže liposomy jsou účinně naloženy, což vede k vysoké účinnosti zachycení (EE %). Zvýšená propustnost v důsledku sonoporace usnadňuje difúzi enkapsulantů do liposomů. Jakmile se proces sonikace zastaví, lipidové dvojvrstvy se rychle znovu složí a zachytí v sobě zapouzdřené látky.
   Sonikace navíc rozkládá MLV na menší unilamelární vezikuly (ULV) nebo malé unilamelární vezikuly (SUV), jejichž velikost se obvykle pohybuje od 20 do 200 nm. Parametry, jako je doba sonikace, výkon a teplota, se optimalizují tak, aby se dosáhlo požadované velikosti liposomů a účinnosti enkapsulace.
5. Purifikace a charakterizace:
   Po sonikaci se suspenze lipozomů často filtruje nebo odstřeďuje, aby se odstranil nezapouzdřený materiál a větší vezikuly. Výsledné liposomy se charakterizují pomocí technik, jako je dynamický rozptyl světla (DLS) pro určení distribuce velikosti, analýza zeta potenciálu pro určení povrchového náboje a transmisní elektronová mikroskopie (TEM) pro určení morfologie.

Po vytvoření lipidového filmu následné rehydratace se sonikace používá k podpoře zachycení účinných látek v lipozomu. Kromě toho sonikace dosahuje požadované velikosti liposomu.

vědecky dokázáno

Sonikátory typu sondy byly rychle přijaty jako spolehlivá technika pro přípravu lipozomů a v současné době se široce používají při výrobě lipozomů ve výzkumu i komerční výrobě. Účinnost a spolehlivost ultrazvukové tvorby liposomů a plnění liposomů účinnými látkami byla prokázána ve výzkumných studiích u mnoha přípravků. Níže jsou uvedeny dva krátké přehledy liposomální enkapsulace pomocí sonikace sondou.
 
Hadian et al. (2014) zkoumali účinnost sonikace při enkapsulaci omega-3 mastných kyselin z rybího oleje (DHA a EPA) do lipozomů. Za účelem vyhodnocení účinnosti a kvality entrapmentu porovnávali metodu přípravy lipozomů ultrazvukem s extruzí lipozomů. Při použití sonického sonikátoru Hielscher UP200S vědci zjistili, že sonikace sondou “předem vytvořených liposomů usnadňuje významné navážení DHA a EPA do nanoliposomální membrány. Technika sonikace sondy předčila ostatní metody.” Liposomy připravené sonikací sondou měly sférický tvar a zachovávaly si vysokou strukturní integritu.
 
Paini et al. (2015) vyvinuli jednoduchou, avšak vysoce účinnou metodu využívající sonikaci k přípravě liposomů s apigeninem a potravinářským řepkovým lecitinem ve vodném prostředí bez použití organického rozpouštědla. Při použití sondy typu sonikátor o výkonu 400 W, model UP400S (Hielscher Ultrasonics), bylo dosaženo účinnosti enkapsulace více než 92 %. Velikost liposomů lze přesně řídit nastavením amplitudy sonikace a doby procesu. Analýza ukázala, že lipozomální struktury apigeninu měly vysoký Zeta potenciál, dobrý index polydisperzity a udržovaly se stabilní po procesu enkapsulace.

Výhody ultrazvukové liposomální enkapsulace

Techniky přípravy liposomů se značně liší a každá má své vlastní výhody a omezení. Ultrazvuková příprava lipozomů vyniká z několika důvodů, neboť poskytuje velmi vysokou účinnost zachycení (EE %), vynikající kontrolu nad velikostí lipozomů, spolehlivost, pokud jde o reprodukovatelné výsledky, a také lineární škálovatelnost na větší objemy.

1. Zvýšená účinnost zapouzdření:
   Ultrazvuk nabízí vysokou účinnost enkapsulace pro hydrofilní i hydrofobní sloučeniny. Intenzivní smykové síly a kavitace usnadňují rovnoměrnou distribuci enkapsulantu v lipozomální dvojvrstvě nebo vodném jádře.
2. Řízená distribuce velikosti:
   Možnost přesného řízení parametrů sonikace umožňuje výrobu liposomů s úzkou distribucí velikosti, která je nezbytná pro konzistentní podávání léčiv a biologickou dostupnost.
3. Škálovatelnost a reprodukovatelnost:
   Tvorba lipozomů ultrazvukem je vysoce škálovatelná, takže je vhodná jak pro laboratorní, tak pro průmyslovou výrobu. Reprodukovatelnost procesu zajišťuje konzistentní kvalitu všech šarží.
4. Minimální použití organických rozpouštědel:
   V porovnání s jinými metodami přípravy lipozomů vyžaduje ultrazvuk výrazně méně organických rozpouštědel, což snižuje potenciální toxicitu a dopad na životní prostředí.
5. Univerzálnost:
   Tato technika je všestranná a umožňuje použití široké škály lipidů a zapouzdřovacích látek, čímž se rozšiřuje její použitelnost v různých průmyslových odvětvích.

