Preparación de liposomas por ultrasonidos

Los liposomas producidos por ultrasonidos presentan una eficacia de atrapamiento muy elevada, una gran capacidad de carga y un tamaño esférico uniformemente pequeño. De este modo, los liposomas ultrasónicos ofrecen una biodisponibilidad excelente. Hielscher Ultrasonics ofrece ultrasonicadores para la producción fiable de liposomas de calidad farmacéutica en modo discontinuo y continuo.

Ventajas de la producción ultrasónica de liposomas

La encapsulación ultrasónica de liposomas es una técnica utilizada para encapsular fármacos u otros agentes terapéuticos dentro de liposomas utilizando energía ultrasónica. En comparación con otros métodos de encapsulación de liposomas, la encapsulación ultrasónica presenta varias ventajas que la convierten en la técnica de producción superior.

• Alta carga, alta eficacia de atrapamiento: La producción de liposomas por ultrasonidos es bien conocida por producir liposomas con una alta carga de ingredientes activos, por ejemplo, vitamina C, moléculas de fármacos, etc. Al mismo tiempo, el método de sonicación muestra una alta eficiencia de atrapamiento. Esto significa que un alto porcentaje de la sustancia activa se encapsula mediante ultrasonidos. En conclusión, la ultrasonicación es un método muy eficaz para la producción de liposomas.
• Liposomas uniformemente pequeños: Una de las ventajas de la encapsulación ultrasónica de liposomas es su capacidad para producir liposomas muy uniformes con una distribución de tamaños estrecha. La energía ultrasónica puede utilizarse para dividir liposomas grandes o agregados lipídicos en liposomas más pequeños y uniformes. Así se consigue una mayor uniformidad en el tamaño y la forma de los liposomas, lo que puede ser importante para aplicaciones de administración de fármacos en las que el tamaño de las partículas puede influir en su farmacocinética y eficacia.
• Aplicable a cualquier molécula: Otra ventaja de la encapsulación ultrasónica de liposomas es su capacidad para encapsular una amplia gama de fármacos y otros agentes terapéuticos. Esta técnica permite encapsular fármacos tanto hidrófilos como hidrófobos, lo que puede resultar difícil con otros métodos. Además, la energía ultrasónica puede utilizarse para encapsular macromoléculas y nanopartículas, que pueden ser demasiado grandes para encapsularlas con otros métodos.
• Rápido y fiable: La encapsulación ultrasónica de liposomas es también un proceso relativamente sencillo y rápido. No requiere el uso de productos químicos agresivos ni altas temperaturas, que pueden ser perjudiciales para los agentes terapéuticos encapsulados.
• Ampliación: Además, la técnica puede ampliarse fácilmente para su producción a gran escala, lo que la convierte en una opción rentable para aplicaciones de administración de fármacos.

En resumen, la encapsulación ultrasónica de liposomas es una técnica superior para la encapsulación de liposomas debido a su capacidad para producir liposomas uniformes con una distribución de tamaño estrecha, encapsular una amplia gama de agentes terapéuticos, y a su simplicidad y escalabilidad.

Tras la formación de una película lipídica y la posterior rehidratación, se utiliza la sonicación para favorecer el atrapamiento de los principios activos en el liposoma. Además, la sonicación consigue el tamaño de liposoma deseado.

Preparación ultrasónica de liposomas para productos farmacéuticos y cosméticos

Los liposomas (vesículas a base de lípidos), transferosomas (liposomas ultradeformables), etosomas (vesículas ultradeformables con alto contenido en alcohol) y niosomas (vesículas sintéticas) son vesículas microscópicas que pueden prepararse artificialmente como portadores globulares en los que encapsular moléculas activas. Estas vesículas con diámetros de entre 25 y 5000 nm se utilizan a menudo como portadores de fármacos en la industria farmacéutica y cosmética, como la administración oral o tópica de fármacos, la genoterapia y la inmunización. La ultrasonicación es un método científicamente probado para la producción altamente eficiente de liposomas. Los ultrasonicadores de Hielscher producen liposomas con altas cargas de principios activos y una biodisponibilidad superior.

Liposomas y formulación liposomal

Los liposomas son sistemas vesiculares unilamelares, oligolamelares o multilamelares y están compuestos del mismo material que la membrana celular (bicapa lipídica). En cuanto a su composición y tamaño, los liposomas se diferencian de la siguiente manera:

• vesículas multilamelares (MLV, 0,1-10μm)
• pequeñas vesículas unilamelares (SUV, <100 nm)
• vesículas unilamelares grandes (LUV, 100-500 nm)
• vesículas unilamelares gigantes (GUV, ≥1 μm)

La estructura principal de los liposomas está formada por fosfolípidos. Los fosfolípidos tienen un grupo de cabeza hidrófilo y un grupo de cola hidrófobo, formado por una larga cadena de hidrocarburos.
La membrana de los liposomas tiene una composición muy similar a la de la barrera cutánea, por lo que pueden integrarse fácilmente en la piel humana. Cuando 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 mejoran la penetrabilidad/permeabilidad cutánea de 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 mismo: ácido linoleico y colina.
Los liposomas se utilizan como portadores biocompatibles de fármacos, péptidos, proteínas, ADN plasmático, oligonucleótidos antisentido o ribozimas, con fines farmacéuticos, cosméticos y bioquímicos. La enorme versatilidad en el tamaño de las partículas y en los parámetros físicos de los lípidos ofrece un atractivo potencial para construir vehículos a medida para una amplia gama de aplicaciones. (Ulrich 2002)

Formación ultrasónica de liposomas

Los liposomas pueden formarse mediante el uso de ultrasonidos. El material básico para la preparación de liposomas son moléculas anfílicas derivadas o basadas en lípidos de membranas biológicas. Para la formación de pequeñas vesículas unilamelares (SUV), la dispersión lipídica se sonicará suavemente. – por ejemplo, con el dispositivo ultrasónico portátil UP50H (50W, 30kHz), el VialTweeter o el reactor ultrasónico CupHorn – en un baño de hielo. La duración de dicho tratamiento ultrasónico es de unos 5 - 15 minutos. Otro método para producir pequeñas vesículas unilamelares es la sonicación de los liposomas de vesículas multilamelares.
Dinu-Pirvu et al. (2010) informan de la obtención de transferosomas por sonicación de MLV a temperatura ambiente.
Hielscher Ultrasonics ofrece varios dispositivos ultrasónicos, sonotrodos y accesorios y, por lo tanto, puede proporcionar la configuración ultrasónica más adecuada para una encapsulación de liposomas altamente eficiente a cualquier escala.

Encapsulación ultrasónica de sustancias activas en liposomas

Los liposomas son portadores de principios activos como vitaminas, moléculas terapéuticas, péptidos, etc. El ultrasonido es una herramienta eficaz para preparar y formar liposomas para el atrapamiento de agentes activos. Al mismo tiempo, la sonicación ayuda al proceso de encapsulación y atrapamiento, de modo que se producen liposomas con una elevada carga de principios activos. Antes de la encapsulación, los liposomas tienden a formar agrupaciones debido a la interacción carga-carga superficial de las cabezas polares de los fosfolípidos (cf. Míckova et al. 2008), y además tienen que abrirse. A modo de ejemplo, Zhu et al. (2003) describen la encapsulación de biotina en polvo en liposomas mediante ultrasonidos. Al añadir el polvo de biotina en la solución de suspensión de vesículas, la solución se ha sonicado. Tras este tratamiento, la biotina quedó atrapada en los liposomas.

Emulsiones liposomales con ultrasonidos

Para potenciar el efecto nutritivo de cremas hidratantes o antienvejecimiento, lociones, geles y otras formulaciones cosmecéuticas, se añaden emulsionantes a las dispersiones liposomales para estabilizar mayores cantidades de lípidos. Pero las investigaciones han demostrado que la capacidad de los liposomas suele ser limitada. Con la adición de emulsionantes, este efecto aparecerá antes y los emulsionantes adicionales provocan un debilitamiento de la afinidad de barrera de la fosfatidilcolina. Nanopartículas – compuestas de fosfatidilcolina y lípidos- son la respuesta a este problema. Estas nanopartículas están formadas por una gota de aceite recubierta 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 ultrasonicación es un método probado para la producción de nanoemulsiones y nanodispersiones. Los ultrasonidos de alta intensidad suministran 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 de las burbujas de cavitación provoca intensas ondas de choque en el líquido circundante y da lugar a la formación de chorros de líquido de alta velocidad. Para estabilizar las gotitas recién formadas de la fase dispersa contra la coalescencia, se añaden emulsionantes (sustancias tensioactivas) y estabilizadores a la emulsión. Como la coalescencia de las gotitas después de la disrupción influye en la distribución final del tamaño de las gotitas, se utilizan emulsionantes eficientemente estabilizadores para mantener la distribución final del tamaño de las gotitas a un nivel que sea igual a la distribución inmediatamente después de la disrupción de las gotitas en la zona de dispersión ultrasónica.

Dispersiones liposomales por ultrasonidos

Las dispersiones liposomales, que se basan en la fosfatidilclorina insaturada, carecen de estabilidad frente a la oxidación. La estabilización de la dispersión puede conseguirse mediante antioxidantes, como por ejemplo un complejo de vitaminas C y E.
 

Formación de liposomas mediante el método de evaporación en fase inversa con sonicación

 
Ortan et al. (2002) obtuvieron buenos resultados en su estudio sobre la preparación por ultrasonidos de aceite esencial de Anethum graveolens en liposomas. Después de la sonicación, la dimensión de los liposomas se situó entre 70-150 nm, y para el VLM entre 230-475 nm; estos valores fueron aproximadamente constantes también después de 2 meses, pero disminuyeron después de 12 meses, especialmente en la dispersión VLM (véanse los histogramas a continuación). La medición de la estabilidad, relativa a la pérdida de aceite esencial y a la distribución de tamaños, también mostró que las dispersiones liposomales mantenían el contenido de aceite volátil. Esto sugiere que el atrapamiento del aceite esencial en liposomas aumentó la estabilidad del aceite.

Ortan et al. (2009): Estabilidad de las dispersiones MLV y SUV después de 1 año. Las formulaciones liposomales se almacenaron a 4±1 ºC.

Los procesadores por ultrasonidos Hielscher son los dispositivos ideales para aplicaciones en la industria cosmética y farmacéutica. Los sistemas compuestos por varios procesadores ultrasónicos de hasta 16.000 vatios cada uno, proporcionan la capacidad necesaria para traducir esta aplicación de laboratorio en un método de producción eficiente para obtener emulsiones finamente dispersas en flujo continuo o por lotes. – consiguiendo resultados comparables a los de los mejores homogeneizadores de alta presión disponibles en la actualidad, como las válvulas de orificio. Además de esta alta eficacia en la emulsificación continua, los dispositivos ultrasónicos de Hielscher requieren muy poco mantenimiento y son muy fáciles de manejar y limpiar. De hecho, los ultrasonidos facilitan la limpieza y el aclarado. La potencia ultrasónica es ajustable y puede adaptarse a productos y requisitos de emulsificación particulares. También hay disponibles reactores de celda de flujo especiales que cumplen los requisitos avanzados de CIP (limpieza in situ) y SIP (esterilización in situ).

Preguntas frecuentes sobre los liposomas

¿Qué tipos de liposomas se diferencian?

Los liposomas se clasifican en diferentes tipos en función de su tamaño y del número de bicapas que contienen. Estas categorías incluyen:

• Pequeñas vesículas unilamelares (SUV): Son los liposomas más pequeños con una sola bicapa lipídica.
• Vesículas Unilaminares Grandes (LUV): Más grandes que los SUV, también tienen una sola bicapa.
• Vesículas multilamelares (MLV): Estos contienen múltiples bicapas concéntricas.
• Vesículas multivesiculares (MVV): Se componen de múltiples vesículas más pequeñas dentro de una vesícula más grande.

 
Otros tipos especializados son:

• Liposomas PEGilados: Liposomas modificados con polietilenglicol (PEG) para mejorar la estabilidad y el tiempo de circulación.
• Nanoliposomas: Liposomas muy pequeños, utilizados normalmente para la administración selectiva de fármacos.

¿Qué estructuras vesiculares pueden presentar los liposomas?

Los liposomas se clasifican en siete tipos principales en función de su estructura vesicular:

• Vesículas grandes multilamelares (MLV): Contienen múltiples bicapas.
• Vesículas oligolamelares (OLV): Tener unas cuantas bicapas.
• Pequeñas vesículas unilamelares (SUV): El más pequeño con una sola bicapa.
• Vesículas unilamelares de tamaño medio (MUV): Tamaño intermedio con una sola bicapa.
• Vesículas Unilaminares Grandes (LUV): Más grande con una sola bicapa.
• Vesículas Unilaminares Gigantes (GUV): Muy grande con una sola bicapa.
• Vesículas multivesiculares (MVV): Varias vesículas dentro de una única vesícula grande.

¿Qué diferencias hay entre los liposomas y los niosomas?

Los liposomas y los niosomas difieren principalmente en su composición:
Liposomas: Formado por fosfolípidos de doble cadena, que pueden ser neutros o cargados.
Niosomas: A base de tensioactivos monocadena no cargados y colesterol.
Ambas estructuras se forman mediante sonicación, que favorece el ensamblaje de las vesículas bicapa.

¿Cuál es el tamaño ideal de un liposoma?

Para la administración terapéutica, el tamaño ideal de un liposoma se sitúa teóricamente entre 50 y 200 nanómetros de diámetro. Este rango de tamaño optimiza la estabilidad y la biodisponibilidad. La sonicación se utiliza habitualmente para reducir la vesícula al tamaño deseado.

¿Pueden los liposomas transportar fármacos hidrófilos?

Sí, los liposomas pueden transportar fármacos hidrofílicos. Se valoran en aplicaciones biomédicas por su capacidad para encapsular agentes tanto hidrófobos como hidrófilos. Además, ofrecen una gran biocompatibilidad y biodegradabilidad, lo que los convierte en sistemas de administración eficaces.

¿Cómo fabricar liposomas?

Las técnicas más comunes de preparación de liposomas son el método de película fina y el método de evaporación en fase inversa.
Método de hidratación de película fina:

1. Disolver los lípidos en un disolvente orgánico.
2. Evaporar el disolvente para formar una fina película lipídica.
3. Hidratar la película con una solución acuosa mediante sonicación para formar vesículas multilamelares.

Método de evaporación en fase inversa:

1. Disolver los lípidos en agua y etanol.
2. Sonicar la solución a 60°C durante unos 10 minutos para crear una pasta lipídica.
3. Enfriar la suspensión lipídica y añadir agua o tampón gota a gota mientras se agita.
4. Hidratar la suspensión durante 1 hora para formar vesículas multilamelares.
5. Reducir el tamaño del liposoma mediante sonicación adicional.

¿Qué son los arqueosomas?

Los arqueosomas son liposomas fabricados a partir de lípidos de arqueas, conocidos por su estabilidad y resistencia a condiciones extremas. Estas propiedades hacen que los arqueosomas sean especialmente útiles para la administración de fármacos y el desarrollo de vacunas en entornos difíciles.

¿Cómo se preparan los arqueosomas?

Procedimiento de sonicación según Pise (2022): Los arqueosomas pueden fabricarse a partir de la fracción lipídica polar “PLF” de Sulfolobussolfataricus por sonicación a 60°C sin necesidad de reposición externa de lípidos. A 0°C, los lípidos polares de Sulfolobusacidocaldarius se sonicaron eficazmente para formar arqueosomas. Mediante técnicas de sonicación se fabricaron arqueosomas cargados con BMD y liposomas convencionales, así como lípidos arqueales aislados de la arquea H. salinarum y enriquecidos con fosfatidilcolina. Las vesículas sonicadas se crearon para la administración tópica sonicando dispersiones de MLV al 80 por ciento de amplitud durante 4 minutos utilizando un sonicador tipo sonda Hielscher UP50H (véase la imagen de la izquierda).

Literatura/Referencias