Liposomien valmistus käänteisfaasihaihdutusmenetelmällä ultraäänikäsittelyä käyttäen
Liposomit ovat monipuolisia nanokantajia, joita käytetään lääkeaineiden kuljetuksessa niiden bioyhteensopivuuden ja sekä hydrofiilisten että hydrofobisten lääkeaineiden kapselointikyvyn ansiosta. Käänteisfaasihaihdutusmenetelmä (tunnetaan myös emulgointimenetelmänä tai liuottimen haihdutusmenetelmänä) on keskeinen liposomien valmistustekniikka, joka tarjoaa suuren kapselointitehokkuuden. Tässä artikkelissa keskitytään liposomien valmistukseen anturityyppisellä ultraäänikäsittelyllä tehostetulla käänteisfaasihaihdutusmenetelmällä ja esitellään menetelmän vaiheet, hyödyt ja mahdolliset sovellukset lääkeaineiden kuljetusjärjestelmissä.
Liposomit ovat vesikkelirakenteita, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta lipidikaksoiskerroksesta ja kykenevät kapseloimaan hydrofiilisiä ja hydrofobisia yhdisteitä. Niiden ainutlaatuinen rakenne tekee niistä ihanteellisia kohdennettuun lääkeaineiden kuljetukseen. Käänteisfaasihaihdutusmenetelmä (tunnetaan myös emulgointimenetelmänä tai liuottimen haihdutusmenetelmänä) on vakiintunut liposomien valmistustekniikka. Seuraavissa kappaleissa esittelemme anturityyppistä ultraäänikäsittelyä hyödyntävän käänteisfaasihaihdutusmenetelmän edut. Tämän ultraäänikäsittelyn tiedetään parantavan emulgointia, kapselointitehokkuutta ja liposomien koon pienentämistä.
Anturityyppinen ultraäänilaite UP400St liposomien valmistukseen
Liposomien valmistus käänteisfaasihaihdutusmenetelmällä
Liposomien muodostaminen käänteishaihdutusmenetelmällä ultraäänikäsittelyä käyttäen sisältää lipidien liuottamisen orgaaniseen kloroformin ja metanolin liuotinseokseen (2:1 v/v), mikä edistää käänteisten misellien muodostumista. Tähän seokseen lisätään sitten vesipohjainen puskuriliuos. Yhdistetty liuos käsitellään ultraäänellä esimerkiksi anturityyppisellä ultraäänilaitteella, kuten UP400ST, vesi öljyssä -mikroemulsion muodostamiseksi. Orgaaninen liuotin haihdutetaan sitten pyöröhaihduttimella, jolloin muodostuu viskoosi geeli, joka lopulta luhistuu ja muodostaa liposomeja. Mikroemulsion kuplien suuri vesiydin edistää hydrofiilisten molekyylien sulkeutumista rakenteeseen ja johtaa liposomigeeleihin, joilla on hallittu vapautuminen ja hyvä läpäisyprofiili. Lopuksi liposomit pienennetään yhtenäiseen kokoon ultraäänilaitteella.
Liposomien muodostaminen käänteishaihdutusmenetelmällä ultraäänikäsittelyä käyttäen
Menettely / vaiheittaiset ohjeet:
- Punnitse ja liuota lipidit:
Punnitse tarkasti yhteensä 40 mg L-α-fosfatidyylikoliinia ja kolesterolia massasuhteessa 4:1 tai 7:3.
Liuota punnitut lipidit 10 mL:aan kloroformi-metanoliseosta (4:1 v/v) pyöröpohjaisessa kolvissa. - Muodosta lipidikalvo:
Kiinnitä pyöröpohjainen kolvi pyöröhaihduttimeen.
Pyöritä kolvia arvolla 8 x g 40 °C:ssa alipaineessa, kunnes kolvin seinämille muodostuu ohut lipidikalvo. - Poista liuotinhöyryt:
Poista jäljellä olevat liuotinseoksen höyryt huuhtelemalla kolvi typpikaasulla. - Liuota lipidikalvo uudelleen:
Liuota lipidikalvo uudelleen 10 mL:aan dietyylieetteriä käänteisfaasivesikkelien muodostamiseksi. - Valmista vesifaasi:
Sekoita 5 mL PBS-puskuriliuosta (0,1 M, pH 7,4), joka sisältää kapseloitavan vaikuttavan aineen ja 20 mg Tween 80:tä, orgaaniseen faasiin (dietyylieetteri, johon lipidit on liuotettu). - Käsittele emulsio ultraäänellä:
Aseta w/o-emulsio jäähauteeseen.
Käsittele emulsiota anturityyppisellä ultraäänilaitteella UP200Ht taajuudella 26 kHz, 50 %:n pulssitilassa (0,5 jaksoa = 30 sec PÄÄLLÄ / 30 sec POIS PÄÄLTÄ) ja 50 %:n amplitudilla 1 minuutin ajan. - Haihduta geelin muodostamiseksi:
Palauta ultraäänikäsitelty emulsio pyöröhaihduttimeen.
Haihduta normaalissa ilmanpaineessa 40 °C:ssa, kunnes muodostuu geeli. - Muodosta liposomit:
Jatka geelin haihduttamista, jolloin sen rakenne hajoaa ja se muuttuu puoliläpinäkyväksi nesteeksi, mikä osoittaa liposomien muodostumisen. - Lopullinen liposomisuspensio:
Lisää liposomisuspensioon vielä 5 mL PBS-puskuriliuosta (0,1 M, pH 7,4).
Sekoita seosta varovasti vorteksisekoittimella.
Poista jäljellä olevat dietyylieetterihöyryt typpikaasulla. - Säilytys:
Säilytä lopullista liposomisuspensiota jääkaapissa 4 °C:ssa, kunnes sitä tarvitaan.
Näissä ohjeissa esitetään vaiheittainen prosessi liposomien valmistamiseksi käänteisfaasihaihdutusmenetelmällä ultraäänihomogenointia käyttäen. Menetelmä varmistaa suuren sisäisen vesifaasin määrän ja vaikuttavan aineen tehokkaan kapseloinnin.
Käänteisfaasihaihdutusmenetelmä, erityisesti anturityyppistä ultraäänikäsittelyä käyttäen, on laajalti käytetty liposomien valmistustekniikka etenkin silloin, kun tavoitteena on suuri sisäisen vesifaasin määrä. Tämä menetelmä on perinteistä ohutkalvon hydratointimenetelmää edullisempi, koska sen avulla liposomien sisään voidaan sisällyttää suurempi määrä vesifaasia.
Teollinen ultraäänilaite UIP2000hdT laajamittaiseen liposomituotantoon
Anturityyppisen ultraäänikäsittelyn edut liposomien muodostamisessa
- Parempi homogeenisuus: Anturityyppinen ultraäänikäsittely tuottaa tasaisen energiansyötön, mikä johtaa liposomien yhtenäisempään kokojakaumaan.
- Parempi kapselointi: Ultraäänikäsittelyn aikaiset mekaaniset voimat tehostavat lääkeaineiden kapselointia, erityisesti hydrofiilisten yhdisteiden osalta.
- Skaalautuvuus: Menetelmät ovat helposti skaalattavissa, joten ne soveltuvat laajamittaiseen liposomituotantoon.
Liposomien sovellukset lääkeaineiden kuljetuksessa
Emulgointi- ja liuottimen haihdutusmenetelmillä anturityyppistä ultraäänikäsittelyä käyttäen valmistetut liposomit soveltuvat erilaisiin lääkeaineiden kuljetussovelluksiin, kuten:
- Kohdennettu lääkeaineiden kuljetus: Liposomien funktionalisointi spesifisillä ligandeilla mahdollistaa kohdennetun kuljetuksen tiettyihin kudoksiin tai soluihin.
- Hallittu vapautuminen: Lipidikaksoiskerrosrakenne mahdollistaa lääkeaineen hallitun vapautumisen ja parantaa hoidon tehoa.
- Monipuolisuus: Nämä menetelmät soveltuvat monenlaisille terapeuttisille aineille pienistä molekyyleistä suurempiin biomolekyyleihin, kuten proteiineihin ja nukleiinihappoihin.
Käänteisfaasihaihdutusmenetelmä tunnetaan erityisesti suuremmasta sisäisen vesifaasin määrästä ohutkalvon hydratointimenetelmään verrattuna. Tämä ominaisuus on hyödyllinen sovelluksissa, joissa tarvitaan hydrofiilisten lääkeaineiden tai muiden terapeuttisten aineiden huomattavaa kapselointia.
Anturityyppistä ultraäänikäsittelyä hyödyntävä käänteisfaasihaihdutusmenetelmä on varmatoiminen ja tehokas liposomien valmistustekniikka. Sen kyky saavuttaa suurempi sisäisen vesifaasin määrä tekee siitä suositun menetelmän farmaseuttisissa sovelluksissa, joissa hydrofiilisten aineiden kapseloinnin maksimointi on ratkaisevan tärkeää. Liuottimen haihdutuksen tarkka hallinta ja ultraäänikäsittelyn käyttö ovat avainasemassa tämän menetelmän onnistumisessa. Niiden ansiosta voidaan valmistaa korkealaatuisia liposomeja erilaisiin terapeuttisiin tarkoituksiin.
Löydä oikea ultraäänilaite liposomituotantoosi
Hielscher Ultrasonics tarjoaa laajan valikoiman anturityyppisiä ultraäänilaitteita tehokkaaseen liposomituotantoon, jolla saavutetaan bioaktiivisten molekyylien suuri kapselointitehokkuus ja suuri kuormituskapasiteetti.
Voit käyttää Hielscher-ultraäänilaitteita erilaisissa liposomien valmistusmenetelmissä, kuten tässä kuvatussa käänteisfaasihaihdutustekniikassa, emulgointimenetelmässä ja ohutkalvomenetelmässä.
Lue lisää liposomien valmistuksesta ohutkalvomenetelmällä ultraääntä käyttäen!
Lue lisää ultraäänellä valmistetuista liposomeista, jotka kapseloivat
- suuri tehokkuus
- uusinta teknologiaa
- luotettavuus ja kestävyys
- säädettävä ja tarkka prosessinohjaus
- erä- ja inline-käsittely
- kaikille tilavuuksille
- älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitavuus, tietojen kirjaus, etäohjaus)
- helppo ja turvallinen käyttää
- vähäinen huoltotarve
- CIP (puhdistus paikallaan)
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua
Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusin teknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat tietenkin CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL:n, CSA:n ja RoHs:n vaatimukset.
Alla oleva taulukko antaa suuntaa ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 0,5–1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| 15–150 L | 3–15 L/min | UIP6000hdT |
| 15–150 L | 3–15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laitekokonaisuus, jonka laitteet ovat UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispergointiin, emulgointiin ja uuttoon laboratorio-, pilotti- ja teollisuusmittakaavassa.
Kirjallisuus / lähteet
- 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.
- Yao, X., Bunt, C., Cornish, J., Quek, S.-Y. and Wen, J. (2014): Preparation, Optimization and Characterization of Bovine Lactoferrin-loaded Liposomes and Solid Lipid Particles Modified by Hydrophilic Polymers Using Factorial Design. Chemical Biology and Drug Design 83, 2014. 560-575.
- Seyedeh Parinaz Akhlaghi, Iris Renata Ribeiro, Ben J. Boyd, Watson Loh (2016): Impact of preparation method and variables on the internal structure, morphology, and presence of liposomes in phytantriol-Pluronic® F127 cubosomes. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume 145, 2016. 845-853.
Hyödyllistä tietoa
Mitä liposomit ovat?
Liposomit ovat pallomaisia vesikkeleitä, joissa on lipidikaksoiskerros ja joita käytetään yhdisteiden kapselointiin. Ne valmistetaan liuoksessa, joka sisältää kapseloitavan yhdisteen. Hydrofiilisille yhdisteille, kuten proteiineille, käytetään vesiliuosta, kun taas hydrofobiset molekyylit kapseloidaan käyttämällä orgaanisiin liuottimiin valmistettuja liuoksia, jotka sekoitetaan lipideihin. Tämä monipuolisuus tekee liposomeista arvokkaita lääkeaineiden kuljetuksessa ja muissa biolääketieteellisissä sovelluksissa.
Mikä on liposomien valmistuksessa käytettävä käänteisfaasihaihdutusmenetelmä?
Liposomien valmistuksessa käytettävä käänteisfaasihaihdutusmenetelmä sisältää lipidien liuottamisen kloroformi-metanoliseokseen ja ohuen lipidikalvon muodostamisen pyöröhaihdutuksella. Tämä kalvo liuotetaan sitten uudelleen dietyylieetteriin käänteisfaasivesikkelien muodostamiseksi. Vaikuttavaa ainetta ja Tween 80:tä sisältävä vesifaasi sekoitetaan orgaaniseen faasiin, jolloin muodostuu vesi öljyssä -emulsio. Emulsio käsitellään anturityyppisellä ultraäänilaitteella, minkä jälkeen pyöröhaihdutusta jatketaan geelin tuottamiseksi. Geeli muodostaa lopulta liposomeja haihdutusta jatkettaessa. Lopullinen suspensio viimeistellään lisäämällä PBS-puskuriliuosta ja poistamalla liuotinjäämät typpikaasulla. Näin saadaan liposomeja, joita säilytetään 4 °C:ssa.
Miten ultraäänikäsittely vaikuttaa liposomeihin?
Ultraäänikäsittely vaikuttaa liposomeihin hajottamalla ja sekoittamalla lipidi- ja vesifaaseja ultraääniaaltojen avulla, mikä edistää homogeenisen dispersion muodostumista. Tämä prosessi auttaa hallitsemaan liposomien kokoa ja yhtenäisyyttä sekä estää ylikuumenemisen mahdollistamalla ajoittaiset energiapulssit. Ultraäänikäsittelyn aiheuttama hallittu kavitaatio varmistaa vaikuttavien aineiden tehokkaan kapseloinnin liposomien sisään.
Mitä liposomien faasimuutos tarkoittaa?
Liposomien faasimuutos tarkoittaa lämpötilan aiheuttamaa muutosta lipidin fysikaalisessa olomuodossa. Faasimuutoslämpötila on tietty lämpötila, jossa lipidit siirtyvät järjestäytyneestä geelifaasista, jossa hiilivetyketjut ovat täysin ojentuneita ja tiiviisti pakkautuneita, epäjärjestyneeseen nestekiteiseen faasiin, jossa hiilivetyketjujen suuntautuminen muuttuu satunnaiseksi ja ketjut liikkuviksi. Tämä muutos vaikuttaa liposomien stabiiliuteen, läpäisevyyteen ja vuorovaikutukseen kapseloitujen aineiden kanssa.
Mikä on liposomien valmistuksessa käytettävä ekstruusiomenetelmä?
Joskus ohutkalvon hydratointimenetelmää kutsutaan myös ekstruusiomenetelmäksi, koska ohutkalvon hydratointivaihetta seuraa ekstruusiovaihe. Ekstruusion aikana liposomit puristetaan polykarbonaattikalvojen läpi homogeenisten pienten liposomien saamiseksi. Ekstruusion vaihtoehtona liposomien kokoa pienennetään usein ultraäänikäsittelyllä.
Mikä on liposomien ultraäänikäsittelymenetelmä?
Ultraäänikäsittelyä käytetään erilaisissa liposomien muodostamismenetelmissä. Ultraäänikäsittelyä käytetään lipidien ja liuottimien emulgointiin, lipidikalvon uudelleenhydratointiin ja liposomien koon pienentämiseen. Käänteisfaasihaihdutusmenetelmässä lipidit emulgoidaan vesifaasin kanssa ultraäänellä. Ohutkalvomenetelmässä kuivattu lipidikalvo hydratoidaan uudelleen ultraäänilaitteella monilamellaarisen vesikkelisuspension muodostamiseksi. Useissa liposomien valmistustekniikoissa käytetään ultraäänikäsittelyä muodostuneiden liposomien koon pienentämiseen myöhemmässä vaiheessa. Tällöin ultraäänikäsittely tuottaa tasaisen pieniä ja stabiileja liposomeja, jotka soveltuvat erilaisiin sovelluksiin.
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriomittakaavasta aina teolliseen mittakaavaan asti.