Formación de liposomas por ultrasonidos: metodología y ventajas

Los liposomas son vesículas esféricas compuestas por bicapas lipídicas, ampliamente utilizadas en la administración de fármacos, la cosmética y la industria alimentaria debido a su biocompatibilidad y a su capacidad para encapsular sustancias tanto hidrófilas como hidrófobas. El uso de ultrasonidos de alta intensidad para formar liposomas es una de las técnicas más habituales de encapsulación liposomal. Conocida por su eficiencia, escalabilidad y capacidad para producir liposomas de tamaño controlado y con una alta eficiencia de encapsulación, la sonicación ofrece numerosas ventajas adicionales frente a otros métodos de producción de liposomas. Este artículo presenta la metodología de formación de liposomas por ultrasonidos, sus ventajas y sus diversas aplicaciones en complementos alimenticios, productos farmacéuticos, tratamientos terapéuticos y alimentos funcionales.

Sonicación para la formación de liposomas

Los sonicadores de sonda son una herramienta esencial para producir liposomas cargados con principios activos. A continuación, presentamos cómo se forman y se cargan los liposomas mediante el método asistido por ultrasonidos.

1. Preparación de la solución lipídica:
   El proceso comienza con la preparación de una solución lipídica. Entre los lípidos utilizados habitualmente se encuentran la fosfatidilcolina, el colesterol y otros fosfolípidos. Estos lípidos se disuelven en un disolvente orgánico, como cloroformo o etanol.
2. Formación de la película lipídica:
   A continuación, la solución lipídica se evapora a presión reducida (vacío) mediante un evaporador rotatorio para formar una película lipídica fina sobre las paredes de un matraz de fondo redondo. Este paso garantiza la eliminación de los disolventes orgánicos y deja una película lipídica seca.
3. Hidratación de la película lipídica:
   La película lipídica seca se hidrata con una solución acuosa que puede contener la sustancia activa que se desea encapsular. Este paso da lugar a la formación de vesículas multilamelares (MLVs). El proceso de hidratación suele incluir agitación en vórtex o agitación suave a una temperatura superior a la temperatura de transición de los lípidos.
4. Sonicación:
   A continuación, las MLVs se someten a ultrasonidos mediante un sonicador de sonda. Las ondas ultrasónicas inducen cavitación y crean microburbujas que colapsan y generan fuerzas de cizallamiento. Este proceso provoca sonoporación, lo que permite cargar los liposomas de forma eficiente y obtener una alta eficiencia de encapsulación (EE%). El aumento de la permeabilidad debido a la sonoporación facilita la difusión de las sustancias que se desean encapsular hacia el interior de los liposomas. Una vez que se detiene el proceso de sonicación, las bicapas lipídicas se reorganizan rápidamente y retienen las sustancias encapsuladas en su interior.
   Además, la sonicación fragmenta las MLVs en vesículas unilamelares de menor tamaño (ULVs) o vesículas unilamelares pequeñas (SUVs), cuyos tamaños suelen oscilar entre 20 y 200 nm. Se optimizan parámetros como el tiempo de sonicación, la potencia y la temperatura para conseguir el tamaño de liposoma y la eficiencia de encapsulación deseados.
5. Purificación y caracterización:
   Tras la sonicación, la suspensión de liposomas suele filtrarse o centrifugarse para eliminar el material no encapsulado y las vesículas de mayor tamaño. Los liposomas resultantes se caracterizan mediante técnicas como la dispersión dinámica de luz (DLS) para determinar la distribución de tamaños, el análisis del potencial zeta para evaluar la carga superficial y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) para estudiar la morfología.

Tras la formación de una película lipídica y su posterior rehidratación, se utiliza la sonicación para favorecer la encapsulación de principios activos en el liposoma. Además, la sonicación permite obtener el tamaño de liposoma deseado.

Demostrado científicamente

Los sonicadores de sonda se adoptaron rápidamente como una técnica fiable para preparar liposomas y actualmente se utilizan ampliamente en la producción de liposomas, tanto en investigación como en la producción comercial. Diversos estudios de investigación han demostrado la eficiencia y la fiabilidad de la formación de liposomas por ultrasonidos y de su carga con principios activos en numerosas formulaciones. A continuación se presentan dos breves descripciones de la encapsulación liposomal mediante sonicación con sonda.
 
Hadian et al. (2014) investigaron la eficiencia de la sonicación para encapsular en liposomas ácidos grasos omega-3 procedentes del aceite de pescado (DHA y EPA). Para evaluar la eficiencia y la calidad de la encapsulación, compararon el método de preparación de liposomas por ultrasonidos con la extrusión de liposomas. Utilizando el sonicador de sonda UP200S de Hielscher, los investigadores observaron que la sonicación con sonda «de liposomas preformados facilita una carga significativa de DHA y EPA en la membrana nanoliposomal. La técnica de sonicación con sonda superó a los demás métodos». Los liposomas preparados mediante sonicación con sonda tenían forma esférica y mantenían una elevada integridad estructural.
 
Paini et al. (2015) desarrollaron un método sencillo y, a la vez, muy eficiente que utiliza la sonicación para preparar liposomas cargados con apigenina a partir de lecitina de colza de calidad alimentaria en un medio acuoso, sin utilizar ningún disolvente orgánico. Con el sonicador de sonda de 400 vatios modelo UP400S (Hielscher Ultrasonics), se alcanzó una eficiencia de encapsulación superior al 92%. El tamaño de los liposomas puede controlarse con precisión ajustando la amplitud de sonicación y el tiempo de procesamiento. El análisis mostró que las estructuras liposomales de apigenina presentaban un potencial zeta elevado y un buen índice de polidispersidad, y se mantenían estables tras el proceso de encapsulación.

Ventajas de la encapsulación liposomal por ultrasonidos

Las técnicas de preparación de liposomas son muy diversas, y cada una tiene sus propias ventajas y limitaciones. La preparación de liposomas por ultrasonidos destaca por varios motivos: proporciona una eficiencia de encapsulación (EE%) muy elevada, un excelente control del tamaño de los liposomas, fiabilidad en la obtención de resultados reproducibles y escalabilidad lineal a volúmenes mayores.

1. Mayor eficiencia de encapsulación:
   La ultrasonicación ofrece una alta eficiencia de encapsulación tanto para compuestos hidrófilos como hidrófobos. Las intensas fuerzas de cizallamiento y la cavitación facilitan la distribución uniforme de la sustancia que se desea encapsular dentro de la bicapa liposomal o del núcleo acuoso.
2. Distribución de tamaños controlada:
   La capacidad de controlar con precisión los parámetros de sonicación permite producir liposomas con distribuciones de tamaños estrechas, esenciales para una administración de fármacos y una biodisponibilidad uniformes.
3. Escalabilidad y reproducibilidad:
   La formación de liposomas por ultrasonidos es altamente escalable, lo que la hace adecuada tanto para la producción a escala de laboratorio como a escala industrial. La reproducibilidad del proceso garantiza una calidad uniforme entre lotes.
4. Uso mínimo de disolventes orgánicos:
   En comparación con otros métodos de preparación de liposomas, la ultrasonicación requiere una cantidad significativamente menor de disolventes orgánicos, lo que reduce la toxicidad potencial y el impacto ambiental.
5. Versatilidad:
   Esta técnica es versátil y permite trabajar con una amplia variedad de lípidos y sustancias que se desean encapsular, lo que amplía su aplicabilidad en diversos sectores.

Aplicaciones en complementos alimenticios, productos farmacéuticos, tratamientos terapéuticos y alimentos funcionales

Los sonicadores Hielscher se utilizan en investigación y en la producción comercial para producir liposomas de calidad alimentaria y farmacéutica. Los liposomas producidos por ultrasonidos ofrecen una alta biodisponibilidad, pueden transportar grandes cantidades de principios activos y presentan una alta eficiencia de encapsulación (EE%) y estabilidad. Además, la sonicación proporciona una distribución de tamaños uniforme. Al cumplir todos estos criterios de calidad, los liposomas formulados por ultrasonidos son vehículos ideales para principios activos farmacéuticos (APIs) y compuestos fitoquímicos en medicamentos, tratamientos terapéuticos, complementos alimenticios, alimentos funcionales e incluso cosméticos.

