Liposomalt indkapslede bioaktive molekyler med ultralyd

Sonikering er velkendt som en yderst effektiv metode til fremstilling af liposomale formuleringer. Typiske liposomformuleringer indkapsler C-vitamin, CBD, curcumin, quercitin, astaxanthin, peptider og mange andre bioaktive forbindelser ved hjælp af sonikering. Liposomindkapsling med ultralyd er en enkel, hurtig og effektiv teknik, som gør det muligt at fremstille stabile vesikler med et højt indhold af indkapslede stoffer. Næringsstoffer indkapslet med ultralyd udmærker sig ved overlegen biotilgængelighed.

Oversigt: Liposomal indkapsling af bioaktive forbindelser ved hjælp af sonikering

Indkapsling med ultralyd er en yderst effektiv og kontrollerbar metode til at inkorporere bioaktive forbindelser i liposomer og dermed forbedre deres stabilitet, biotilgængelighed og funktionelle egenskaber. Akustisk kavitation frembragt af ultralyd med høj intensitet fremmer hurtig hydrering af lipider, reduktion af vesikelstørrelsen og ensartet dispergering, hvilket muliggør dannelsen af små, homogene liposomer med snævre størrelsesfordelinger. Denne teknik muliggør høj indkapslingseffektivitet for både hydrofile og lipofile forbindelser og minimerer samtidig behovet for organiske opløsningsmidler eller barske procesbetingelser. Desuden giver ultralydsbehandling mulighed for præcis kontrol over partikelstørrelse og lamellaritet, som er afgørende parametre for at optimere kontrolleret frigivelse, cellulær optagelse og langtidsstabilitet af følsomme bioaktive stoffer i farmaceutiske, nutraceutiske og kosmetiske anvendelser.

Hvad er liposomer, og hvilke fordele har de?

Liposomer er vesikler, der består af en vandig kerne omsluttet af et eller flere fosfolipiddobbeltlag. Da liposomer har en vandig kerne omgivet af et lipidlag og en hydrofil ydre skal, er liposomer vandopløselige og kan transportere vandopløselige og fedtopløselige forbindelser i vesiklens respektive rum. Dette gør liposomer til et yderst effektivt leveringssystem for terapeutisk aktive molekyler. Liposomer dannes ved nedbrydning af biologiske membraner, en proces, der fremmes og intensiveres ved sonikering. Liposomer består oftest af fosfolipider, især fosfatidylcholin, men kan også indeholde andre lipider, såsom fosfatidylethanolamin fra æg, så længe de er kompatible med lipiddobbeltlagets struktur. Liposomer dannes spontant, når fosfolipider hydreres. I det første trin – hydreringsfasen – anvendes sonikering til at nanoemulgere lipiderne og den vandige fase for at fremme dannelsen af multilamellære vesikler (MLV’er) med et højt indhold af indkapslede stoffer. Efterfølgende kan sonikering anvendes til at reducere liposomstørrelsen, hvis det er nødvendigt. For at opnå en mindre vesikelstørrelse anvendes sonikering til at dispergere liposomerne og reducere deres størrelse til monodisperse store unilamellære vesikler (LUV’er) eller små unilamellære vesikler (SUV’er).
Ultralydsteknikken til dannelse af liposomer og reduktion af liposomstørrelsen er pålidelig, hurtig, effektiv, enkel og sikker. De fremstillede liposomer har et højt indhold af bioaktive stoffer, høj stabilitet og overlegen biotilgængelighed.

Hvorfor kan ultralydsrensebade ikke fremstille liposomer af høj kvalitet?

Fremstilling af liposomer kræver et ultralydsapparat, der kan tilføre tilstrækkelig energi til at skabe ensartede partikler i nanostørrelse. Hjemmelavede liposomer fremstillet med en ultralydsrenser til smykker er som regel generelt ineffektive, da de fremstillede liposomer hverken har den nødvendige nanostørrelse eller indkapsler de bioaktive næringsstoffer på en effektiv og langtidsstabil måde. Til fremstilling af liposomer af høj kvalitet er en sondebaseret sonikator den foretrukne teknologi, da sonden (sonotroden) kan overføre den intense akustiske energi, der kræves til dannelse af effektive liposomer med et højt indhold af indkapslede stoffer, til mediet. Generelt har liposomer fremstillet med en ultralydssonde en partikelstørrelsesfordeling på 100–500nm, hvilket er optimalt for et højt indhold af indkapslede stoffer og overlegen biotilgængelighed.
Anvendelsen af en ultralydsreaktor med gennemstrømningscelle gør det muligt at fremstille liposomerne i et iltfrit miljø for at forhindre oxidativ nedbrydning.
Sondebaserede sonikatorer tilfører den nødvendige energi til at fremstille liposomer af høj kvalitet, som er:

Efter dannelsen af en lipidfilm og efterfølgende rehydrering anvendes sonikering til at fremme indfangningen af aktive ingredienser i liposomerne. Desuden opnås den ønskede liposomstørrelse ved sonikering.

Liposomalt indkapslede molekyler med ultralyd

Listen nedenfor giver et indtryk af, hvilke stoffer der allerede med succes er blevet indkapslet i liposomformuleringer ved hjælp af fremstilling med ultralyd.

• antioxidanter såsom glutathion, C-vitamin, methylerede B-vitaminer, resveratrol, CoQ10 osv.
• fenoliske forbindelser: flavonoider såsom fisetin, quercitin, oligomere proanthocyanidiner (OPC); saponiner såsom astralgaloside; alkaloider
• mineraler såsom magnesiumchelater (f.eks. magnesiumthreonat, magnesiumorotat), zink, kobber osv.
• terpener såsom astaxanthin, limonen, pinen, humulen, linalool, beta-caryophyllen, phytol, geraniol, terpinolen osv.
• lipider såsom omega-3-fedtsyrerne EPA og DHA; dipalmitoyl-fosfatidylcholin (DPPC) osv.
• aminosyrer såsom kreatin, glycin, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), phenylalanin, L-theanin, GABA (gamma-aminosmørsyre), taurin, N-acetylcystein (NAC), L-tyrosin osv.
• peptider, f.eks. oxytocin, kollagen, GLP-1-peptider osv.
• polysakkarider såsom hyaluronsyre, polysakkarider fra svampe osv.
• cannabinoider såsom CBD, CBG, THC
• nootropika, såkaldte smart drugs og kognitionsfremmende midler, som kan omfatte ovennævnte stoffer samt andre molekyler

Den nanoforbedrede liposomale formulering af bioaktive molekyler giver en højere absorptionshastighed og overlegen biotilgængelighed og kan gøre det muligt for stoffer at krydse blod-hjerne-barrieren.
Alternative lipidbaserede lægemiddelleveringssystemer er nanoemulsioner og lipidbaserede kolloide bærere såsom faste lipidnanopartikler (SLN) og nanostrukturerede lipidbærere (NLC). Alle disse, nanoemulsioner, SLN’er og NLC’er, kan dannes og fyldes med indkapslede stoffer på pålidelig vis under sonikering.
Læs mere om Aloe Vera ekstraheret med ultralyd og nanoindkapslet!

Vælg din foretrukne metode til dannelse af liposomer

Sonikering anvendes i vid udstrækning på tværs af flere metoder til fremstilling og behandling af liposomer, fordi den understøtter både liposomdannelse og kontrol under efterbehandling. Den kan anvendes under direkte liposomdannelse ved at dispergere lecithin (fosfolipider) i en vandig fase for at fremme hurtig dannelse af vesikler, og den anvendes også almindeligvis i etablerede teknikker såsom omvendt fasefordampning og tyndfilmshydrering for at forbedre dispergeringen af lipider og fremskynde vesikeldannelsen. Ud over den indledende fremstilling anvendes sonikering ofte til at fylde allerede dannede (tomme) liposomer via sonoporation, hvilket muliggør effektiv inkorporering af bioaktive forbindelser. Den er også et standardværktøj til reduktion af liposomstørrelsen, som frembringer mindre, mere ensartede vesikler med snævrere størrelsesfordelinger for at forbedre stabiliteten og leveringsegenskaberne.
Læs mere om de forskellige ultralydsassisterede metoder til fremstilling af liposomer:

• Dannelse af liposomer med ultralyd ved hjælp af lecithin
• Ultralydsassisteret metode med omvendt fasefordampning
• Ultralydsassisteret tyndfilmshydrering

Faktorer, der påvirker liposomernes kvalitet

Liposomernes kvalitet bestemmes af ensartetheden i partikelstørrelse og lamellaritet, indfangningseffektiviteten (%EE) / indholdet af indkapslede stoffer samt stabiliteten. Fremstillingsmetode, procesbetingelser, råmaterialer og opbevaring er vigtige faktorer, der bidrager til kvaliteten og dermed potensen af liposomale formuleringer. SEM-billedet til venstre viser liposomer fyldt med fedtsyrerne DHA og EPA, som er fremstillet med ultralyd ved hjælp af sonikatoren UP200S fra Hielscher (undersøgelse og billede: Hadian et al. 2014).
Fremstilling af liposomer med ultralyd er en pålidelig teknik, som giver en lille, ensartet liposomal partikelstørrelse med et højt indhold af bioaktive molekyler. Ultralydsprocesparametre (såsom amplitude, samlet energi, tid, pulsering, temperatur og tryk) kan indstilles præcist. Som en ikke-termisk behandlingsteknik er sonikeringens virkemåde baseret på rent mekanisk forskydning. Temperaturstigningen i den sonikerede væske skal forklares ved termodynamikkens anden lov, som siger, at enhver tilført energi i sidste ende omdannes til varme. For at opretholde en stabil, lav temperatur i det liposomale medium tilbyder Hielscher Ultrasonics avancerede køleløsninger, såsom isbade samt reaktorer og gennemstrømningsceller med kølekapper. Resultaterne af liposomfremstilling med ultralyd er reproducerbare, hvilket er vigtigt for en standardiseret proces og en vedvarende høj produktkvalitet.
Fosfolipider af høj kvalitet med en høj procentdel af fosfatidylcholin og fosfatidylethanolamin giver en stabil liposomskal, som forhindrer udsivning af næringsstoffer. En stærk fosfolipidskal beskytter også de indkapslede næringsstoffer mod oxidativ og termisk nedbrydning. Derfor er et afbalanceret forhold mellem fosfolipider, vandig fase og indkapslede næringsstoffer (bioaktive molekyler) afgørende.

Højtydende sonikatorer til fremstilling af liposomer

Hielscher Ultrasonics’ systemer er pålidelige maskiner, der anvendes i produktionen af lægemidler og kosttilskud til at formulere liposomer af høj kvalitet fyldt med vitaminer, antioxidanter, flavonoider, peptider, polyfenoler og andre bioaktive forbindelser / næringsstoffer. For at imødekomme kundernes krav leverer Hielscher sonikatorer fra den kompakte håndholdte laboratoriehomogenisator og bordsonikatorer til fuldt industrielle ultralydssystemer til produktion af store mængder liposomale formuleringer. Liposomformulering med ultralyd kan udføres som batchproces eller som en kontinuerlig inlineproces ved hjælp af en ultralydsgennemstrømningsreaktor. Et bredt udvalg af ultralydssonotroder (sonder) og reaktorbeholdere er tilgængeligt for at sikre en optimal opsætning til din liposomproduktion. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør drift 24/7 under høj belastning og i krævende miljøer.
Den præcise kontrol over alle vigtige procesparametre såsom amplitude, tryk, temperatur og sonikeringstid gør ultralydsprocessen pålidelig og reproducerbar. Hielscher Ultrasonics kender betydningen af en vedvarende høj produktkvalitet og støtter producenter af kosttilskud og terapeutiske produkter i at implementere processtandardisering og GMP (god fremstillingspraksis) ved hjælp af intelligent software og automatisk dataregistrering. Vores digitale ultralydshomogenisatorer registrerer automatisk alle ultralydsprocesparametre på et indbygget SD-kort. Digitale touchskærme og fjernstyring via browser muliggør kontinuerlig procesovervågning og præcis justering af procesparametrene, når det er nødvendigt. Dette letter procesovervågning og kvalitetskontrol betydeligt.
Tabellen nedenfor giver dig et indtryk af vores sonikatorers omtrentlige behandlingskapacitet: