Liposomal Verkapselte Bioaktive Moleküle mit Ultraschall

Es ist bekannt, dass die Ultraschallbehandlung bei der Herstellung liposomaler Formulierungen sehr effizient ist. Typische Liposomenformulierungen verkapseln Vitamin C, CBD, Curcumin, Quercitin, Astaxanthin, Peptide und zahlreiche andere bioaktive Verbindungen mit Hilfe von Ultraschall. Die Ultraschall-Liposomenverkapselung ist ein einfaches, schnelles und wirksames Verfahren, mit dem sich stabile, hoch beladene Vesikel herstellen lassen. Mit Ultraschall eingekapselte Nährstoffe zeichnen sich durch eine hervorragende Bioverfügbarkeit aus.

Was sind Liposome und was sind ihre Vorteile?

Liposomen sind Vesikel, die aus einem wässrigen Kern bestehen, der von einer oder mehreren Phospholipid-Doppelschichten umgeben ist. Da Liposomen einen wässrigen Kern haben, der von einer Lipidschicht und einer hydrophilen Außenhülle umgeben ist, sind Liposomen wasserlöslich und können wasserlösliche und fettlösliche Verbindungen in den jeweiligen Kompartimenten des Vesikels transportieren. Dies macht Liposomen zu einem hochwirksamen Transportsystem für therapeutisch wirksame Moleküle. Liposomen werden durch die Zerstörung biologischer Membranen gebildet, ein Prozess, der durch die Ultraschallbehandlung gefördert und intensiviert wird. Liposomen bestehen meist aus Phospholipiden, insbesondere aus Phosphatidylcholin, können aber auch andere Lipide, wie z. B. Phosphatidylethanolamin aus Eiern, enthalten, sofern sie mit der Struktur der Lipiddoppelschicht kompatibel sind. Liposomen bilden sich spontan, wenn Phospholipide hydratisiert werden. In einem ersten Schritt – die Hydratationsphase – Durch Beschallung werden die Lipide und die wässrige Phase nanoemulgiert, um die Bildung hoch beladener multilamellarer Vesikel (MLVs) zu fördern. Anschließend kann die Beschallung eingesetzt werden, um die Liposomengröße bei Bedarf zu verringern. Um eine kleinere Vesikelgröße zu erhalten, werden die Liposomen durch Beschallung dispergiert und zu monodispersen großen unilamellaren Vesikeln (LUVs) oder kleinen unilamellaren Vesikeln (SUVs) verkleinert.
Die Ultraschalltechnik zur Liposomenbildung und Liposomenverkleinerung ist zuverlässig, schnell, effizient, einfach und sicher. Die hergestellten Liposomen weisen eine hohe Beladung mit bioaktiven Substanzen, eine hohe Stabilität und eine hervorragende Bioverfügbarkeit auf.

Warum sind Ultraschallreinigungsbäder nicht in der Lage, hochwertige Liposomen herzustellen?

Für die Herstellung von Liposomen ist ein Ultraschallgerät erforderlich, das genügend Energie liefern kann, um einheitliche Partikel in Nanogröße zu erzeugen. Selbst hergestellte Liposomen mit einem Ultraschall-Schmuckreiniger sind in der Regel unwirksam, da die hergestellten Liposomen weder die erforderliche Nanogröße aufweisen noch die bioaktiven Nährstoffe wirksam und langzeitstabil einkapseln. Um qualitativ hochwertige Liposomen herzustellen, ist ein Sonden-Ultraschallgerät die bevorzugte Technologie, da die Sonde (Sonotrode) die intensive akustische Energie, die für die Bildung hochbeladener, wirksamer Liposomen erforderlich ist, in das Medium übertragen kann. Im Allgemeinen haben Liposomen, die mit einer Ultraschallsonde hergestellt werden, eine Partikelgrößenverteilung von 100-500 nm, was für hohe Beladungen und eine hervorragende Bioverfügbarkeit optimal ist.
Die Verwendung eines Ultraschall-Durchflusszellenreaktors ermöglicht die Herstellung der Liposomen in einer sauerstofffreien Umgebung, um einen oxidativen Abbau zu verhindern.
Sonden-Ultraschallgeräte liefern die erforderliche Energie zur Herstellung von Liposomen:

Nach der Bildung eines Lipidfilms und der anschließenden Rehydrierung wird die Beschallung eingesetzt, um den Einschluss der Wirkstoffe in das Liposom zu fördern. Außerdem wird durch die Beschallung die gewünschte Liposomengröße erreicht.

Liposomal eingekapselte Moleküle mit Ultraschall

Die nachstehende Liste gibt Aufschluss darüber, welche Stoffe bereits erfolgreich mit Hilfe der Ultraschallzubereitung in Liposomenformulierungen verkapselt wurden.

• Antioxidantien wie Glutathion, Vitamin C, methylierte B-Vitamine, Resveratrol, CoQ10 usw.
• Phenole: Flavonoide wie Fisetin, Quercitin, oligomere Proanthocyanidine (OPC); Saponine wie Astralgalosid; Alkaloide
• Mineralien wie Magnesiumchelate (z. B. Magnesiumthreonat, Magnesiumorotat), Zink, Kupfer usw.
• Terpene wie Astaxanthin, Limonen, Pinen, Humulen, Linalool, Beta-Caryophyllen, Phytol, Geraniol, Terpinolen usw.
• Lipide wie die Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA, Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin (DPPC) usw.
• Aminosäuren wie Kreatin, Glycin, 5-HTP (5-Hydroxytryptophan), Phenylalanin, L-Theanin, GABA (Gamma-Aminobuttersäure), Taurin, N-Acetylcystein (NAC), L-Tyrosin, usw.
• Peptide, z. B. Oxytocin, Kollagenpeptide usw.
• Polysaccharide wie Hyaluronsäure, Pilzpolisaccharide usw.
• Cannabinoide wie CBD, CBG, THC
• Nootropika, Smart Drugs und kognitive Enhancer, zu denen neben den oben genannten Substanzen auch andere Moleküle gehören können

Die nanoverstärkte liposomale Formulierung bioaktiver Moleküle bietet eine höhere Absorptionsrate und eine bessere Bioverfügbarkeit und kann es den Substanzen ermöglichen, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden.
Alternative Systeme zur Verabreichung von Arzneimitteln auf Lipidbasis sind Nanoemulsionen und kolloidale Träger auf Lipidbasis wie feste Lipid-Nanopartikel (SLN) und nanostrukturierte Lipidträger (NLC). Alle, Nanoemulsionen, SLN und NLC, können unter Beschallung zuverlässig gebildet und beladen werden.
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Faktoren, die die Qualität von Liposomen beeinflussen

Die Qualität von Liposomen wird durch die Einheitlichkeit der Partikelgröße und Lamellarität, die Einschlusseffizienz (�) / Verkapselungsmenge und die Stabilität bestimmt. Zubereitungsmethode, Verarbeitungsbedingungen, Rohstoffe und Lagerung sind wichtige Faktoren, die zur Qualität und damit zur Wirksamkeit der liposomalen Formulierungen beitragen. Das REM-Bild links zeigt die mit DHA- und EPA-Fettsäuren beladenen, mit Ultraschall hergestellten Liposomen, die mit einem Hielscher-Ultraschallgerät UP200S (Studie und Bild: Hadian et al. 2014)
Die Ultraschallpräparation von Liposomen ist eine zuverlässige Technik, die eine kleine, einheitliche liposomale Partikelgröße mit einer hohen Beladung mit bioaktiven Molekülen ergibt. Die Parameter des Ultraschallverfahrens (wie Amplitude, Gesamtenergie, Zeit, Pulsation, Temperatur und Druck) sind genau einstellbar. Als nicht-thermische Verarbeitungstechnik basiert das Arbeitsprinzip der Beschallung auf rein mechanischer Scherung. Der Temperaturanstieg in der beschallten Flüssigkeit ist mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu erklären, der besagt, dass jede zugeführte Energie letztlich in Wärme umgewandelt wird. Um die Temperatur des liposomalen Mediums stabil niedrig zu halten, bietet Hielscher Ultrasonics ausgefeilte Kühllösungen an, wie z.B. Eisbäder sowie Reaktoren und Durchflusszellen mit Kühlmänteln. Die Ergebnisse der Ultraschall-Liposomenproduktion sind reproduzierbar, was wichtig für einen standardisierten Prozess und eine gleichbleibend hohe Produktqualität ist.
Hochwertige Phospholipide mit einem hohen Anteil an Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin bilden eine stabile Liposomenhülle, die das Austreten von Nährstoffen verhindert. Eine starke Phospholipidhülle schützt die eingekapselten Nährstoffe auch vor oxidativem und thermischem Abbau. Daher ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Phosopholipiden, wässriger Phase und eingekapselten Nährstoffen (bioaktiven Molekülen) wichtig.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Liposomenproduktion

Die Systeme von Hielscher Ultrasonics sind zuverlässige Maschinen, die in der Pharma- und Nahrungsergänzungsmittelproduktion eingesetzt werden, um hochwertige Liposomen zu formulieren, die mit Vitaminen, Antioxidantien, Flavonoiden, Peptiden, Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen/Nährstoffen beladen sind. Um den Anforderungen seiner Kunden gerecht zu werden, liefert Hielscher Ultraschallgeräte vom kompakten Handhomogenisator für das Labor über Tisch-Ultraschallgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen für die Herstellung großer Mengen von Liposomenformulierungen. Die Liposomenformulierung mit Ultraschall kann als Batch- oder als kontinuierlicher Inline-Prozess unter Verwendung eines Ultraschall-Durchflussreaktors durchgeführt werden. Eine breite Palette von Ultraschall-Sonotroden (Sonden) und Reaktorbehältern steht zur Verfügung, um ein optimales Setup für Ihre Liposomenproduktion zu gewährleisten. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Kontrolle über alle wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungszeit machen den Ultraschallprozess zuverlässig und reproduzierbar. Hielscher Ultrasonics weiß um die Bedeutung einer gleichbleibend hohen Produktqualität und unterstützt Supplement- und Therapeutika-Hersteller bei der Umsetzung von Prozessstandardisierung und GMP (Good Manufacturing Practices) durch intelligente Software und automatische Datenaufzeichnung. Unsere digitalen Ultraschall-Homogenisatoren zeichnen automatisch die Ultraschall-Prozessparameter auf einer eingebauten SD-Karte auf. Digitale Touch-Displays und Browser-Fernbedienung ermöglichen eine kontinuierliche Prozessüberwachung und ermöglichen es, die Prozessparameter bei Bedarf präzise einzustellen. Dies erleichtert die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle erheblich.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: