Liposomaalisten omega-3-rasvahappojen valmistus ultraäänellä
Nanoliposomit ovat erittäin tehokkaita lääkeaineiden kuljettajia, joita käytetään parantamaan bioaktiivisten yhdisteiden, kuten omega-2-rasvahappojen, vitamiinien ja muiden aineiden, biologista hyötyosuutta. Bioaktiivisten yhdisteiden kapselointi ultraäänellä on nopea ja yksinkertainen menetelmä suuren lääkeainekuorman sisältävien nanoliposomien valmistamiseen. Kapselointi liposomeihin ultraäänellä parantaa yhdisteiden stabiilisuutta ja biologista hyötyosuutta.
Liposomaaliset omega-3-rasvahapot
Omega-3-rasvahapoilla, kuten eikosapentaeenihapolla (EPA) ja dokosaheksaeenihapolla (DHA), on elintärkeä rooli monien ihmiskehon elintärkeiden biokemiallisten reaktioiden asianmukaisessa toiminnassa. EPA:ta ja DHA:ta esiintyy pääasiassa kylmän veden kaloissa, turskan maksassa ja äyriäisissä sekä nilviäisissä. Koska kaikki eivät syö suositeltuja kahta kala-annosta viikossa, kalaöljyä käytetään usein ravintolisänä. Lisäksi omega-3-rasvahappoja, kuten EPA:ta ja DHA:ta, käytetään lääkeaineina sydän- ja verisuonisairauksien sekä aivosairauksien hoidossa ja syöpähoidoissa. Kapselointi liposomeihin ultraäänellä on laajalti ja menestyksekkäästi käytetty menetelmä biologisen hyötyosuuden ja imeytymisnopeuden parantamiseen.
Omega-3-rasvahappojen kapselointi liposomeihin ultraäänellä
Ultraäänikapselointi on luotettava valmistusmenetelmä suuren määrän vaikuttavia aineita sisältävien liposomien muodostamiseen. Ultraäänellä tehtävä nanoemulgointi hajottaa fosfolipidikaksoiskerroksia ja tuo järjestelmään energiaa, joka edistää liposomeiksi kutsuttujen pallomaisten amfifiilisten vesikkelien muodostumista.
Ultraäänikäsittely mahdollistaa liposomien koon säätelyn ultraäänellä tapahtuvan valmistusprosessin aikana: liposomien koko pienenee ultraäänienergian lisääntyessä. Pienemmät liposomit tarjoavat paremman biosaatavuuden ja voivat kuljettaa rasvahappomolekyylejä kohteisiin suuremmalla onnistumisasteella, sillä pienempi koko helpottaa solukalvojen läpäisyä.
Liposomit tunnetaan tehokkaina lääkeaineiden kuljettajina, joihin voidaan sisällyttää sekä lipofiilisiä että hydrofiilisiä aineita niiden kaksoiskerrosten amfifiilisen rakenteen ansiosta. Liposomien toinen etu on mahdollisuus muokata niitä kemiallisesti lisäämällä formulaatioon lipideihin sitoutuneita polymeerejä, jolloin kapseloitujen molekyylien otto kohdekudokseen paranee ja lääkeaineen vapautuminen sekä siten sen puoliintumisaika pitenevät. Liposomaalinen kapselointi suojaa bioaktiivisia yhdisteitä myös hapettumisen aiheuttamalta hajoamiselta, mikä on tärkeää helposti hapettuville monityydyttymättömille rasvahapoille, kuten EPA:lle ja DHA:lle.
Hadia ym. (2014) havaitsivat, että DHA:n ja EPA:n ultraäänikapselointi anturityyppisellä ultraäänilaitteella UP200S tuotti paremman kapselointitehokkuuden (%EE), joka oli DHA:lle 56,9 ± 5,2 % ja EPA:lle 38,6 ± 1,8 %. Liposomien DHA:n ja EPA:n %EE kasvoi merkittävästi ultraäänikäsittelyä käytettäessä (p-arvo on alle 0,05; tilastollisesti merkitsevät arvot).
Ultraäänellä valmistettuja liposomeja, jotka sisältävät DHA- ja EPA-rasvahappoja.
Tutkimus ja kuva: Hadian ym. 2014
Tehokkuuden vertailu: ultraäänikapselointi ja liposomien ekstruusio
Kun anturityyppisellä ultraäänilaitteella tehtävää kapselointia verrataan ultraäänikylvyssä tehtävään käsittelyyn ja ekstruusiomenetelmään, anturilla tehtävä ultraäänikäsittely tuottaa parempia tuloksia liposomien muodostamisessa.
Hadia ym. (2014) vertasivat anturilla tehtävää ultraäänikäsittelyä (UP200S), ultraäänikylvyssä tehtävää käsittelyä ja ekstruusiota omega-3-kalaöljyliposomien valmistusmenetelminä. Anturityyppisellä ultraäänikäsittelyllä valmistetut liposomit olivat pallomaisia ja säilyttivät rakenteensa eheyden hyvin. Tutkimuksessa todettiin, että ennalta muodostettujen liposomien käsittely anturityyppisellä ultraäänilaitteella helpottaa suuren DHA- ja EPA-kuorman sisältävien liposomien valmistamista. Anturityyppisellä ultraäänikäsittelyllä omega-3-rasvahapot DHA ja EPA kapseloitiin nanoliposomin kalvoon. Kapselointi tekee omega-3-rasvahappojen biologisesta hyötyosuudesta erittäin suuren ja suojaa niitä hapettumisen aiheuttamalta hajoamiselta.
Laadukkaiden liposomien kannalta tärkeät tekijät
Liposomien valmistuksen jälkeen liposomaalisten formulaatioiden stabiloinnilla ja säilytyksellä on ratkaiseva merkitys pitkään stabiilina säilyvän ja erittäin tehokkaan kuljettajaformulaation aikaansaamisessa.
Liposomien stabiilisuuteen vaikuttavia kriittisiä tekijöitä ovat pH-arvo, säilytyslämpötila ja säilytysastian materiaalit.
Valmiille formulaatiolle noin 6,5:n pH-arvoa pidetään ihanteellisena, koska pH:ssa 6,5 lipidien hydrolyysinopeus pienenee alimmalle tasolleen.
Koska liposomit voivat hapettua ja menettää kapseloimansa ainekuorman, suositeltu säilytyslämpötila on noin 2–8 °C. Aineita sisältäviä liposomeja ei saa altistaa jäätymiselle ja sulamiselle, sillä jäätymisestä ja sulamisesta aiheutuva rasitus edistää kapseloitujen bioaktiivisten yhdisteiden vuotamista ulos.
Säilytysastia ja sen sulkimet on valittava huolellisesti, sillä liposomit eivät ole yhteensopivia tiettyjen muovimateriaalien kanssa. Liposomien hajoamisen estämiseksi injektoitavat liposomisuspensiot on säilytettävä lasiampulleissa tulpallisten injektiopullojen sijaan. Yhteensopivuus injektiopullojen elastomeeritulppien kanssa on testattava. Lipidikomposiittien valohapettumisen välttämiseksi on erittäin tärkeää säilyttää valmiste valolta suojattuna, esimerkiksi tummassa lasipullossa ja pimeässä paikassa. Infusoitavien liposomiformulaatioiden osalta on varmistettava liposomisuspensioiden yhteensopivuus synteettisestä muovista valmistettujen laskimoinfuusioletkujen kanssa. Säilytystä ja materiaalien yhteensopivuutta koskevat tiedot on ilmoitettava liposomiformulaation etiketissä. [vrt. Kulkarni ja Shaw, 2016]
Lipidikalvon muodostamisen ja sitä seuraavan uudelleenhydratoinnin jälkeen ultraäänikäsittelyllä edistetään vaikuttavien aineiden kapseloitumista liposomiin. Lisäksi ultraäänikäsittelyllä saavutetaan haluttu liposomikoko.
Suorituskykyiset ultraäänilaitteet liposomaalisille formulaatioille
Ultraäänilaitteet merkiltä Hielscher ovat luotettavia laitteita, joita käytetään lääke- ja ravintolisätuotannossa laadukkaiden, rasvahappoja, vitamiineja, antioksidantteja, peptidejä, polyfenoleja ja muita bioaktiivisia yhdisteitä sisältävien liposomien valmistamiseen. Asiakkaidensa tarpeiden täyttämiseksi Hielscher toimittaa ultraäänilaitteita kompaktista käsikäyttöisestä laboratoriohomogenisaattorista ja pöytämallisista ultraäänilaitteista täysin teollisiin ultraäänijärjestelmiin, joilla tuotetaan suuria määriä liposomaalisia formulaatioita. Liposomien valmistus ultraäänellä voidaan toteuttaa eräprosessina tai jatkuvana linjaprosessina. Saatavilla on laaja valikoima ultraäänisonotrodeja (antureita) ja reaktoriastioita, joilla varmistetaan optimaalinen laitekokoonpano liposomituotantoasi varten. Merkiltä Hielscher saatavien ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Seuraava taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoisia ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriomittakaavasta aina pilottimittakaavaan ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus / lähteet
- 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.
- Zahra Hadian (2016): A Review of Nanoliposomal Delivery System for Stabilization of Bioactive Omega-3 Fatty Acids. Electron Physician. 2016 Jan; 8(1): 1776–1785.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, PharmDa, 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.
- Vitthal S. Kulkarni., Charles Shaw (2016): Formulating Creams, Gels, Lotions, and Suspensions. In: Essential Chemistry for Formulators of Semisolid and Liquid Dosages, 2016. 29-41.
Hyödyllistä tietoa
Mitä liposomit ovat?
Liposomi on pallomainen vesikkeli, jossa on vähintään yksi lipidikaksoiskerros. Liposomit tunnetaan erinomaisina lääkeaineiden kuljettajina, ja niitä käytetään ravintoaineiden, ravintolisien ja lääkkeiden kuljettamiseen kohdekudokseen.
Liposomit valmistetaan tavallisesti fosfolipideistä, erityisesti fosfatidyylikoliinista, mutta ne voivat sisältää myös muita lipidejä, kuten kananmunan fosfatidyylietanoliamiinia, kunhan ne ovat yhteensopivia lipidikaksoiskerroksen rakenteen kanssa.
Liposomi koostuu vesipitoisesta ytimestä, jota ympäröi lipidikaksoiskerroksen muodostama hydrofobinen kalvo. Ytimeen liuenneet hydrofiiliset aineet jäävät sen sisään eivätkä pääse helposti kulkemaan kaksoiskerroksen läpi. Hydrofobisia molekyylejä voidaan sijoittaa kaksoiskerrokseen. Liposomiin voidaan siten sisällyttää hydrofobisia ja/tai hydrofiilisiä molekyylejä. Molekyylien kuljettamiseksi kohteeseen lipidikaksoiskerros voi fuusioitua muiden kaksoiskerrosten, kuten solukalvon, kanssa ja siirtää siten liposomiin kapseloidut aineet soluihin.
Koska nisäkkäiden verenkierto on vesipohjainen, liposomit kuljettavat hydrofobista ainetta tehokkaasti kehon läpi kohdesoluihin. Liposomeja käytetään siksi veteen liukenemattomien molekyylien, kuten CBD:n, kurkumiinin ja lääkeainemolekyylien, biologisen hyötyosuuden lisäämiseen.
Liposomeja valmistetaan menestyksekkäästi ultraäänellä tehtävällä nanoemulgoinnilla ja kapseloinnilla.
Liposomin rakenne: vesipitoinen ydin ja fosfolipidikaksoiskerros, jossa on hydrofiiliset päät ja hydrofobiset/lipofiiliset hännät.
Omega-3-rasvahapot
Omega-3-rasvahapot (ω-3) ja omega-6-rasvahapot (ω-6) ovat molemmat monityydyttymättömiä rasvahappoja (PUFA), ja ne osallistuvat lukuisiin ihmiskehon toimintoihin. Erityisesti omega-3-rasvahapot tunnetaan tulehdusta ehkäisevistä ja terveyttä edistävistä ominaisuuksistaan.
Eikosapentaeenihappo eli EPA (20:5n-3) toimii prostaglandiini-3:n (joka estää verihiutaleiden aggregaatiota), tromboksaani-3:n ja leukotrieeni-5:n kaltaisten eikosanoidien esiasteena, ja sillä on ratkaiseva rooli sydämen, verisuonten ja aivojen terveydelle.
Dokosaheksaeenihappo eli DHA (22:6n-3) on nisäkkäiden keskushermoston keskeinen rakenneosa. DHA on aivojen ja verkkokalvon runsain omega-3-rasvahappo, ja molempien elinten, sekä aivojen että verkkokalvon, asianmukainen toiminta edellyttää DHA:n saantia ravinnosta. DHA tukee monia solukalvojen ja solujen viestinnän ominaisuuksia erityisesti aivojen harmaassa aineessa sekä verkkokalvon valoreseptorisolujen ulkojäsenissä, joissa on runsaasti kalvoja.
Omega-3-rasvahappojen lähteet ravinnossa
ω-3-rasvahappojen lähteitä ravinnossa ovat esimerkiksi kalat (kuten kylmän veden kalat lohi, sardiinit ja makrilli), turskanmaksaöljy, äyriäiset ja nilviäiset, kaviaari, merilevät, merileväöljy, pellavansiemenet, hampunsiemenet, chiansiemenet ja saksanpähkinät.
Tavanomainen länsimainen ruokavalio sisältää tyypillisesti suuria määriä omega-6-rasvahappoja (ω-6), sillä viljat, kasvien siemenöljyt, siipikarjanliha ja kananmunat sisältävät runsaasti omega-6-lipidejä. Sen sijaan pääasiassa kylmän veden kaloissa esiintyviä omega-3-rasvahappoja (ω-3) nautitaan huomattavasti pienempiä määriä, joten omega-3:omega-6-suhde on usein täysin epätasapainossa.
Siksi lääkärit ja terveydenhuollon ammattilaiset suosittelevat usein omega-3-ravintolisien käyttöä.
Välttämättömät rasvahapot
Välttämättömät rasvahapot (EFA) ovat rasvahappoja, joita ihmisten ja eläinten on saatava ravinnosta, koska elimistö tarvitsee niitä elintoimintojen asianmukaiseen toimintaan mutta ei pysty syntetisoimaan niitä. Yleisesti välttämättömät rasvahapot ja niiden johdannaiset ovat ratkaisevan tärkeitä aivoille ja hermostolle, ja ne muodostavat 15 %–30 % aivojen kuivapainosta. Välttämättömät rasvahapot jaetaan tyydyttyneisiin, tyydyttymättömiin ja monityydyttymättömiin rasvahappoihin. Ihmiselle vain kahden rasvahapon tiedetään olevan välttämättömiä: alfalinoleenihapon, joka on omega-3-rasvahappo, ja linolihapon, joka on omega-6-rasvahappo. Jotkin muut rasvahapot voidaan luokitella ”ehdollisesti välttämättömiksi”, mikä tarkoittaa, että ne voivat muuttua välttämättömiksi tietyissä kehitysvaiheissa tai sairaustiloissa. Esimerkkejä ovat dokosaheksaeenihappo, joka on omega-3-rasvahappo, ja gammalinoleenihappo, joka on omega-6-rasvahappo.