مولکول‌های زیست‌فعال کپسوله‌شده در لیپوزوم با فراصوت
فراصوت‌دهی به‌عنوان روشی بسیار کارآمد برای تهیهٔ فرمولاسیون‌های لیپوزومی شناخته می‌شود. در فرمولاسیون‌های متداول لیپوزومی، ویتامین C، CBD، کورکومین، کوئرکیتین، آستاگزانتین، پپتیدها و بسیاری از ترکیبات زیست‌فعال دیگر با استفاده از فراصوت‌دهی کپسوله می‌شوند. کپسوله‌سازی لیپوزومی با فراصوت، روشی ساده، سریع و مؤثر است که تولید وزیکول‌های پایدار با بارگذاری بالا را امکان‌پذیر می‌کند. مواد مغذی کپسوله‌شده با فراصوت به‌دلیل فراهمی زیستی برتر متمایز هستند.
مروری کلی: کپسوله‌سازی لیپوزومی ترکیبات زیست‌فعال با استفاده از فراصوت‌دهی
کپسوله‌سازی فراصوتی روشی بسیار کارآمد و کنترل‌پذیر برای وارد کردن ترکیبات زیست‌فعال به لیپوزوم‌ها ارائه می‌دهد و پایداری، فراهمی زیستی و عملکرد آن‌ها را بهبود می‌بخشد. کاویتاسیون آکوستیکی ناشی از فراصوت با شدت بالا، آب‌پوشی سریع لیپیدها، کاهش اندازهٔ وزیکول‌ها و پراکنش یکنواخت را تسهیل می‌کند و تشکیل لیپوزوم‌های کوچک و همگن با توزیع اندازهٔ باریک را امکان‌پذیر می‌سازد. این روش دستیابی به بازده بالای کپسوله‌سازی را برای ترکیبات آب‌دوست و چربی‌دوست تسهیل می‌کند و در عین حال نیاز به حلال‌های آلی یا شرایط شدید فرآوری را به حداقل می‌رساند. افزون بر این، فرآوری فراصوتی امکان کنترل دقیق اندازهٔ ذرات و تعداد لایه‌ها را فراهم می‌کند؛ این پارامترها برای بهینه‌سازی رهایش کنترل‌شده، جذب سلولی و پایداری بلندمدت مواد زیست‌فعال حساس در کاربردهای دارویی، مکمل‌های تغذیه‌ای و محصولات آرایشی حیاتی هستند.
لیپوزوم‌ها چیستند و چه مزایایی دارند؟
لیپوزوم‌ها وزیکول‌هایی متشکل از یک هستهٔ آبی هستند که درون یک یا چند دولایهٔ فسفولیپیدی محصور شده است. از آنجا که لیپوزوم‌ها هسته‌ای آبی دارند که با یک لایهٔ لیپیدی و پوستهٔ بیرونی آب‌دوست احاطه شده است، در آب محلول‌اند و می‌توانند ترکیبات محلول در آب و محلول در چربی را در بخش‌های متناظر وزیکول حمل کنند. این ویژگی، لیپوزوم‌ها را به سامانه‌ای بسیار مؤثر برای رسانش مولکول‌های دارای فعالیت درمانی تبدیل می‌کند. لیپوزوم‌ها با تخریب غشاهای زیستی تشکیل می‌شوند؛ فراصوت‌دهی این فرایند را تسهیل و تشدید می‌کند. 
لیپوزوم‌ها اغلب از فسفولیپیدها، به‌ویژه فسفاتیدیل‌کولین، تشکیل می‌شوند؛ با این حال، ممکن است لیپیدهای دیگری مانند فسفاتیدیل‌اتانول‌آمین تخم‌مرغ را نیز در بر گیرند، به‌شرط آنکه با ساختار دولایهٔ لیپیدی سازگار باشند. هنگام آب‌پوشی فسفولیپیدها، لیپوزوم‌ها به‌صورت خودبه‌خودی تشکیل می‌شوند. در گام نخست – مرحلهٔ آب‌پوشی – از فراصوت‌دهی برای نانوامولسیون‌سازی لیپیدها و فاز آبی استفاده می‌شود تا تشکیل وزیکول‌های چندلایه با بارگذاری بالا (MLVs) تسهیل شود. سپس، در صورت نیاز می‌توان از فراصوت‌دهی برای کاهش اندازهٔ لیپوزوم‌ها استفاده کرد. برای دستیابی به وزیکول‌های کوچک‌تر، فراصوت‌دهی برای پراکنده‌سازی و کاهش اندازهٔ لیپوزوم‌ها تا رسیدن به وزیکول‌های بزرگ تک‌لایهٔ تک‌پراکنش (LUVs) یا وزیکول‌های کوچک تک‌لایه (SUVs) به کار می‌رود.
روش فراصوتی تشکیل لیپوزوم و کاهش اندازهٔ آن، قابل‌اعتماد، سریع، کارآمد، آسان و ایمن است. لیپوزوم‌های تولیدشده دارای بار بالایی از مواد زیست‌فعال، پایداری بالا و فراهمی زیستی برتر هستند.
UP400St، یک هموژنایزر فراصوتی قدرتمند با توان 400 وات، برای تولید نانولیپوزوم‌ها.
چرا حمام‌های شست‌وشوی فراصوتی قادر به تولید لیپوزوم‌های باکیفیت نیستند؟
تولید لیپوزوم‌ها به دستگاه فراصوتی‌ای نیاز دارد که بتواند انرژی کافی برای ایجاد ذرات یکنواخت در ابعاد نانو را منتقل کند. لیپوزوم‌های خانگی تهیه‌شده با دستگاه شست‌وشوی فراصوتی جواهرات معمولاً بی‌اثر هستند، زیرا لیپوزوم‌های حاصل نه اندازهٔ نانومتری لازم را دارند و نه مواد مغذی زیست‌فعال را به‌طور مؤثر و با پایداری بلندمدت کپسوله می‌کنند. برای تهیهٔ لیپوزوم‌های باکیفیت، سونیکاتور پروبی فناوری ترجیحی است، زیرا پروب (سونوتْرود) می‌تواند انرژی آکوستیکی شدید موردنیاز برای تشکیل لیپوزوم‌های مؤثر با بارگذاری بالا را به محیط منتقل کند. به‌طور کلی، لیپوزوم‌های تولیدشده با پروب فراصوتی دارای توزیع اندازهٔ ذرات در محدودهٔ 100–500nm هستند که برای بارگذاری بالا و فراهمی زیستی برتر بهینه است.
استفاده از راکتور سلول جریان فراصوتی امکان تهیهٔ لیپوزوم‌ها را در محیطی عاری از اکسیژن فراهم می‌کند تا از تخریب اکسایشی جلوگیری شود.
سونیکاتورهای پروبی انرژی موردنیاز برای تولید لیپوزوم‌های باکیفیت با ویژگی‌های زیر را تأمین می‌کنند:
- بارگذاری بالای ترکیبات زیست‌فعال
- اندازهٔ نانومتری
- پایداری بلندمدت
- تک‌پراکنش
- دارای فراهمی زیستی
- زیست‌سازگار
- تکرارپذیر
پس از تشکیل فیلم لیپیدی و آب‌پوشی مجدد آن، از فراصوت‌دهی برای تسهیل به‌دام‌اندازی مواد مؤثره در لیپوزوم‌ها استفاده می‌شود. افزون بر این، فراصوت‌دهی اندازهٔ مطلوب لیپوزوم را فراهم می‌کند.
مولکول‌های کپسوله‌شده در لیپوزوم با فراصوت
فهرست زیر نشان می‌دهد کدام مواد تاکنون با استفاده از روش تهیهٔ فراصوتی، با موفقیت در فرمولاسیون‌های لیپوزومی کپسوله شده‌اند.
- آنتی‌اکسیدان‌هایی مانند گلوتاتیون، ویتامین C، ویتامین‌های B متیله‌شده، رسوراترول، CoQ10 و غیره
- ترکیبات فنولی: فلاونوئیدهایی مانند فیستین، کوئرکیتین، پروآنتوسیانیدین‌های الیگومری (OPC)؛ ساپونین‌هایی مانند آسترالگالوزید؛ آلکالوئیدها
- مواد معدنی مانند کلات‌های منیزیم (برای مثال، منیزیم ترئونات، منیزیم اوروتات)، روی، مس و غیره
- ترپن‌هایی مانند آستاگزانتین، لیمونن، پینن، هومولن، لینالول، بتا-کاریوفیلن، فیتول، ژرانیول، ترپینولن و غیره
- لیپیدهایی مانند اسیدهای چرب امگا-3، EPA و DHA؛ دی‌پالمیتوئیل‌فسفاتیدیل‌کولین (DPPC) و غیره
- اسیدهای آمینه مانند کراتین، گلیسین، 5-HTP (5-هیدروکسی‌تریپتوفان)، فنیل‌آلانین، L-تئانین، GABA (گاما-آمینوبوتیریک اسید)، تائورین، N-استیل‌سیستئین (NAC)، L-تیروزین و غیره
- پپتیدها، برای مثال اکسی‌توسین، کلاژن، پپتیدهای GLP-1 و غیره.
- پلی‌ساکاریدهایی مانند هیالورونیک اسید، پلی‌ساکاریدهای قارچ و غیره
- کانابینوئیدهایی مانند CBD، CBG، THC
- نوتروپیک‌ها، داروهای هوشمند و تقویت‌کننده‌های شناختی که می‌توانند شامل مواد یادشده و نیز مولکول‌های دیگر باشند
فرمولاسیون لیپوزومی مولکول‌های زیست‌فعال که با فناوری نانو بهبود یافته است، نرخ جذب بالاتر و فراهمی زیستی برتری ارائه می‌دهد و ممکن است عبور مواد از سد خونی‌مغزی را امکان‌پذیر کند.
سامانه‌های جایگزین دارورسانی مبتنی بر لیپید شامل نانوامولسیون‌ها و حامل‌های کلوئیدی مبتنی بر لیپید، مانند نانوذرات لیپیدی جامد (SLN) و حامل‌های لیپیدی نانوساختار (NLC)، هستند. همهٔ این موارد، یعنی نانوامولسیون‌ها، SLNs و NLCs، را می‌توان با فراصوت‌دهی به‌طور قابل‌اعتماد تشکیل داد و بارگذاری کرد.
دربارهٔ Aloe Vera استخراج‌شده با فراصوت و کپسوله‌شده در مقیاس نانو بیشتر بخوانید!
هموژنایزر فراصوتی UIP2000hdT (2kW) همراه با راکتور ناپیوسته با هم‌زدن مداوم
روش دلخواه خود را برای تشکیل لیپوزوم انتخاب کنید
فراصوت‌دهی در روش‌های گوناگون تهیه و فرآوری لیپوزوم کاربرد گسترده‌ای دارد، زیرا هم به تشکیل لیپوزوم و هم به کنترل پس از فرآوری کمک می‌کند. می‌توان هنگام تشکیل مستقیم لیپوزوم، از آن برای پراکنده‌سازی لسیتین (فسفولیپیدها) در یک فاز آبی استفاده کرد تا تشکیل سریع وزیکول‌ها تسهیل شود. همچنین در روش‌های رایجی مانند تبخیر فاز معکوس و آب‌پوشی فیلم نازک، برای بهبود پراکنش لیپیدها و تسریع تشکیل وزیکول‌ها به کار می‌رود. فراتر از تهیهٔ اولیه، فراصوت‌دهی اغلب برای بارگذاری لیپوزوم‌های ازپیش‌تشکیل‌شده (خالی) از طریق ایجاد منافذ با فراصوت به کار می‌رود و ورود کارآمد ترکیبات زیست‌فعال را امکان‌پذیر می‌سازد. این روش همچنین ابزاری استاندارد برای کاهش اندازهٔ لیپوزوم است که با تولید وزیکول‌های کوچک‌تر و یکنواخت‌تر با توزیع اندازهٔ باریک‌تر، پایداری و عملکرد رسانش را بهبود می‌بخشد.
دربارهٔ روش‌های مختلف تولید لیپوزوم به کمک فراصوت بیشتر بدانید:
- تشکیل فراصوتی لیپوزوم‌ها با استفاده از لسیتین
- روش تبخیر فاز معکوس با فراصوت
- آب‌پوشی فیلم نازک با فراصوت
عوامل مؤثر بر کیفیت لیپوزوم
کیفیت لیپوزوم با یکنواختی اندازهٔ ذرات و تعداد لایه‌ها، بازده به‌دام‌اندازی (%EE) / میزان بارگذاری کپسوله‌شده و پایداری تعیین می‌شود. روش تهیه، شرایط فرآوری، مواد اولیه و نگهداری از عوامل مهم مؤثر بر کیفیت و در نتیجه قدرت اثر فرمولاسیون‌های لیپوزومی هستند. تصویر SEM سمت چپ، لیپوزوم‌های حاوی اسیدهای چرب DHA و EPA را نشان می‌دهد که با استفاده از سونیکاتور UP200S ساخت Hielscher به روش فراصوتی تهیه شده‌اند (مطالعه و تصویر: Hadian et al. 2014).
تهیهٔ فراصوتی لیپوزوم‌ها روشی قابل‌اعتماد است که ذرات لیپوزومی کوچک و یکنواخت با بارگذاری بالای مولکول‌های زیست‌فعال تولید می‌کند. پارامترهای فرایند فراصوتی (مانند دامنه، انرژی کل، زمان، پالس‌دهی، دما و فشار) با دقت قابل تنظیم هستند. به‌عنوان یک روش فرآوری غیرحرارتی، اصل عملکرد فراصوت‌دهی بر برش کاملاً مکانیکی استوار است. افزایش دمای مایع تحت فراصوت‌دهی با قانون دوم ترمودینامیک توضیح داده می‌شود که بیان می‌کند هر انرژی اعمال‌شده در نهایت به گرما تبدیل می‌شود. برای حفظ دمای پایین و ثابت محیط لیپوزومی، Hielscher Ultrasonics راهکارهای پیشرفتهٔ خنک‌کاری، مانند حمام‌های یخ و نیز راکتورها و سلول‌های جریان مجهز به ژاکت خنک‌کننده، ارائه می‌دهد. نتایج تولید فراصوتی لیپوزوم تکرارپذیر هستند؛ این ویژگی برای داشتن فرایندی استاندارد و کیفیت همواره بالای محصول اهمیت دارد.
فسفولیپیدهای باکیفیت با درصد بالای فسفاتیدیل‌کولین و فسفاتیدیل‌اتانول‌آمین، پوستهٔ لیپوزومی پایداری ایجاد می‌کنند که از نشت مواد مغذی جلوگیری می‌کند. پوستهٔ فسفولیپیدی مستحکم همچنین از مواد مغذی کپسوله‌شده در برابر تخریب اکسایشی و حرارتی محافظت می‌کند. بنابراین، نسبت متعادل فسفولیپیدها به فاز آبی و به مواد مغذی کپسوله‌شده (مولکول‌های زیست‌فعال) ضروری است.
- بازده بالای کپسوله‌سازی / به‌دام‌اندازی (%EE)
- فراهمی زیستی بالا
- سریع و کارآمد
- پایداری بلندمدت
- برای صنایع غذایی و دارویی
- ایمن و آسان برای استفاده
سونیکاتورهای پربازده برای تولید لیپوزوم
سامانه‌های Hielscher Ultrasonics دستگاه‌هایی قابل‌اعتماد هستند که در تولید دارو و مکمل برای فرمولاسیون لیپوزوم‌های باکیفیت حاوی ویتامین‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها، فلاونوئیدها، پپتیدها، پلی‌فنول‌ها و دیگر ترکیبات زیست‌فعال / مواد مغذی به کار می‌روند. Hielscher برای پاسخ‌گویی به نیازهای مشتریان خود، طیفی از سونیکاتورها را ارائه می‌دهد؛ از هموژنایزر آزمایشگاهی جمع‌وجور قابل نگه‌داشتن در دست و سونیکاتورهای رومیزی تا سامانه‌های فراصوتی کاملاً صنعتی برای تولید فرمولاسیون‌های لیپوزومی در حجم بالا. فرمولاسیون فراصوتی لیپوزوم را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یا به‌صورت فرایند پیوستهٔ درون‌خطی با استفاده از راکتور فراصوتی جریان‌گذر اجرا کرد. طیف گسترده‌ای از سونوتْرودهای فراصوتی (پروب‌ها) و مخازن راکتور در دسترس است تا پیکربندی بهینه برای تولید لیپوزوم شما فراهم شود. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher، کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند.
کنترل دقیق همهٔ پارامترهای مهم فرایند، مانند دامنه، فشار، دما و زمان فراصوت‌دهی، فرایند فراصوتی را قابل‌اعتماد و تکرارپذیر می‌کند. Hielscher Ultrasonics از اهمیت کیفیت همواره بالای محصول آگاه است و با نرم‌افزار هوشمند و ثبت خودکار داده‌ها، به تولیدکنندگان مکمل‌ها و محصولات درمانی در اجرای استانداردسازی فرایند و GMP (اصول صحیح تولید) کمک می‌کند. هموژنایزرهای فراصوتی دیجیتال ما همهٔ پارامترهای فرایند فراصوتی را به‌طور خودکار روی یک کارت SD تعبیه‌شده در دستگاه ثبت می‌کنند. نمایشگرهای لمسی دیجیتال و کنترل از راه دور مبتنی بر مرورگر، پایش پیوستهٔ فرایند را ممکن می‌سازند و امکان تنظیم دقیق پارامترهای فرایند را در هر زمان موردنیاز فراهم می‌کنند. این قابلیت، پایش فرایند و کنترل کیفیت را به‌طور چشمگیری تسهیل می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فرآوری سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع علمی / مراجع
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- Martina Asprea; Francesca Tatini; Vieri Piazzini; Francesca Rossi; Maria Camilla Bergonzi; Anna Rita Bilia (2019): Stable, Monodisperse, and Highly Cell-Permeating Nanocochleates from Natural Soy Lecithin Liposomes. Pharmaceutics 11(1):34, 2019.
- Liangfang Zhang; Steve Granick (2006): How to Stabilize Phospholipid Liposomes (Using Nanoparticles). Nano Letters. 2006 April, 6(4):694-8.
- Vassiliki Exarchou; Nikolaos Nenadis; Maria Tsimidou; Dimitrios Boskou (2002): Antioxidant Activities and Phenolic Composition of Extracts from Greek Oregano, Greek Sage, and Summer Savory. Journal of Agricultural and Food Chemistry 50(19). Oct. 2002. 5294-9.
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal and Surinder Kumar Mehta (2015): Energy efficient, facile and cost effective methodology for formation of an inclusion complex of resveratrol with hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.