Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Preparación de liposomas por ultrasonidos

Preparación ultrasónica de liposomas para productos farmacéuticos y cosméticos

Los liposomas (vesículas basadas en liposomas), transferosomas (liposomas ultradeformables), etosomas (vesículas ultradeformables con alto contenido de alcohol) y niosomas (vesículas sintéticas) son vesículas microscópicas, que pueden prepararse artificialmente como portadoras globulares en las que pueden encapsularse moléculas activas. Estas vesículas con diámetros entre 25 y 5000 nm se utilizan a menudo como portadores de medicamentos con fines tópicos en la industria farmacéutica y cosmética, como la administración de medicamentos, la terapia génica y la inmunización. El ultrasonido es un método probado de preparación de liposomas y la encapsulación de agentes activos en estas vesículas.

Liposomes are made from Phosphatidyl Choline (PC)

Los liposomas no sólo son portadores de agentes activos, también sin agentes encapsulados, las vesículas vacías, son activos potentes para la piel, ya que la fosfatidilcolina incorpora dos elementos esenciales que el organismo humano no puede producir por sí solo: el ácido linoleico y la colina.

liposomas

Los liposomas son sistemas vesiculares unilamelares, oligolamelares o multilamelares y están compuestos del mismo material que una membrana celular (bicapa lipídica). En cuanto a su composición y tamaño, se diferencia entre vesículas multi-laminar (MLV, 0.1-10μm) y vesículas unilaminar, que se distinguen entre pequeñas (SUV), <100 nm), grandes (LUV, 100-500 nm) o gigantescas (GUV, ≥1 μm) vesículas.
La estructura compuesta de los liposomas consiste en fosfolípidos. Los fosfolípidos tienen un grupo de cabeza hidrofílica y un grupo de cola hidrofóbica, que consiste en una larga cadena de hidrocarburos.
La membrana liposomal tiene una composición muy similar a la de la barrera cutánea, por lo que puede integrarse fácilmente en la piel humana. A medida que los liposomas se fusionan con la piel, pueden descargar los agentes atrapados directamente al destino, donde los activos pueden cumplir sus funciones. Así, los liposomas crean un aumento de la penetrabilidad/permeabilidad de la piel para los agentes farmacéuticos y cosméticos atrapados. También los liposomas sin agentes encapsulados, las vesículas vacías, son potentes activos para la piel, ya que la fosfatidilcolina incorpora dos elementos esenciales que el organismo humano no puede producir por sí solo: el ácido linoleico y la colina.
Los liposomas se utilizan como portadores biocompatibles de fármacos, péptidos, proteínas, ADN plasmático, oligonucleótidos antisentido o ribozimas, para fines farmacéuticos, cosméticos y bioquímicos. La enorme versatilidad en el tamaño de las partículas y en los parámetros físicos de los lípidos ofrece un potencial atractivo para la construcción de vehículos a medida para una amplia gama de aplicaciones. (Ulrich 2002)

Formación de Liposomas Ultrasónicos

Los liposomas pueden formarse por el uso de ultrasonidos. El material básico para la preparación de liposomas son moléculas anfílicas derivadas o basadas en lípidos de membrana biológicos. Para la formación de pequeñas vesículas unilamelares (SUV), la dispersión de lípidos es sondeada suavemente – p. ej. con el dispositivo ultrasónico portátil UP50H (50W, 30kHz), el VialTweeter o el reactor ultrasónico UTR200 – en un baño de hielo. La duración de un tratamiento ultrasónico de este tipo es de aprox. 5 - 15 minutos. Otro método para producir vesículas unilamelares pequeñas es la sonicación de los liposomas de las vesículas multilamelares.
Dinu-Pirvu et al. (2010) reportan la obtención de transferosomas mediante la sónica de MLVs a temperatura ambiente.
Hielscher Ultrasonics ofrece varios dispositivos ultrasónicos, sonotrodos y accesorios para proporcionar el sonicador adecuado en cuanto a potencia.

Encapsulación ultrasónica de agentes en liposomas

Los liposomas actúan como portadores de agentes activos. El ultrasonido es una herramienta eficaz para preparar y formar los liposomas para el atrapamiento de agentes activos. Antes de la encapsulación, los liposomas tienden a formar cúmulos debido a la interacción carga-carga superficial de las cabezas polares de fosfolípidos (Míckova et al. 2008), además deben ser abiertos. A modo de ejemplo, Zhu et al. (2003) describen la encapsulación de polvo de biotina en liposomas por ultrasonido. Como el polvo de biotina se añadió a la solución de suspensión vesicular, la solución ha sido sonada durante aproximadamente 1 hora. Después de este tratamiento, la biotina quedó atrapada en los liposomas.

High power ultrasonicators from Hielscher Ultrasonics enable for targeted liposome preparation, emulsification and dispersing.

Foto. 1: Procesador ultrasónico de 1kW para el procesamiento en línea continuo

Emulsiones de liposomas

Para mejorar el efecto nutritivo de las cremas, lociones, geles y otras formulaciones cosmecéuticas hidratantes o antienvejecimiento, se agregan emulsionantes a las dispersiones liposomáticas para estabilizar mayores cantidades de lípidos. Pero las investigaciones han demostrado que la capacidad de los liposomas es generalmente limitada. Con la adición de emulsionantes, este efecto aparecerá antes y los emulsionantes adicionales causan un debilitamiento de la afinidad de barrera de la fosfatidilcolina. Nanopartículas – compuesto de fosfatidilcolina y lípidos - son la respuesta a este problema. Estas nanopartículas están formadas por una gota de aceite que está cubierta por una monocapa de fosfatidilcolina. El uso de nanopartículas permite formulaciones capaces de absorber más lípidos y permanecer estables, por lo que no se necesitan emulsionantes adicionales.
La ultrasonido es un método probado para la producción de Nanoemulsiones y nanodispersiones. El ultrasonido altamente intensivo suministra la potencia necesaria para dispersar una fase líquida (fase dispersa) en pequeñas gotas en una segunda fase (fase continua). En la zona de dispersión, la implosión cavitación causan ondas de choque intensas en el líquido circundante y dan lugar a la formación de chorros de líquido de alta velocidad. Para estabilizar las gotas recién formadas de la fase dispersa contra la coalescencia, se añaden emulsionantes (sustancias activas de superficie, surfactantes) y estabilizadores a la emulsión. Como la coalescencia de las gotas después de la interrupción influye en la distribución final del tamaño de las gotas, se utilizan emulsionantes estabilizadores eficientes para mantener la distribución final del tamaño de las gotas a un nivel que es igual a la distribución inmediatamente después de la interrupción de las gotas en la zona de dispersión ultrasónica.

Dispersiones liposomales

Las dispersiones liposomales, que se basan en fosfatidilcloro insaturado, carecen de estabilidad frente a la oxidación. La estabilización de la dispersión puede lograrse mediante antioxidantes, como un complejo de vitaminas C y E.
Ortan et al (2002) lograron en su estudio sobre la preparación ultrasónica del aceite esencial de Anethum graveolens en liposomas buenos resultados. Después de la sonicación, la dimensión de los liposomas estaba entre 70-150 nm, y para los MLV entre 230-475 nm; estos valores eran aproximadamente constantes también después de 2 meses, pero ininterrumpidos después de 12 meses, especialmente en la dispersión de los SUV (ver histogramas abajo). La medición de la estabilidad, relativa a la pérdida de aceite esencial y la distribución del tamaño, también mostró que las dispersiones liposomales mantenían el contenido de aceite volátil. Esto sugiere que el atrapamiento del aceite esencial en los liposomas aumentó la estabilidad del aceite.

Long-time stability of ultrasonically prepared multilamellar (MLV) and small unilamellar (SUV) vesicle dispersion.

Fig.1+2: Ortan y otros (2009): Estabilidad de dispersiones de vehículos MLV y SUV después de 1 año. Las formulaciones liposomales se almacenaron a 4±1 ºC.

Los procesadores ultrasónicos de Hielscher son los dispositivos ideales para aplicaciones en la cosmético y la industria farmacéutica. Sistemas compuestos por varios procesadores de ultrasonidos de hasta 16.000 W proporcionan la capacidad necesaria para convertir esta aplicación de laboratorio en un método de producción eficiente para obtener emulsiones finamente dispersas tanto en flujo continuo o como por lotes – logrando resultados comparables a los de los mejores homogeneizadores de alta presión disponibles en la actualidad, como la nueva válvula de orificio. Además de esta alta eficiencia en el continuo emulsiónLos equipos ultrasónicos de Hielscher requieren muy poco mantenimiento y son muy fáciles de manejar y de limpiar. El ultrasonido realmente apoya la limpieza y el enjuague. La potencia ultrasónica es ajustable y se puede adaptar a productos particulares y a las necesidades de emulsificación. También están disponibles reactores de celdas de flujo especiales que cumplen con los requisitos avanzados de CIP (limpieza in situ) y SIP (esterilización in situ).

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Literatura/Referencias

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