Ultralyd liposom forberedelse

Ultralydsproducerede liposomer viser en meget høj indfangningseffektivitet, høj belastningskapacitet og ensartet lille sfærisk størrelse. Derved tilbyder ultralydsliposomer fremragende biotilgængelighed. Hielscher Ultrasonics tilbyder ultralydapparater til pålidelig produktion af liposomer af farmaceutisk kvalitet i batch og kontinuerlig tilstand.

Fordele ved ultralyd liposomproduktion

Ultralyd liposomindkapsling er en teknik, der bruges til at indkapsle lægemidler eller andre terapeutiske midler i liposomer ved hjælp af ultralydsenergi. Sammenlignet med andre metoder til liposomindkapsling har ultralydsindkapsling flere fordele, der gør det til den overlegne produktionsteknik.

• Høj belastning, høj fastklemningseffektivitet: Ultralyd liposomproduktion er velkendt for at producere liposomer med en høj belastning af aktive ingredienser, f.eks. C-vitamin, lægemiddelmolekyler osv. Samtidig viser sonikeringsmetoden en høj indfangningseffektivitet. Dette betyder, at en høj procentdel af det aktive stof er indkapslet ved ultralydbehandling. Afslutningsvis gør dette ultralydbehandling til en yderst effektiv metode til liposomproduktion.
• Ensartet små liposomer: En fordel ved ultralyd liposomindkapsling er dens evne til at producere meget ensartede liposomer med en smal størrelsesfordeling. Ultralydsenergi kan bruges til at opdele større liposomer eller lipidaggregater i mindre, mere ensartede liposomer. Dette fører til større konsistens i liposomernes størrelse og form, hvilket kan være vigtigt for lægemiddelleveringsapplikationer, hvor størrelsen af partiklerne kan påvirke deres farmakokinetik og effektivitet.
• Gælder for alle molekyler: En anden fordel ved ultralyd liposomindkapsling er dens evne til at indkapsle en bred vifte af lægemidler og andre terapeutiske midler. Teknikken kan bruges til at indkapsle både hydrofile og hydrofobe lægemidler, hvilket kan være svært at gøre med andre metoder. Derudover kan ultralydsenergi bruges til at indkapsle makromolekyler og nanopartikler, som kan være for store til at indkapsle med andre metoder.
• Hurtig og pålidelig: Ultralyd liposomindkapsling er også en relativt enkel og hurtig proces. Det kræver ikke brug af skrappe kemikalier eller høje temperaturer, hvilket kan være skadeligt for de terapeutiske midler, der indkapsles.
• Opskalering: Derudover kan teknikken nemt skaleres op til storskalaproduktion, hvilket gør den til en omkostningseffektiv mulighed for lægemiddelleveringsapplikationer.

Sammenfattende er ultralyd liposomindkapsling en overlegen teknik til liposomindkapsling på grund af dens evne til at producere ensartede liposomer med en smal størrelsesfordeling, indkapsle en bred vifte af terapeutiske midler og dens enkelhed og skalerbarhed.

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.

Ultralyd liposompræparat til lægemidler og kosmetik

Liposomer (lipidbaserede vesikler), transferosomer (ultradeformerbare liposomer), ethosomer (ultradeformerbare vesikler med højt alkoholindhold) og niosomer (syntetiske vesikler) er mikroskopiske vesikler, som kunstigt kan fremstilles som kuglebærere, hvori aktive molekyler kan indkapsles. Disse vesikler med diametre mellem 25 og 5000 nm bruges ofte som lægemiddelbærere i den farmaceutiske og kosmetiske industri, såsom oral eller topisk lægemiddellevering, genterapi og immunisering. Ultralydbehandling er en videnskabeligt bevist metode til meget effektiv liposomproduktion. Hielscher ultralydapparater producerer liposomer med høje belastninger af aktive ingredienser og overlegen biotilgængelighed.

