Herstellung liposomaler Omega-3-Fettsäuren mittels Ultraschall

Nanoliposomen sind hochwirksame Wirkstoffträger, die eingesetzt werden, um die Bioverfügbarkeit von bioaktiven Verbindungen wie Omega-2-Fettsäuren, Vitaminen und anderen Substanzen zu verbessern. Die Verkapselung bioaktiver Verbindungen mittels Ultraschall ist ein schnelles und einfaches Verfahren zur Herstellung von Nanoliposomen mit hoher Wirkstoffbeladung. Die ultraschallgestützte Verkapselung in Liposomen erhöht die Stabilität und Bioverfügbarkeit der Verbindungen.

Liposomale Omega-3-Fettsäuren

Omega-3-Fettsäuren wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) spielen eine entscheidende Rolle für den ordnungsgemäßen Ablauf vieler lebenswichtiger biochemischer Reaktionen im menschlichen Körper. EPA und DHA kommen hauptsächlich in Kaltwasserfischen, Dorschleber sowie Schalen- und Krustentieren vor. Da nicht jeder die empfohlenen zwei Portionen Fisch pro Woche verzehrt, wird Fischöl häufig in Form von Nahrungsergänzungsmitteln eingenommen. Darüber hinaus werden Omega-3-Fettsäuren wie EPA und DHA als Therapeutika zur Behandlung von Herz-Kreislauf- und Gehirnerkrankungen sowie in der Krebstherapie eingesetzt. Die ultraschallgestützte Verkapselung in Liposomen ist ein weitverbreitetes und erfolgreich eingesetztes Verfahren zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit und der Resorptionsrate.

Ultraschallgestützte Verkapselung von Omega-3-Fettsäuren in Liposomen

Die ultraschallgestützte Verkapselung ist ein zuverlässiges Herstellungsverfahren für Liposomen mit hoher Wirkstoffbeladung. Die Nanoemulgierung mittels Ultraschall bricht die Phospholipid-Doppelschichten auf und trägt Energie ein, um die Zusammenlagerung zu amphiphilen, kugelförmigen Vesikeln zu fördern, die als Liposomen bezeichnet werden.
Die Ultraschallbehandlung ermöglicht die Kontrolle der Liposomengröße während des ultraschallgestützten Herstellungsprozesses: Mit zunehmender Ultraschallenergie nimmt die Liposomengröße ab. Kleinere Liposomen bieten eine höhere Biozugänglichkeit und können die Fettsäuremoleküle mit einer höheren Erfolgsrate an die Zielorte transportieren, da ihre geringere Größe den Durchtritt durch Zellmembranen erleichtert.
Liposomen sind als leistungsfähige Wirkstoffträger bekannt, die aufgrund der amphiphilen Struktur ihrer Doppelschichten sowohl mit lipophilen als auch mit hydrophilen Substanzen beladen werden können. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, Liposomen durch die Aufnahme lipidgebundener Polymere in die Formulierung chemisch zu modifizieren. Dadurch wird die Aufnahme eingeschlossener Moleküle im Zielgewebe verbessert und die Wirkstofffreisetzung sowie damit die Halbwertszeit des Wirkstoffs verlängert. Die liposomale Verkapselung schützt die bioaktiven Verbindungen auch vor oxidativem Abbau. Dies ist ein wichtiger Faktor für mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie EPA und DHA, die oxidationsanfällig sind.
Hadia et al. (2014) stellten fest, dass die ultraschallgestützte Verkapselung von DHA und EPA mit dem Sonotroden-Ultraschallgerät UP200S eine überlegene Verkapselungseffizienz (%EE) von 56,9 ± 5,2% für DHA und 38,6 ± 1,8% für EPA ergab. Die %EE für DHA und EPA in Liposomen stieg durch die Ultraschallbehandlung signifikant an (p-Wert kleiner als 0,05; statistisch signifikante Werte).

Mittels Ultraschall hergestellte Liposomen, die mit den Fettsäuren DHA und EPA beladen sind.
Studie und Abbildung: Hadian et al. 2014

Effizienzvergleich: Ultraschallgestützte Verkapselung und Liposomenextrusion

Im Vergleich zur Verkapselung im Ultraschallbad und zur Extrusion erzielt die ultraschallgestützte Verkapselung mittels Sonotrode bessere Ergebnisse bei der Liposomenbildung.
Hadia et al. (2014) verglichen die Beschallung mittels Sonotrode (UP200S), die Beschallung im Ultraschallbad und die Extrusion als Verfahren zur Herstellung von Omega-3-Fischöl-Liposomen. Die mittels Sonotrodenbeschallung hergestellten Liposomen waren kugelförmig und bewahrten eine hohe strukturelle Integrität. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Beschallung vorgebildeter Liposomen mittels Sonotrode die Herstellung hochbeladener DHA- und EPA-Liposomen erleichtert. Durch die Sonotrodenbeschallung wurden die Omega-3-Fettsäuren DHA und EPA in die nanoliposomale Membran eingekapselt. Die Verkapselung verleiht den Omega-3-Fettsäuren eine hohe Bioverfügbarkeit und schützt sie vor oxidativem Abbau.

Wichtige Faktoren für hochwertige Liposomen

Nach der Herstellung der Liposomen spielen die Stabilisierung und Lagerung liposomaler Formulierungen eine entscheidende Rolle, um eine langfristig stabile und hochwirksame Trägerformulierung zu erhalten.
Zu den entscheidenden Faktoren, die die Stabilität von Liposomen beeinflussen, gehören der pH-Wert, die Lagertemperatur und die Materialien der Lagerbehälter.
Für eine fertige Formulierung gilt ein pH-Wert von etwa 6,5 als ideal, da die Lipidhydrolyse bei pH 6,5 ihre niedrigste Rate erreicht.
Da Liposomen oxidieren und ihre eingeschlossenen Substanzen verlieren können, wird eine Lagertemperatur von etwa 2–8 °C empfohlen. Beladene Liposomen dürfen nicht eingefroren und aufgetaut werden, da die Belastung durch Einfrieren und Auftauen das Austreten eingekapselter bioaktiver Verbindungen fördert.
Lagerbehälter und deren Verschlüsse sollten sorgfältig ausgewählt werden, da Liposomen mit bestimmten Kunststoffen nicht kompatibel sind. Um den Abbau von Liposomen zu verhindern, sollten injizierbare Liposomensuspensionen in Glasampullen statt in mit Stopfen verschlossenen Injektionsfläschchen gelagert werden. Die Kompatibilität mit den Elastomerstopfen von Injektionsfläschchen muss geprüft werden. Um die Photooxidation der Lipidkomposite zu vermeiden, ist eine lichtgeschützte Lagerung sehr wichtig, z. B. in einer dunklen Glasflasche an einem dunklen Ort. Bei infundierbaren Liposomenformulierungen muss die Kompatibilität der Liposomensuspensionen mit intravenösen Infusionsschläuchen aus synthetischem Kunststoff sichergestellt werden. Lagerungsbedingungen und Materialkompatibilität sollten auf dem Etikett der Liposomenformulierung angegeben sein. [vgl. Kulkarni und Shaw, 2016]

Nach der Bildung eines Lipidfilms und anschließender Rehydratisierung wird Ultraschall eingesetzt, um den Einschluss von Wirkstoffen in das Liposom zu fördern. Zusätzlich wird durch die Beschallung die gewünschte Liposomengröße erreicht.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für liposomale Formulierungen

Ultraschallgeräte von Hielscher sind zuverlässige Maschinen, die in der Herstellung von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln zur Formulierung hochwertiger Liposomen eingesetzt werden. Diese werden mit Fettsäuren, Vitaminen, Antioxidantien, Peptiden, Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen beladen. Um den Anforderungen seiner Kunden gerecht zu werden, liefert Hielscher Ultraschallgeräte vom kompakten, handgeführten Laborhomogenisator über Ultraschall-Tischgeräte bis hin zu vollständig industriellen Ultraschallsystemen für die Herstellung großer Mengen liposomaler Formulierungen. Die ultraschallgestützte Herstellung von Liposomenformulierungen kann als Chargenprozess oder als kontinuierlicher Inline-Prozess durchgeführt werden. Eine breite Auswahl an Ultraschallsonotroden und Reaktorgefäßen steht zur Verfügung, um eine optimale Anlagenkonfiguration für Ihre Liposomenproduktion sicherzustellen. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: