Ultraschall-Produktion von liposomalen Omega-3-Fettsäuren

Nanoliposomen sind hochwirksame Arzneimittelträger, die zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit bioaktiver Verbindungen wie Omega-2-Fettsäuren, Vitamine und anderer Substanzen eingesetzt werden. Die Ultraschallverkapselung bioaktiver Verbindungen ist eine schnelle und einfache Technik zur Herstellung von Nanoliposomen mit hoher Wirkstoffbeladung. Die Ultraschallverkapselung in Liposomen erhöht die Stabilität und Bioverfügbarkeit der Verbindungen.

Liposomale Omega-3-Fettsäuren

Omega-3-Fettsäuren wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) spielen eine wichtige Rolle für das reibungslose Funktionieren vieler lebenswichtiger biochemischer Reaktionen im menschlichen Körper. EPA und DHA sind vor allem in Kaltwasserfischen, Dorschleber und Schalentieren enthalten. Da nicht jeder die empfohlenen zwei Portionen Fisch pro Woche zu sich nimmt, wird Fischöl häufig in Form von Nahrungsergänzungsmitteln verwendet. Außerdem werden Omega-3-Fettsäuren wie EPA und DHA als Therapeutika zur Behandlung von Herz-Kreislauf- und Hirnerkrankungen sowie in der Krebstherapie eingesetzt. Um die Bioverfügbarkeit und die Absorptionsrate zu verbessern, ist die Verkapselung mit Ultraschall in Liposomen eine weit verbreitete und erfolgreich angewandte Technik.

Ultraschallverkapselung von Omega-3-Fettsäuren in Liposomen

Die Ultraschallverkapselung ist eine zuverlässige Zubereitungstechnik zur Bildung von Liposomen mit einer hohen Wirkstoffbeladung. Bei der Nanoemulgierung mit Ultraschall werden die Phospholipid-Doppelschichten aufgebrochen und Energie zugeführt, um die Bildung amphiphiler, kugelförmiger Vesikel, der so genannten Liposomen, zu fördern.
Die Ultraschallbehandlung ermöglicht es, die Liposomengröße während des Präparationsprozesses mit Ultraschall zu kontrollieren: Die Liposomengröße nimmt mit zunehmender Ultraschallenergie ab. Kleinere Liposomen bieten eine höhere Biozugänglichkeit und können die Fettsäuremoleküle mit einer höheren Erfolgsquote zu den Zielorten transportieren, da die geringere Größe die Permeabilität durch die Zellmembranen erleichtert.
Liposomen sind als wirksame Arzneimittelträger bekannt, die aufgrund der amphiphilen Struktur ihrer Doppelschichten sowohl mit lipophilen als auch mit hydrophilen Substanzen beladen werden können. Ein weiterer Vorteil von Liposomen ist die Möglichkeit, Liposomen chemisch zu modifizieren, indem lipidgebundene Polymere in die Formulierung aufgenommen werden, so dass die Aufnahme der eingeschlossenen Moleküle im Zielgewebe verbessert und die Wirkstofffreisetzung und damit die Halbwertszeit verlängert wird. Die liposomale Verkapselung schützt die bioaktiven Verbindungen auch vor oxidativem Abbau, was ein wichtiger Faktor für mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie EPA und DHA ist, die für Oxidation anfällig sind.
Hadia et al. (2014) fanden heraus, dass die Ultraschallverkapselung von DHA und EPA unter Verwendung eines Sonden-Ultraschallgerätes UP200S ergab eine hervorragende Verkapselungseffizienz (�) mit 56,9 ± 5,2 % für DHA und 38,6 ± 1,8 % für EPA. Der prozentuale Wirkungsgrad für DHA und EPA in Liposomen stieg durch die Ultraschallbehandlung deutlich an (P Wert kleiner als 0,05; statistisch signifikante Werte).

Mit Ultraschall hergestellte Liposomen, die mit DHA- und EPA-Fettsäuren beladen sind.
Studie und Bild: Hadian et al. 2014

Vergleich der Effizienz: Ultraschallverkapselung vs. Liposomenextrusion

Vergleicht man die Verkapselung mit einer Ultraschallsonde mit der Badbeschallung und der Extrusionstechnik, so wird durch die Sondenbeschallung eine bessere Liposomenbildung erreicht.
Hadia et al. (2014) verglichen die Sondenbeschallung (UP200S), Badbeschallung und Extrusion sind die Techniken zur Herstellung von Omega-3-Fischöl-Liposomen. Die durch Sondenbeschallung hergestellten Liposomen waren kugelförmig und wiesen eine hohe strukturelle Integrität auf. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Sondenbeschallung von vorgeformten Liposomen die Herstellung von hoch beladenen DHA- und EPA-Liposomen erleichtert. Durch Sondenbeschallung wurden die Omega-3-Fettsäuren DHA und EPA in die nanoliposomale Membran eingekapselt. Die Verkapselung macht die Omega-3-Fettsäuren hoch bioverfügbar und schützt sie vor oxidativem Abbau.

Wichtige Faktoren für hochqualitative Liposomen

Nach der Liposomenherstellung spielen Stabilisierung und Lagerung der liposomalen Formulierungen eine entscheidende Rolle, um eine langzeitstabile und hochwirksame Trägerformulierung zu erhalten.
Zu den kritischen Faktoren, die sich auf die Stabilität von Liposomen auswirken, gehören der pH-Wert, die Lagertemperatur und die Materialien der Lagerbehälter.
Für eine fertige Formulierung wird ein pH-Wert von ca. 6,5 als ideal angesehen, da bei einem pH-Wert von 6,5 die Lipidhydrolyse auf ihre niedrigste Rate reduziert ist.
Da Liposomen oxidieren und ihre eingeschlossene Substanzladung verlieren können, wird eine Lagertemperatur von ca. 2-8 °C empfohlen. Beladene Liposomen dürfen nicht eingefroren und aufgetaut werden, da Frost-Tau-Stress das Auslaufen der eingekapselten bioaktiven Substanzen fördert.
Lagerbehälter und Verschlüsse der Lagerbehälter sollten sorgfältig ausgewählt werden, da Liposomen mit bestimmten Kunststoffen nicht kompatibel sind. Um den Abbau von Liposomen zu verhindern, sollten injizierbare Liposomensuspensionen in Glasampullen und nicht in verschlossenen Injektionsfläschchen gelagert werden. Die Kompatibilität mit den Elastomerstopfen der Injektionsfläschchen muss geprüft werden. Um eine Photooxidation der Lipidkomposite zu vermeiden, ist eine lichtgeschützte Lagerung, z. B. in einer dunklen Glasflasche und an einem dunklen Ort, sehr wichtig. Bei infusiblen Liposomenformulierungen muss die Kompatibilität der Liposomensuspensionen mit intravenösen Schläuchen (aus synthetischem Kunststoff) sichergestellt werden. Die Lagerungs- und Materialverträglichkeit sollte auf dem Etikett der Liposomenformulierung angegeben werden. (vgl. Kulkarni und Shaw, 2016)

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.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für liposomale Formulierungen

Hielscher Ultraschallgeräte sind zuverlässige Maschinen, die in der Pharma- und Nahrungsergänzungsmittelproduktion eingesetzt werden, um hochwertige Liposomen zu formulieren, die mit Fettsäuren, Vitaminen, Antioxidantien, Peptiden, Polyphenolen und anderen bioaktiven Substanzen 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 durchgeführt werden. Eine breite Palette von Ultraschall-Sonotroden (Sonden) und Reaktorgefäßen steht zur Verfügung, um ein optimales Setup für Ihre Liposomenproduktion zu gewährleisten. Die Robustheit der Hielscher-Sonikatoren ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: