تشکیل لیپوزوم با فراصوت: روش‌شناسی و مزایا
، Kathrin Hielscher، منتشرشده در اخبار Hielscher
لیپوزوم‌ها وزیکول‌های کروی متشکل از دولایه‌های لیپیدی هستند که به‌دلیل زیست‌سازگاری و توانایی کپسوله‌سازی مواد آب‌دوست و آب‌گریز، کاربرد گسترده‌ای در دارورسانی، محصولات آرایشی و صنایع غذایی دارند. استفاده از فراصوت با شدت بالا برای تشکیل لیپوزوم، یکی از رایج‌ترین روش‌های کپسوله‌سازی لیپوزومی است. فراصوت‌دهی به کارایی، مقیاس‌پذیری و توانایی تولید لیپوزوم‌هایی با اندازهٔ کنترل‌شده و بازده بالای کپسوله‌سازی شناخته می‌شود و در مقایسه با روش‌های جایگزین تولید لیپوزوم، مزایای متعدد دیگری نیز دارد. این مقاله شما را با روش‌شناسی تشکیل لیپوزوم با فراصوت، مزایای آن و کاربردهای متنوعش در مکمل‌ها، داروها، فرآورده‌های درمانی و غذاهای فراسودمند آشنا می‌کند.
فراصوت‌دهی برای تشکیل لیپوزوم
سونیکاتورهای پروبی ابزاری ضروری برای تولید لیپوزوم‌های بارگذاری‌شده با مواد مؤثره هستند. در اینجا، مقدمه‌ای بر چگونگی تشکیل و بارگذاری لیپوزوم‌ها با استفاده از روش به‌کمک فراصوت ارائه می‌کنیم.
- تهیهٔ محلول لیپیدی:
فرایند با تهیهٔ یک محلول لیپیدی آغاز می‌شود. لیپیدهای رایج مورد استفاده شامل فسفاتیدیل‌کولین، کلسترول و سایر فسفولیپیدها هستند. این لیپیدها در یک حلال آلی مانند کلروفرم یا اتانول حل می‌شوند. - تشکیل فیلم لیپیدی:
سپس محلول لیپیدی با استفاده از تبخیرکنندهٔ چرخان در فشار کاهش‌یافته (خلأ) تبخیر می‌شود تا فیلم لیپیدی نازکی روی دیواره‌های بالن ته‌گرد تشکیل شود. این مرحله حذف حلال‌های آلی را تضمین می‌کند و یک فیلم لیپیدی خشک بر جای می‌گذارد. - آب‌پوشی فیلم لیپیدی:
فیلم لیپیدی خشک‌شده با یک محلول آبی آب‌پوشی می‌شود که ممکن است حاوی مادهٔ مؤثره‌ای باشد که قرار است کپسوله شود. این مرحله به تشکیل وزیکول‌های چندلایه (MLVs) منجر می‌شود. فرایند آب‌پوشی معمولاً شامل اختلاط گردابی یا هم‌زدن ملایم در دمایی بالاتر از دمای گذار لیپید است. - فراصوت‌دهی:
سپس MLVs با استفاده از یک سونیکاتور پروبی در معرض فراصوت قرار می‌گیرند. امواج فراصوت کاویتاسیون ایجاد می‌کنند و ریزحباب‌هایی به وجود می‌آورند که با فروپاشی، نیروهای برشی تولید می‌کنند. این فرایند موجب منفذزایی فراصوتی می‌شود تا لیپوزوم‌ها به‌طور کارآمد بارگذاری شوند و بازده بالایی در به‌دام‌اندازی (EE%) حاصل شود. افزایش نفوذپذیری ناشی از منفذزایی فراصوتی، انتشار مواد کپسوله‌شونده به درون لیپوزوم‌ها را تسهیل می‌کند. پس از توقف فرایند فراصوت‌دهی، دولایه‌های لیپیدی به‌سرعت دوباره آرایش می‌یابند و مواد کپسوله‌شده را درون خود به دام می‌اندازند.
علاوه بر این، فراصوت‌دهی MLVs را به وزیکول‌های تک‌لایهٔ کوچک‌تر (ULVs) یا وزیکول‌های تک‌لایهٔ کوچک (SUVs) تبدیل می‌کند که اندازهٔ آن‌ها معمولاً در محدودهٔ 20 تا 200 nm است. پارامترهایی مانند زمان فراصوت‌دهی، توان و دما برای دستیابی به اندازهٔ مطلوب لیپوزوم و بازده مطلوب کپسوله‌سازی بهینه می‌شوند. - خالص‌سازی و مشخصه‌یابی:
پس از فراصوت‌دهی، سوسپانسیون لیپوزومی اغلب صاف یا سانتریفیوژ می‌شود تا مواد کپسوله‌نشده و وزیکول‌های بزرگ‌تر حذف شوند. لیپوزوم‌های حاصل با روش‌هایی مانند پراکندگی نور پویا (DLS) برای توزیع اندازه، تحلیل پتانسیل زتا برای بار سطحی و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) برای ریخت‌شناسی مشخصه‌یابی می‌شوند.
پس از تشکیل فیلم لیپیدی و آب‌پوشی مجدد آن، از فراصوت‌دهی برای تسهیل به‌دام‌اندازی مواد مؤثره در لیپوزوم استفاده می‌شود. علاوه بر این، فراصوت‌دهی اندازهٔ مطلوب لیپوزوم را حاصل می‌کند.
سونیکاتور پروبی UP400St برای کپسوله‌سازی لیپوزومی با فراصوت.
اثبات‌شده از نظر علمی
سونیکاتورهای پروبی به‌سرعت به‌عنوان روشی قابل‌اعتماد برای تهیهٔ لیپوزوم پذیرفته شدند و امروزه به‌طور گسترده برای تولید لیپوزوم در پژوهش و تولید تجاری به کار می‌روند. کارایی و قابلیت اعتماد تشکیل لیپوزوم با فراصوت و بارگذاری لیپوزوم‌ها با مواد مؤثره، در مطالعات پژوهشی برای فرمولاسیون‌های متعددی نشان داده شده است. در ادامه، دو مرور کوتاه بر کپسوله‌سازی لیپوزومی با استفاده از فراصوت‌دهی پروبی ارائه می‌شود.
Hadian et al. (2014) کارایی فراصوت‌دهی را در کپسوله‌سازی اسیدهای چرب امگا-3 حاصل از روغن ماهی (DHA و EPA) در لیپوزوم‌ها بررسی کردند. آن‌ها برای ارزیابی بازده و کیفیت به‌دام‌اندازی، روش تهیهٔ لیپوزوم با فراصوت را با اکستروژن لیپوزوم مقایسه کردند. پژوهشگران با استفاده از سونیکاتور پروبی UP200S ساخت Hielscher دریافتند که فراصوت‌دهی پروبی «لیپوزوم‌های ازپیش‌تشکیل‌شده، بارگذاری قابل‌توجه DHA و EPA در غشای نانولیپوزومی را تسهیل می‌کند. روش فراصوت‌دهی پروبی عملکرد بهتری نسبت به سایر روش‌ها داشت.» لیپوزوم‌های تهیه‌شده با فراصوت‌دهی پروبی کروی‌شکل بودند و یکپارچگی ساختاری بالایی را حفظ می‌کنند.
Paini et al. (2015) روشی ساده اما بسیار کارآمد با استفاده از فراصوت‌دهی توسعه دادند تا لیپوزوم‌های بارگذاری‌شده با آپیژنین را با لسیتین کلزا با درجهٔ غذایی، در محیط آبی و بدون استفاده از هیچ حلال آلی تهیه کنند. با استفاده از سونیکاتور پروبی 400 وات مدل UP400S (Hielscher Ultrasonics)، بازده کپسوله‌سازی بیش از 92% حاصل شد. اندازهٔ لیپوزوم را می‌توان با تنظیم دامنهٔ فراصوت‌دهی و زمان فرایند به‌دقت کنترل کرد. تحلیل‌ها نشان دادند که ساختارهای آپیژنین لیپوزومی پتانسیل زتای بالا و شاخص چندپراکندگی مطلوبی داشتند و پس از فرایند کپسوله‌سازی پایدار ماندند.
مزایای کپسوله‌سازی لیپوزومی با فراصوت
روش‌های تهیهٔ لیپوزوم بسیار متنوع‌اند و هرکدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. تهیهٔ لیپوزوم با فراصوت به دلایل متعددی متمایز است: بازده بسیار بالای به‌دام‌اندازی (EE%)، کنترل عالی بر اندازهٔ لیپوزوم، قابلیت اعتماد در دستیابی به نتایج تکرارپذیر و همچنین مقیاس‌پذیری خطی برای حجم‌های بزرگ‌تر.
- افزایش بازده کپسوله‌سازی:
فراصوت‌دهی بازده بالایی در کپسوله‌سازی ترکیبات آب‌دوست و آب‌گریز فراهم می‌کند. نیروهای برشی شدید و کاویتاسیون، توزیع یکنواخت مادهٔ کپسوله‌شونده را در دولایهٔ لیپوزومی یا هستهٔ آبی تسهیل می‌کنند. - توزیع اندازهٔ کنترل‌شده:
امکان کنترل دقیق پارامترهای فراصوت‌دهی، تولید لیپوزوم‌هایی با توزیع اندازهٔ باریک را میسر می‌کند که برای دارورسانی و فراهمی زیستی یکنواخت ضروری است. - مقیاس‌پذیری و تکرارپذیری:
تشکیل لیپوزوم با فراصوت مقیاس‌پذیری بالایی دارد و ازاین‌رو برای تولید در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی مناسب است. تکرارپذیری فرایند، کیفیت یکنواخت را در بچ‌های مختلف تولید تضمین می‌کند. - حداقل استفاده از حلال‌های آلی:
فراصوت‌دهی در مقایسه با سایر روش‌های تهیهٔ لیپوزوم، به حلال‌های آلی به‌مراتب کمتری نیاز دارد و در نتیجه سمیت احتمالی و اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد. - تنوع کاربرد:
این روش کاربردهای متنوعی دارد و با طیف گسترده‌ای از لیپیدها و مواد کپسوله‌شونده سازگار است؛ در نتیجه، دامنهٔ کاربرد آن در صنایع مختلف گسترش می‌یابد.
سلول جریان شیشه‌ای فراصوتی برای کپسوله‌سازی لیپوزومی مواد زیست‌فعال
کاربردها در مکمل‌ها، داروها، فرآورده‌های درمانی و غذاهای فراسودمند
سونیکاتورهای Hielscher در پژوهش و تولید تجاری برای تولید لیپوزوم‌هایی با کیفیت غذایی و دارویی به کار می‌روند. لیپوزوم‌های تولیدشده با فراصوت، فراهمی زیستی بالایی دارند، می‌توانند مقادیر زیادی از مواد مؤثره را حمل کنند و از بازده بالای کپسوله‌سازی (EE%) و پایداری برخوردارند. افزون بر این، فراصوت‌دهی به توزیع اندازهٔ یکنواخت منجر می‌شود. لیپوزوم‌های فرموله‌شده با فراصوت، با برآورده کردن همهٔ این معیارهای کیفی، حامل‌هایی ایدئال برای مواد مؤثرهٔ دارویی (APIs) و ترکیبات فیتوشیمیایی در داروها، فرآورده‌های درمانی، مکمل‌های غذایی، غذاهای فراسودمند و حتی محصولات آرایشی هستند.
- مکمل‌ها:
کپسوله‌سازی لیپوزومی با فراصوت برای افزایش فراهمی زیستی مکمل‌های غذایی و فرآورده‌های تغذیه‌ای‌درمانی به کار می‌رود. ویتامین‌ها، مواد معدنی و عصاره‌های گیاهی کپسوله‌شده در لیپوزوم‌ها، جذب و پایداری بهتری نشان می‌دهند که به اثربخشی بیشتر منجر می‌شود. برای نمونه، مکمل‌های لیپوزومی ویتامین C و کورکومین به‌دلیل مزایای درمانی بیشترشان محبوب هستند. - داروها:
در صنعت داروسازی، لیپوزوم‌ها به‌عنوان حامل‌های دارورسانی عمل می‌کنند و حلالیت، پایداری و هدف‌گیری داروها را بهبود می‌بخشند. فرمولاسیون‌های لیپوزومی تهیه‌شده با فراصوت برای رسانش عوامل شیمی‌درمانی، آنتی‌بیوتیک‌ها و واکسن‌ها به کار می‌روند. برای مثال، دوکسوروبیسین لیپوزومی سمیت قلبی مرتبط با درمان متداول با دوکسوروبیسین را کاهش می‌دهد. - فرآورده‌های درمانی:
فرآورده‌های درمانی با دستیابی به رهایش کنترل‌شده و رسانش هدفمند، از کپسوله‌سازی لیپوزومی بهره می‌برند. لیپوزوم‌ها می‌توانند از سدهای زیستی، مانند سد خونی‌مغزی، عبور کنند و رساندن داروها به بافت‌ها یا سلول‌های مشخص را امکان‌پذیر سازند. نانولیپوزوم‌های تولیدشده با فراصوت فراهمی زیستی بسیار بالایی دارند، زیرا اندازهٔ نانومتری آن‌ها امکان ورود به بافت‌ها و سلول‌های هدف را فراهم می‌کند. این ویژگی به‌ویژه در درمان اختلالات عصبی و سرطان‌ها سودمند است. - غذاهای فراسودمند:
در صنعت غذاهای فراسودمند، لیپوزوم‌ها رسانش ترکیبات زیست‌فعال مانند اسیدهای چرب امگا-3، پروبیوتیک‌ها و آنتی‌اکسیدان‌ها را بهبود می‌بخشند. این مواد زیست‌فعال کپسوله‌شده، پایداری و فراهمی زیستی بهتری نشان می‌دهند و به بهبود پیامدهای سلامت کمک می‌کنند. برای مثال، کپسوله‌سازی لیپوزومی پلی‌فنول‌ها در نوشیدنی‌ها به‌کمک فراصوت، به حفظ خواص آنتی‌اکسیدانی آن‌ها کمک می‌کند. - محصولات آرایشی:
فرمولاسیون‌های آرایشی که فرآورده‌های آرایشی‌درمانی نیز نامیده می‌شوند، از روش کپسوله‌سازی لیپوزومی بهره می‌برند، زیرا لیپوزوم‌ها بازده کپسوله‌سازی مواد ضدپیری مانند آنتی‌اکسیدان‌ها را افزایش می‌دهند و محافظت بهتری در برابر تنش اکسیداتیو فراهم می‌کنند. ساختار دولایه، ترکیبات حساس را در برابر عوامل محیطی مانند تابش UV و آلودگی که می‌توانند آنتی‌اکسیدان‌ها را تخریب کنند، محافظت می‌کند. عملکرد بهتر لیپوزوم‌های فراصوت‌دهی‌شده در کپسوله‌سازی، گنجاندن پایدار ترکیبات فرّار و حساس را امکان‌پذیر می‌کند؛ ترکیباتی که در غیر این صورت رسانش مؤثر آن‌ها دشوار است.
تشکیل لیپوزوم با فراصوت روشی مطمئن و چندمنظوره است که مزایای چشمگیری از نظر بازده کپسوله‌سازی، کنترل اندازه، مقیاس‌پذیری و پایداری زیست‌محیطی دارد. کاربرد آن صنایع مختلفی را در بر می‌گیرد؛ از افزایش فراهمی زیستی مکمل‌ها تا بهبود رسانش و اثربخشی داروها و فرآورده‌های درمانی. با پیشرفت پژوهش و فناوری، ظرفیت کپسوله‌سازی لیپوزومی با فراصوت برای نوآوری و بهبود فرمولاسیون محصولات همچنان گسترش می‌یابد و نویدبخش پیشرفت‌های هیجان‌انگیزی در حوزه‌های سلامت، پزشکی، تغذیه و محصولات آرایشی است.
نانوحامل‌های فرموله‌شده با فراصوت‌دهی
علاوه بر لیپوزوم‌ها، فراصوت‌دهی با موفقیت برای فرمولاسیون و بارگذاری انواع دیگر نانوحامل‌ها، مانند نانوذرات لیپیدی جامد، حامل‌های لیپیدی نانوساختار و نانوامولسیون‌ها نیز به کار می‌رود. سونیکاتورهای Hielscher تشکیل کارآمد این نانوحامل‌ها و بارگذاری آن‌ها با مواد زیست‌فعال را تسهیل می‌کنند. سونیکاتورهای Hielscher که به فناوری پیشرفتهٔ خود شناخته می‌شوند، در سراسر جهان در تولید مواد غذایی، داروها و محصولات آرایشی به کار می‌روند.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
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.
- Marco Paini, Sean Ryan Daly, Bahar Aliakbarian, Ali Fathi, Elmira Arab Tehrany, Patrizia Perego, Fariba Dehghani, Peter Valtchev (2015): An efficient liposome based method for antioxidants encapsulation. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume 136, 2015. 1067-1072.
- Huang Y.B., Tsai M.J., Wu P.C., Tsai Y.H., Wu Y.H., Fang J.Y. (2011): Elastic liposomes as carriers for oral delivery and the brain distribution of (+)-catechin. Journal of Drug Targeting 19(8), 2011. 709-718.
- Pucek-Kaczmarek, A. (2021): Influence of Process Design on the Preparation of Solid Lipid Nanoparticles by an Ultrasonic-Nanoemulsification Method. Processes 2021, 9, 1265.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.