Ultralyd liposomdannelse: metodologi og fordele

Liposomer er sfæriske vesikler, der består af lipiddobbeltlag, og som er meget udbredte inden for lægemiddelafgivelse, kosmetik og fødevareindustrien på grund af deres biokompatibilitet og evne til at indkapsle både hydrofile og hydrofobe stoffer. Brug af højintensiv ultralyd til liposomdannelse er en af de mest almindelige teknikker til liposomal indkapsling. Sonikering er kendt for sin effektivitet, skalerbarhed og evne til at producere liposomer med kontrolleret størrelse og en høj indkapslingseffektivitet og giver mange yderligere fordele sammenlignet med alternative metoder til liposomproduktion. Denne artikel introducerer dig til metoden til ultralydsliposomdannelse, dens fordele og forskellige anvendelser inden for kosttilskud, lægemidler, terapi og funktionelle fødevarer.

Sonikering til dannelse af liposomer

Sonikatorer af probertypen er et vigtigt værktøj, når det gælder produktion af liposomer fyldt med aktive ingredienser. Her giver vi dig en introduktion til, hvordan liposomer dannes og fyldes ved hjælp af den ultralydsassisterede metode.

1. Forberedelse af lipidopløsning:
   Processen begynder med forberedelsen af en lipidopløsning. Almindelige lipider omfatter fosfatidylcholin, kolesterol og andre fosfolipider. Disse lipider opløses i et organisk opløsningsmiddel som f.eks. chloroform eller ethanol.
2. Dannelse af lipidfilm:
   Lipidopløsningen inddampes derefter under reduceret tryk (vakuum) ved hjælp af en rotationsfordamper for at danne en tynd lipidfilm på væggene i en rundbundet kolbe. Dette trin sikrer fjernelse af organiske opløsningsmidler og efterlader en tør lipidfilm.
3. Hydrering af lipidfilm:
   Den tørrede lipidfilm hydratiseres med en vandig opløsning, som kan indeholde det aktive stof, der skal indkapsles. Dette trin resulterer i dannelsen af multilamellare vesikler (MLV'er). Hydreringsprocessen involverer typisk vortexing eller forsigtig omrøring ved en temperatur over lipidovergangstemperaturen.
4. Sonikering:
   MLV'erne udsættes derefter for ultralyd ved hjælp af en sonikator af sonde-typen. Ultralydsbølgerne fremkalder kavitation, hvilket skaber mikrobobler, der kollapser og genererer forskydningskræfter. Denne proces forårsager sonoporation, så liposomerne fyldes effektivt, hvilket resulterer i en høj indeslutningseffektivitet (EE%). Den øgede permeabilitet på grund af sonoporation letter diffusionen af indkapslingsmidler i liposomerne. Når sonikeringsprocessen stopper, samles lipiddobbeltlagene hurtigt igen og fanger de indkapslede stoffer indeni.
   Derudover nedbryder sonikering MLV'erne til mindre unilamellære vesikler (ULV'er) eller små unilamellære vesikler (SUV'er) med størrelser, der typisk spænder fra 20 til 200 nm. Parametre som sonikeringstid, effekt og temperatur optimeres for at opnå den ønskede liposomstørrelse og indkapslingseffektivitet.
5. Oprensning og karakterisering:
   Efter sonikering bliver liposomsuspensionen ofte filtreret eller centrifugeret for at fjerne uindkapslet materiale og større vesikler. De resulterende liposomer karakteriseres ved hjælp af teknikker som dynamisk lysspredning (DLS) for størrelsesfordeling, zeta-potentialanalyse for overfladeladning og transmissionselektronmikroskopi (TEM) for morfologi.

Efter dannelsen af en lipidisk film efterfølgende rehydrering anvendes sonikering til at fremme indfangning af aktive ingredienser i liposomet. Derudover opnår sonikering den ønskede liposomstørrelse.

Videnskabeligt bevist

Sondetype sonikatorer er hurtigt blevet vedtaget som pålidelig teknik til liposompræparation og bruges i dag i vid udstrækning til liposomproduktion i forskning og kommerciel produktion. Effektiviteten og pålideligheden af ultralydsliposomdannelse og indlæsning af liposomer med aktive ingredienser blev demonstreret i forskningsundersøgelser for mange formuleringer. Nedenfor er to korte oversigter over liposomal indkapsling ved hjælp af sonde-type sonikering.
 
Hadian et al (2014) undersøgte effektiviteten af sonikering, der indkapslede omega-3 fedtsyrer fra fiskeolie (DHA og EPA) i liposomer. For at evaluere effektiviteten og kvaliteten af indkapslingen sammenlignede de ultralydsliposomforberedelsesmetoden med liposomekstrudering. Ved hjælp af Hielscher sonde-type sonikator UP200S finder forskerne, at sonde-type sonikering “af præformede liposomer letter en betydelig indlæsning af DHA og EPA i den nanoliposomale membran. Sonikeringsteknikken var bedre end andre metoder.” Liposomer fremstillet ved sonikering af sonde-typen var sfæriske i formen og havde en høj strukturel integritet.
 
Paini et al. (2015) udviklede en enkel, men alligevel meget effektiv metode ved hjælp af sonikering for at forberede apigenin fyldte liposomer med fødevarekvalitet rapsfrø lecithin i et vandigt medium uden at bruge noget organisk opløsningsmiddel. Ved hjælp af 400 watt sonde-type sonicator model UP400S (Hielscher Ultrasonics) blev der opnået en indkapslingseffektivitet på mere end 92%. Liposomstørrelse kan styres præcist ved at justere sonikering amplitude og procestid. Analyse viste, at liposomale apigeninstrukturer havde et højt Zeta-potentiale, et godt polydispersitetsindeks og opretholdt stabilt efter indkapslingsprocessen.

Fordele ved ultralydsindkapsling af liposomer

Liposomforberedelsesteknikker varierer meget, hver med sit eget sæt fordele og begrænsninger. Ultralyd liposom forberedelse skiller sig ud af flere grunde, da det giver en meget høj indeslutningseffektivitet (EE%), fremragende kontrol over liposomstørrelse, dens pålidelighed, når det kommer til reproducerbare resultater, samt den lineære skalerbarhed til større mængder.

1. Forbedret indkapslingseffektivitet:
   Ultralydbehandling giver høj indkapslingseffektivitet for både hydrofile og hydrofobe forbindelser. De intense forskydningskræfter og kavitation letter den ensartede fordeling af indkapslingsmidlet i det liposomale dobbeltlag eller den vandige kerne.
2. Kontrolleret størrelsesfordeling:
   Evnen til præcist at styre sonikeringsparametrene gør det muligt at producere liposomer med snævre størrelsesfordelinger, hvilket er afgørende for ensartet lægemiddelafgivelse og biotilgængelighed.
3. Skalerbarhed og reproducerbarhed:
   Ultralydsliposomdannelse er meget skalerbar, hvilket gør den velegnet til både laboratorieproduktion og produktion i industriel skala. Processens reproducerbarhed sikrer ensartet kvalitet på tværs af partier.
4. Minimal brug af organiske opløsningsmidler:
   Sammenlignet med andre metoder til fremstilling af liposomer kræver ultralydbehandling betydeligt mindre organiske opløsningsmidler, hvilket reducerer potentiel toksicitet og miljøpåvirkning.
5. Alsidighed:
   Denne teknik er alsidig og kan bruges til en lang række lipider og indkapslingsmidler, hvilket udvider dens anvendelsesmuligheder på tværs af forskellige industrier.

Anvendelser i kosttilskud, lægemidler, terapi og funktionelle fødevarer

Hielscher sonikatorer bruges i forskning og i kommerciel produktion til at producere liposomer i fødevare- og farmaceutisk kvalitet. Ultralydsproducerede liposomer tilbyder høj biotilgængelighed, kan bære høje belastninger af aktive ingredienser, høj indkapslingseffektivitet (EE%) og stabilitet. Derudover fører sonikering til en ensartet størrelsesfordeling. Ved at opfylde alle disse kvalitetskriterier er ultralydsformulerede liposomer ideelle bærere for aktive farmaceutiske ingredienser (API'er) og fytokemikalier i medicin, terapi, kosttilskud, funktionelle fødevarer og endda kosmetik.

