Liposomen durch Umkehrphasenverdampfung mit Ultraschallbehandlung

Liposomen sind vielseitige Nanoträger, die aufgrund ihrer Biokompatibilität und ihrer Fähigkeit, sowohl hydrophile als auch hydrophobe Arzneistoffe zu verkapseln, zur Wirkstoffabgabe eingesetzt werden. Die Umkehrphasenverdampfungsmethode (auch als Emulgierungsmethode oder Lösungsmittelverdampfungsmethode bekannt) ist ein bedeutendes Verfahren zur Herstellung von Liposomen mit hoher Verkapselungseffizienz. Dieser Artikel behandelt die Herstellung von Liposomen durch die Umkehrphasenverdampfungsmethode, die durch Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode verbessert wird, und erläutert die Verfahrensschritte, Vorteile und möglichen Anwendungen in Wirkstoffabgabesystemen.

Liposomen sind vesikuläre Strukturen, die aus einer oder mehreren Lipiddoppelschichten bestehen und hydrophile sowie hydrophobe Verbindungen verkapseln können. Ihre einzigartige Struktur macht sie ideal für die gezielte Wirkstoffabgabe. Die Umkehrphasenverdampfungsmethode (auch als Emulgierungs- oder Lösungsmittelverdampfungsmethode bekannt) ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung von Liposomen. In den folgenden Abschnitten stellen wir Ihnen die Vorteile der Umkehrphasenverdampfungsmethode mit Ultraschallbehandlung durch eine Sonotrode vor. Diese verbessert bekanntermaßen die Emulgierung, die Verkapselungseffizienz und die Größenreduktion von Liposomen.

Methodik der Liposomenherstellung durch Umkehrphasenverdampfung

Bei der Liposomenbildung durch Umkehrphasenverdampfung mit Ultraschallbehandlung werden Lipide in einem organischen Lösungsmittelgemisch aus Chloroform und Methanol (2:1 v/v) gelöst, was die Bildung inverser Mizellen begünstigt. Anschließend wird diesem Gemisch ein wässriger Puffer zugesetzt. Die vereinigte Lösung wird beispielsweise mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode wie dem UP400ST beschallt, um eine Wasser-in-Öl-Mikroemulsion zu erzeugen. Das organische Lösungsmittel wird anschließend mit einem Rotationsverdampfer verdampft, wodurch ein viskoses Gel entsteht, das schließlich unter Bildung von Liposomen zusammenfällt. Der große wässrige Kern der Mikroemulsionsbläschen fördert den Einschluss hydrophiler Moleküle. Dadurch entstehen liposomale Gele, die eine kontrollierte Freisetzung und ein gutes Permeationsprofil aufweisen. Abschließend werden die Liposomen mit dem Ultraschallgerät auf eine einheitliche Größe verkleinert.

Liposomenbildung durch Umkehrphasenverdampfung mit Ultraschallbehandlung

Protokoll / Schritt-für-Schritt-Anleitung:

1. Lipide abwiegen und lösen:
   Wiegen Sie insgesamt 40 mg L-α-Phosphatidylcholin und Cholesterin in einem Massenverhältnis von entweder 4:1 oder 7:3 genau ab.
   Lösen Sie die abgewogenen Lipide in einem Rundkolben in 10 mL eines Chloroform/Methanol-Gemischs (4:1 v/v).
2. Lipidfilm bilden:
   Schließen Sie den Rundkolben an einen Rotationsverdampfer an.
   Lassen Sie den Kolben bei 8 x g und 40°C unter Vakuum rotieren, bis sich an den Kolbenwänden ein dünner Lipidfilm bildet.
3. Lösungsmitteldämpfe entfernen:
   Entfernen Sie die verbleibenden Dämpfe des Lösungsmittelgemischs, indem Sie den Kolben mit Stickstoffgas spülen.
4. Lipidfilm erneut lösen:
   Lösen Sie den Lipidfilm erneut in 10 mL Diethylether, um Umkehrphasenvesikel zu bilden.
5. Wässrige Phase vorbereiten:
   Mischen Sie 5 mL PBS-Puffer (0,1 M, pH 7,4), der den zu verkapselnden Wirkstoff enthält, und 20 mg Tween 80 mit der organischen Phase (Diethylether mit gelösten Lipiden).
6. Emulsion beschallen:
   Stellen Sie die W/O-Emulsion in ein Eisbad.
   Beschallen Sie die Emulsion mit dem Ultraschallgerät UP200Ht mit Sonotrode bei 26 kHz im 50%-Pulsbetrieb (0,5 Zyklen = 30 sec EIN / 30 sec AUS) und mit 50% Amplitude für 1 Minute.
7. Zur Gelbildung verdampfen:
   Geben Sie die beschallte Emulsion wieder in den Rotationsverdampfer.
   Verdampfen Sie bei Atmosphärendruck und 40°C, bis ein Gel entsteht.
8. Liposomen bilden:
   Verdampfen Sie das Gel weiter, sodass es in eine halbtransparente Flüssigkeit übergeht, was die Bildung von Liposomen anzeigt.
9. Endgültige Liposomensuspension:
   Geben Sie weitere 5 mL PBS-Puffer (0,1 M, pH 7,4) zur Liposomensuspension hinzu.
   Mischen Sie das Gemisch vorsichtig mit einem Vortexmischer.
   Entfernen Sie die verbleibenden Diethyletherdämpfe mit Stickstoffgas.
10. Lagerung:
    Lagern Sie die fertige Liposomensuspension bis zur Verwendung bei 4°C im Kühlschrank.

Diese Anleitung beschreibt Schritt für Schritt die Herstellung von Liposomen durch Umkehrphasenverdampfung mit Ultraschallhomogenisierung, wodurch eine hohe Beladung mit wässriger Phase im Inneren und eine effiziente Verkapselung des Wirkstoffs gewährleistet werden.
Die Umkehrphasenverdampfungsmethode, insbesondere mit Ultraschallbehandlung durch eine Sonotrode, ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Liposomen, vor allem wenn eine hohe Beladung mit wässriger Phase im Inneren angestrebt wird. Gegenüber der herkömmlichen Dünnfilmhydratisierungsmethode bietet dieses Verfahren den Vorteil, dass eine größere Menge wässriger Phase in die Liposomen eingeschlossen werden kann.

Vorteile der Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode für die Liposomenbildung

• Höhere Homogenität: Die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode sorgt für einen gleichmäßigen Energieeintrag und führt dadurch zu einer einheitlicheren Größenverteilung der Liposomen.
• Verbesserte Verkapselung: Die mechanischen Kräfte während der Ultraschallbehandlung verbessern die Verkapselung von Arzneistoffen, insbesondere von hydrophilen Verbindungen.
• Skalierbarkeit: Die Verfahren lassen sich leicht skalieren und eignen sich daher für die Liposomenproduktion im großen Maßstab.

Anwendungen von Liposomen zur Wirkstoffabgabe

Liposomen, die mit Emulgierungs- und Lösungsmittelverdampfungsmethoden unter Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode hergestellt werden, eignen sich für verschiedene Anwendungen zur Wirkstoffabgabe, darunter:

1. Gezielte Wirkstoffabgabe: Die Funktionalisierung von Liposomen mit spezifischen Liganden ermöglicht die gezielte Abgabe an bestimmte Gewebe oder Zellen.
2. Kontrollierte Freisetzung: Die Struktur der Lipiddoppelschicht ermöglicht eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung und verbessert dadurch die therapeutische Wirksamkeit.
3. Vielseitigkeit: Diese Verfahren eignen sich für ein breites Spektrum therapeutischer Wirkstoffe, von kleinen Molekülen bis hin zu größeren Biomolekülen wie Proteinen und Nukleinsäuren.

Die Umkehrphasenverdampfungsmethode zeichnet sich insbesondere durch eine höhere Beladung mit wässriger Phase im Inneren im Vergleich zur Dünnfilmhydratisierungsmethode aus. Diese Eigenschaft ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine umfangreiche Verkapselung hydrophiler Arzneistoffe oder anderer therapeutischer Wirkstoffe erfordern.
Die Umkehrphasenverdampfungsmethode mit Ultraschallbehandlung durch eine Sonotrode ist ein robustes und effizientes Verfahren zur Herstellung von Liposomen. Ihre Fähigkeit, eine höhere Beladung mit wässriger Phase im Inneren zu erzielen, macht sie zu einer bevorzugten Methode für pharmazeutische Anwendungen, bei denen die Maximierung der Verkapselung hydrophiler Substanzen entscheidend ist. Die sorgfältige Steuerung der Lösungsmittelverdampfung und der Einsatz der Ultraschallbehandlung sind entscheidend für den Erfolg dieses Verfahrens. Sie führen zur Herstellung hochwertiger Liposomen, die sich für verschiedene therapeutische Zwecke eignen.

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Lesen Sie mehr über die Herstellung von Liposomen mit Ultraschall nach der Dünnfilmmethode!
Lesen Sie mehr über mit Ultraschall hergestellte Liposomen zur Verkapselung folgender Substanzen:

• Vitamin C
• DHA und EPA (Fischöl)
• Allicin
• GLP-1-Peptide (z. B. Semaglutid)

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