Liposomer og liposomal formulering

Liposomer er unilamellære, oligolamellære eller multilamellære vesikulære systemer og er sammensat af det samme materiale som en cellemembran (lipid-dobbeltlag). Med hensyn til deres sammensætning og størrelse differentieres liposomer som følger:

• multilamellære vesikler (MLV, 0,1-10 μm)
• små unilamellære vesikler (SUV, <100 nm)
• store unilamellære vesikler (LUV, 100-500 nm)
• kæmpe unilamellære vesikler (GUV, ≥1 μm)

Hovedstrukturen af liposomer består af fosfolipider. Fosfolipider har en hydrofil hovedgruppe og en hydrofob halegruppe, som består af en lang kulbrintekæde.
Liposommembranen har en meget lignende sammensætning som hudbarrieren, så de let kan integreres i den menneskelige hud. Når liposomerne smelter sammen med huden, kan de aflaste de indespærrede stoffer direkte til destinationen, hvor de aktive stoffer kan udføre deres funktioner. Liposomerne skaber således en forbedring af hudens gennemtrængelighed/permeabilitet for de indespærrede farmaceutiske og kosmetiske midler. Også liposomer uden indkapslede midler, de ledige vesikler, er potente aktive stoffer for huden, da phosphatidylcholin inkorporerer to væsentlige stoffer, som den menneskelige organisme ikke kan producere af sig selv: linolsyre og cholin.
Liposomer bruges som biokompatible bærere af lægemidler, peptider, proteiner, plasmatisk DNA, antisense-oligonukleotider eller ribozymer til farmaceutiske, kosmetiske og biokemiske formål. Den enorme alsidighed i partikelstørrelse og fysiske parametre af lipiderne giver et attraktivt potentiale for konstruktion af skræddersyede køretøjer til en bred vifte af applikationer. (Ulrich 2002)

Ultralyd liposomer dannelse

Liposomer kan dannes ved brug af ultralyd. Det grundlæggende materiale til liposompræparation er amfitiske molekyler afledt eller baseret på biologiske membranlipider. Til dannelse af små unilamellære vesikler (SUV) sonikeres lipiddispersionen forsigtigt – f.eks. med den håndholdte ultralydsenhed UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter eller ultralydsreaktoren CupHorn – i et isbad. Varigheden af en sådan ultralydsbehandling varer ca. 5 – 15 minutter. En anden metode til fremstilling af små unilamellære vesikler er sonikering af de multi-lamellære vesikler liposomer.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporterer opnåelse af transferosomer ved sonikering af MLV'er ved stuetemperatur.
Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige ultralydsenheder, sonotroder og tilbehør og kan derved give den bedst egnede ultralydsopsætning til en yderst effektiv liposomindkapsling i enhver skala.

Ultralyd indkapsling af aktive stoffer i liposomer

Liposomer fungerer som bærere for aktive ingredienser som vitaminer, terapeutiske molekyler, peptider osv. Ultralyd er et effektivt værktøj til at forberede og danne liposomer til indfangning af aktive stoffer. Samtidig hjælper sonikering indkapslings- og indfangningsprocessen, så der produceres liposomer med en høj belastning af aktive ingredienser. Før indkapsling har liposomerne en tendens til at danne klynger på grund af overfladeladning-ladning-interaktionen mellem fosfolipid polære hoveder (jf. Míckova et al. 2008), desuden skal de åbnes. Som eksempel beskriver Zhu et al. (2003) indkapsling af biotinpulver i liposomer ved ultralydbehandling. Da biotinpulveret blev tilsat til vesikelsuspensionsopløsningen, er opløsningen blevet sonikeret. Efter denne behandling blev biotin fanget i liposomerne.

Liposomale emulsioner med ultralydbehandling

For at forbedre den nærende effekt af fugtgivende eller anti-aging cremer, lotioner, geler og andre kosmetiske formuleringer tilsættes emulgator til de liposomale dispersioner for at stabilisere højere mængder lipider. Men undersøgelser havde vist, at liposomernes evne generelt er begrænset. Med tilsætning af emulgatorer vil denne effekt vises tidligere, og de yderligere emulgatorer forårsager en svækkelse af barriereaffiniteten af phosphatidylcholin. Nanopartikler – sammensat af phosphatidylcholin og lipider – er svaret på dette problem. Disse nanopartikler dannes af en oliedråbe, som er dækket af et monolag af fosfatidylcholin. Brugen af nanopartikler gør det muligt at absorbere flere lipider og forblive stabile, så der ikke er behov for yderligere emulgatorer.
Ultralydbehandling er en gennemprøvet metode til fremstilling af nanoemulsioner og nanodispersioner. Højintensiv ultralyd leverer den nødvendige strøm til at sprede en væskefase (dispergeret fase) i små dråber i en anden fase (kontinuerlig fase). I dispergeringszonen forårsager imploderende kavitationsbobler intensive chokbølger i den omgivende væske og resulterer i dannelsen af væskestråler med høj væskehastighed. For at stabilisere de nydannede dråber i dispergeringsfasen mod koalescens tilsættes emulgatorer (overfladeaktive stoffer, overfladeaktive stoffer) og stabilisatorer til emulsionen. Da sammensmeltning af dråberne efter afbrydelse påvirker den endelige dråbestørrelsesfordeling, anvendes effektivt stabiliserende emulgatorer til at opretholde den endelige dråbestørrelsesfordeling på et niveau, der er lig med fordelingen umiddelbart efter dråbeforstyrrelsen i ultralydsdispergeringszonen.

Liposomale dispersioner ved hjælp af ultralydbehandling

Liposomale dispersioner, der er baseret på umættet fosfatidylchlor, mangler stabilitet mod oxidation. Stabiliseringen af dispersionen kan opnås ved hjælp af antioxidanter, såsom ved et kompleks af vitamin C og E.
 

Liposomdannelse via omvendt fase fordampningsmetode ved hjælp af sonikering

 
Ortan et al. (2002) opnåede i deres undersøgelse vedrørende ultralydspræparat af Anethum graveolens æterisk olie i liposomer gode resultater. Efter sonikering var dimensionen af liposomer mellem 70-150 nm og for MLV mellem 230-475 nm; disse værdier var omtrent konstante også efter 2 måneder, men ophørte efter 12 måneder, især i SUV-dispersion (se histogrammer nedenfor). Stabilitetsmålingen vedrørende tab af æteriske olier og størrelsesfordeling viste også, at liposomale dispersioner opretholdt indholdet af flygtig olie. Dette tyder på, at indfangningen af den æteriske olie i liposomer øgede oliestabiliteten.

Ortan et al. (2009): Stabilitet af MLV- og SUV-spredninger efter 1 år. Liposomale formuleringer blev opbevaret ved 4±1 ºC.

Hielscher ultralydsprocessorer er de ideelle enheder til applikationer i den kosmetiske og farmaceutiske industri. Systemer, der består af flere ultralydsprocessorer på op til 16.000 watt hver, giver den nødvendige kapacitet til at oversætte denne laboratorieapplikation til en effektiv produktionsmetode til at opnå fint dispergerede emulsioner i kontinuerlig flow eller i en batch – opnå resultater, der kan sammenlignes med nutidens bedste højtrykshomogenisatorer, der findes, såsom åbningsventiler. Ud over denne høje effektivitet i den kontinuerlige emulgering kræver Hielscher ultralydsenheder meget lav vedligeholdelse og er meget nemme at betjene og rengøre. Ultralyden understøtter faktisk rengøring og skylning. Ultralydseffekten er justerbar og kan tilpasses bestemte produkter og emulgeringskrav. Specielle flowcellereaktorer, der opfylder de avancerede CIP-krav (clean-in-place) og SIP (sterilize-in-place) er også tilgængelige.

Ofte stillede spørgsmål om liposomer

Hvilke typer liposomer er differentieret?

Liposomer klassificeres i forskellige typer baseret på deres størrelse og antallet af dobbeltlag, de indeholder. Disse kategorier omfatter:

• Små unilamellære vesikler (SUV): Disse er de mindste liposomer med et enkelt lipid-dobbeltlag.
• Store unilamellære vesikler (LUV): Disse er større end SUV'er og har også et enkelt dobbeltlag.
• Multilamellære vesikler (MLV): Disse indeholder flere koncentriske dobbeltlag.
• Multivesikulære vesikler (MVV): Disse er sammensat af flere mindre vesikler i en større vesikel.

 
Andre specialiserede typer omfatter:

• PEGylerede liposomer: Liposomer modificeret med polyethylenglycol (PEG) for at forbedre stabilitet og cirkulationstid.
• Nanoliposomer: Meget små liposomer, der typisk bruges til målrettet lægemiddellevering.

Hvilke vesikelstrukturer kan liposomer udvise?

Liposomer er yderligere kategoriseret baseret på deres vesikelstruktur i syv hovedtyper:

• Multilamellære store vesikler (MLV): Indeholder flere dobbeltlag.
• Oligolamellære vesikler (OLV): Hav et par dobbeltlag.
• Små unilamellære vesikler (SUV): Mindste med et enkelt dobbeltlag.
• Mellemstore unilamellære vesikler (MUV): Mellemstørrelse med et enkelt dobbeltlag.
• Store unilamellære vesikler (LUV): Større med et enkelt dobbeltlag.
• Kæmpe unilamellære vesikler (GUV): Meget stor med et enkelt dobbeltlag.
• Multivesikulære vesikler (MVV): Flere vesikler i en enkelt stor vesikel.

Hvad er forskellene mellem liposomer og niosomer?

Liposomer og niosomer adskiller sig hovedsageligt i deres sammensætning:
Liposomer: Fremstillet af dobbeltkædede fosfolipider, som enten kan være neutrale eller ladede.
Niosomer: Fremstillet af uopladede enkeltkædede overfladeaktive stoffer og kolesterol.
Begge strukturer dannes gennem sonikering, hvilket fremmer samlingen af de tolags vesikler.

Hvad er den ideelle størrelse af et liposom?

Til terapeutisk levering er den ideelle størrelse af et liposom teoretisk mellem 50 og 200 nanometer i diameter. Dette størrelsesinterval optimerer stabilitet og biotilgængelighed. Sonikering bruges almindeligvis til at reducere vesiklen til den ønskede størrelse.

Kan liposomer bære hydrofile lægemidler?

Ja, liposomer kan bære hydrofile lægemidler. De er værdsat i biomedicinske applikationer for deres evne til at indkapsle både hydrofobe og hydrofile midler. Derudover tilbyder de høj biokompatibilitet og biologisk nedbrydelighed, hvilket gør dem til effektive leveringssystemer.

Hvordan laver man liposomer?

De mest almindelige teknikker til liposompræparation er tyndfilmsmetoden og omvendt fasefordampningsmetoden.
Tyndfilmshydreringsmetode:

1. Opløs lipider i et organisk opløsningsmiddel.
2. Fordamp opløsningsmidlet for at danne en tynd lipidfilm.
3. Hydrer filmen med en vandig opløsning ved hjælp af sonikering for at danne multilamellære vesikler.

Omvendt fase fordampningsmetode:

1. Opløs lipider i vand og ethanol.
2. Soniker opløsningen ved 60 ° C i ca. 10 minutter for at skabe en lipidpasta.
3. Afkøl lipidopslæmningen og tilsæt vand eller buffer dråbe under omrøring.
4. Hydrer suspensionen i 1 time for at danne multilamellære vesikler.
5. Reducer liposomstørrelsen gennem yderligere sonikering.

Hvad er arkæosomer?

Arkæosomer er liposomer fremstillet af arkæale lipider, som er kendt for deres stabilitet og modstandsdygtighed over for ekstreme forhold. Disse egenskaber gør arkæosomer særligt nyttige til lægemiddellevering og vaccineudvikling i udfordrende miljøer.

Hvordan tilberedes arkæosomer?

Sonikeringsprocedure i henhold til Pise (2022): Arkæosomer kan fremstilles af den polære lipidfraktion “PLF” af Sulfolobussolfataricus ved sonikering ved 60 ° C uden behov for ekstern lipidgenopfyldning. Ved 0 ° C blev polære lipider fra Sulfolobusacidocaldarius effektivt sonikeret for at danne arkæosomer. BMD-belastede arkæosomer og konventionelle liposomer samt arkæale lipider isoleret fra Archaea H. salinarum og beriget med phosphatidylcholin blev fremstillet ved hjælp af sonikeringsteknikker. Sonikerede vesikler blev skabt til topisk levering ved sonikering af MLV-dispersioner ved 80 procent amplitude i 4 minutter ved hjælp af en Hielscher UP50H sonde-type sonde-type sondeapparat (se billedet til venstre).

Litteratur/Referencer