1. Kosttilskud:
   Ultrasonic liposomal indkapsling bruges til at forbedre biotilgængeligheden af kosttilskud og nutraceuticals. Vitaminer, mineraler og urteekstrakter indkapslet i liposomer viser forbedret absorption og stabilitet, hvilket fører til bedre effekt. For eksempel er liposomale C-vitamin- og curcumintilskud populære på grund af deres forbedrede terapeutiske fordele.
2. Lægemidler:
   I den farmaceutiske industri tjener liposomer som bærere til lægemiddelafgivelse, hvilket forbedrer opløseligheden, stabiliteten og målretningen af lægemidler. Ultralydsforberedte liposomale formuleringer anvendes til levering af kemoterapeutiske midler, antibiotika og vacciner. Liposomal doxorubicin reducerer f.eks. den kardiotoksicitet, der er forbundet med konventionel doxorubicin-behandling.
3. Terapi:
   Terapeutika drager fordel af liposomal indkapsling ved at opnå kontrolleret frigivelse og målrettet levering. Liposomer kan krydse biologiske barrierer, som f.eks. blod-hjerne-barrieren, hvilket muliggør levering af lægemidler til specifikke væv eller celler. Ultralydsproducerede nano-liposomer har en meget høj biotilgængelighed, da deres nanostørrelse gør det muligt for dem at komme ind i målrettede væv og celler. Dette er særligt fordelagtigt ved behandling af neurologiske lidelser og kræft.
4. Funktionelle fødevarer:
   I den funktionelle fødevareindustri forbedrer liposomer tilførslen af bioaktive forbindelser, såsom omega-3-fedtsyrer, probiotika og antioxidanter. Disse indkapslede bioaktive stoffer udviser forbedret stabilitet og biotilgængelighed, hvilket bidrager til bedre sundhedsresultater. For eksempel hjælper ultralydsassisteret liposomal indkapsling af polyfenoler i drikkevarer med at bevare deres antioxidantegenskaber.
5. Kosmetik:
   Kosmetiske formuleringer, også kaldet cosmeceuticals, drager fordel af liposomal indkapslingsteknik, da liposomer forbedrer indkapslingseffektiviteten af anti-aging-stoffer såsom antioxidanter, hvilket giver bedre beskyttelse mod oxidativ stress. Dobbeltlagsstrukturen beskytter følsomme forbindelser mod miljøfaktorer som UV-stråling og forurening, som kan nedbryde antioxidanter. Den forbedrede indkapslingsevne hos sonikerede liposomer giver mulighed for stabil indkapsling af flygtige og følsomme stoffer, som det ellers er svært at levere effektivt.

Ultralydsliposomdannelse er en robust og alsidig teknik med betydelige fordele i indkapslingseffektivitet, størrelseskontrol, skalerbarhed og miljømæssig bæredygtighed. Dens anvendelse spænder over forskellige brancher, fra at forbedre biotilgængeligheden af kosttilskud til at forbedre levering og effektivitet af lægemidler og terapi. Efterhånden som forskning og teknologi udvikler sig, udvides potentialet for ultralydsliposomal indkapsling til at innovere og forbedre produktformuleringer fortsat, hvilket lover en spændende udvikling inden for sundhed, medicin, ernæring og kosmetik.

Nanobærere formuleret ved hjælp af sonikering

Udover liposomer bruges sonikering også med succes til formulering og indlæsning af forskellige andre former for nanobærere, såsom fast-lipid nanopartikler, nanostrukturerede lipidbærere og nanoemulsioner. Hielschers sonikatorer fremmer den effektive dannelse og påfyldning af disse nanobærere med bioaktive ingredienser. Hielschers sonikatorer er kendt for deres avancerede teknologi og bruges over hele verden i fødevare-, medicinal- og kosmetikproduktion.