Aplikace v doplňcích stravy, léčivech, terapiích a funkčních potravinách

Sonikátory Hielscher se používají ve výzkumu i v komerční výrobě k výrobě lipozomů v potravinářské a farmaceutické kvalitě. Ultrazvukově vyráběné liposomy nabízejí vysokou biologickou dostupnost, mohou nést vysoké množství účinných látek, vysokou účinnost zapouzdření (EE%) a stabilitu. Sonikace navíc vede k rovnoměrnému rozložení velikosti. Při splnění všech těchto kritérií kvality jsou ultrazvukově vyráběné liposomy ideálním nosičem pro aktivní farmaceutické látky (API) a fytochemikálie v lécích, terapeutikách, doplňcích stravy, funkčních potravinách a dokonce i kosmetice.

1. Doplňky:
   Ultrazvuková lipozomální enkapsulace se používá ke zvýšení biologické dostupnosti doplňků stravy a nutraceutik. Vitamíny, minerály a bylinné extrakty zapouzdřené v liposomech vykazují lepší absorpci a stabilitu, což vede k lepší účinnosti. Například lipozomální doplňky stravy s vitaminem C a kurkuminem jsou oblíbené pro své zvýšené terapeutické účinky.
2. Léčiva:
   Ve farmaceutickém průmyslu slouží liposomy jako nosiče pro podávání léčiv, zlepšují rozpustnost, stabilitu a cílení léčiv. Ultrazvukově připravené lipozomální formulace se používají k podávání chemoterapeutik, antibiotik a vakcín. Liposomální doxorubicin například snižuje kardiotoxicitu spojenou s konvenční léčbou doxorubicinem.
3. Terapie:
   Výhodou lipozomální enkapsulace je řízené uvolňování a cílené podávání léčiv. Liposomy mohou překonávat biologické bariéry, jako je například hematoencefalická bariéra, a umožňují tak dodávat léčiva do specifických tkání nebo buněk. Ultrazvukem vyrobené nanolipozomy mají velmi vysokou biologickou dostupnost, protože jejich nanorozměr jim umožňuje proniknout do cílových tkání a buněk. To je výhodné zejména při léčbě neurologických poruch a rakoviny.
4. Funkční potraviny:
   Ve funkčním potravinářském průmyslu liposomy zlepšují dodávání bioaktivních látek, jako jsou omega-3 mastné kyseliny, probiotika a antioxidanty. Tyto zapouzdřené bioaktivní látky vykazují lepší stabilitu a biologickou dostupnost, což přispívá k lepším zdravotním výsledkům. Například ultrazvukem asistovaná lipozomální enkapsulace polyfenolů v nápojích pomáhá zachovat jejich antioxidační vlastnosti.
5. Kosmetika:
   Kosmetické přípravky, označované také jako kosmeceutické přípravky, využívají výhod lipozomální enkapsulace, protože lipozomy zvyšují účinnost enkapsulace látek proti stárnutí, jako jsou antioxidanty, a poskytují tak lepší ochranu proti oxidačnímu stresu. Dvouvrstvá struktura chrání citlivé sloučeniny před faktory prostředí, jako je UV záření a znečištění, které mohou antioxidanty znehodnotit. Zvýšená enkapsulační účinnost sonikovaných liposomů umožňuje stabilní inkorporaci těkavých a citlivých sloučenin, které je jinak náročné účinně dodávat.

Tvorba lipozomů ultrazvukem je robustní a všestranná technika s významnými výhodami v účinnosti enkapsulace, kontrole velikosti, škálovatelnosti a ekologické udržitelnosti. Její využití sahá do různých průmyslových odvětví, od zvýšení biologické dostupnosti doplňků stravy až po zlepšení dodávek a účinnosti léčivých přípravků a terapií. S rozvojem výzkumu a technologií se potenciál ultrazvukové lipozomální enkapsulace pro inovaci a zlepšení složení výrobků stále rozšiřuje a slibuje zajímavý vývoj v oblasti zdraví, medicíny, výživy a kosmetiky.

Nanonosiče formulované sonikací

Kromě liposomů se sonikace úspěšně používá také pro formulaci a plnění různých dalších nano-nosičů, jako jsou pevné lipidové nanočástice, nanostrukturované lipidové nosiče a nanoemulze. Sonikátory Hielscher podporují účinnou tvorbu a plnění těchto nano-nosičů bioaktivními složkami. Sonikátory Hielscher, známé svou nejmodernější technologií, se používají po celém světě v potravinářské, farmaceutické a kosmetické výrobě.