1. Complementos alimenticios:
   La encapsulación liposomal por ultrasonidos se utiliza para mejorar la biodisponibilidad de los complementos alimenticios y los nutracéuticos. Las vitaminas, los minerales y los extractos vegetales encapsulados en liposomas presentan una mejor absorción y estabilidad, lo que se traduce en una mayor eficacia. Por ejemplo, los complementos liposomales de vitamina C y curcumina son populares por sus mayores beneficios terapéuticos.
2. Productos farmacéuticos:
   En la industria farmacéutica, los liposomas actúan como vehículos para la administración de fármacos y mejoran su solubilidad, estabilidad y direccionamiento. Las formulaciones liposomales preparadas por ultrasonidos se emplean para administrar agentes quimioterapéuticos, antibióticos y vacunas. La doxorrubicina liposomal, por ejemplo, reduce la cardiotoxicidad asociada al tratamiento convencional con doxorrubicina.
3. Tratamientos terapéuticos:
   Los tratamientos terapéuticos se benefician de la encapsulación liposomal al conseguir una liberación controlada y una administración dirigida. Los liposomas pueden atravesar barreras biológicas, como la barrera hematoencefálica, lo que permite administrar fármacos a tejidos o células específicos. Los nanoliposomas producidos por ultrasonidos tienen una biodisponibilidad muy elevada, ya que su tamaño nanométrico les permite penetrar en los tejidos y las células diana. Esto resulta especialmente ventajoso en el tratamiento de trastornos neurológicos y cánceres.
4. Alimentos funcionales:
   En la industria de los alimentos funcionales, los liposomas mejoran la administración de compuestos bioactivos, como ácidos grasos omega-3, probióticos y antioxidantes. Estos compuestos bioactivos encapsulados presentan una mayor estabilidad y biodisponibilidad, lo que contribuye a obtener mejores resultados para la salud. Por ejemplo, la encapsulación liposomal de polifenoles en bebidas asistida por ultrasonidos ayuda a preservar sus propiedades antioxidantes.
5. Cosméticos:
   Las formulaciones cosméticas, también denominadas cosmecéuticos, se benefician de la técnica de encapsulación liposomal, ya que los liposomas mejoran la eficiencia de encapsulación de sustancias antienvejecimiento, como los antioxidantes, y proporcionan una mayor protección frente al estrés oxidativo. La estructura de bicapa protege los compuestos sensibles de factores ambientales, como la radiación UV y la contaminación, que pueden degradar los antioxidantes. La mayor capacidad de encapsulación de los liposomas sonicados permite incorporar de forma estable compuestos volátiles y sensibles cuya administración eficaz resultaría difícil de otro modo.

La formación de liposomas por ultrasonidos es una técnica robusta y versátil con ventajas significativas en cuanto a eficiencia de encapsulación, control del tamaño, escalabilidad y sostenibilidad ambiental. Su aplicación abarca diversos sectores, desde la mejora de la biodisponibilidad de los complementos alimenticios hasta la mejora de la administración y la eficacia de los productos farmacéuticos y los tratamientos terapéuticos. A medida que avanzan la investigación y la tecnología, sigue aumentando el potencial de la encapsulación liposomal por ultrasonidos para innovar y mejorar las formulaciones de productos, con perspectivas de avances prometedores en los ámbitos de la salud, la medicina, la nutrición y la cosmética.

Nanotransportadores formulados mediante sonicación

Además de los liposomas, la sonicación también se utiliza con éxito para formular y cargar otras formas de nanotransportadores, como nanopartículas lipídicas sólidas, transportadores lipídicos nanoestructurados y nanoemulsiones. Los sonicadores Hielscher favorecen la formación eficiente de estos nanotransportadores y su carga con ingredientes bioactivos. Conocidos por su tecnología de vanguardia, los sonicadores Hielscher se utilizan en todo el mundo en la producción alimentaria, farmacéutica y cosmética.