Molécules bioactives encapsulées dans des liposomes grâce aux ultrasons

L'ultrasonication est bien connue pour être très efficace dans la préparation de formulations liposomales. Les formulations de liposomes typiques encapsulent la vitamine C, le CBD, la curcumine, la quercitine, l'astaxanthine, les peptides et de nombreux autres composés bioactifs à l'aide d'ultrasons. L'encapsulation ultrasonique des liposomes est une technique simple, rapide et efficace qui permet de produire des vésicules stables et très chargées. Les nutriments encapsulés par ultrasons se distinguent par une biodisponibilité supérieure.

Vue d'ensemble : Encapsulation liposomale de composés bioactifs par sonication

L'encapsulation ultrasonique offre une méthode très efficace et contrôlable pour incorporer des composés bioactifs dans des liposomes, améliorant ainsi leur stabilité, leur biodisponibilité et leurs performances fonctionnelles. La cavitation acoustique générée par des ultrasons de haute intensité favorise l'hydratation rapide des lipides, la réduction de la taille des vésicules et la dispersion uniforme, ce qui permet la formation de petits liposomes homogènes avec des distributions de taille étroites. Cette technique permet une encapsulation très efficace des composés hydrophiles et lipophiles, tout en minimisant le besoin de solvants organiques ou de conditions de traitement difficiles. En outre, le traitement par ultrasons permet un contrôle précis de la taille des particules et de la lamellarité, qui sont des paramètres critiques pour optimiser la libération contrôlée, l'absorption cellulaire et la stabilité à long terme des bioactifs sensibles dans les applications pharmaceutiques, nutraceutiques et cosmétiques.

Que sont les liposomes et quels sont leurs avantages ?

Les liposomes sont des vésicules constituées d'un noyau aqueux enfermé dans une ou plusieurs bicouches de phospholipides. Comme les liposomes ont un noyau aqueux entouré d'une couche lipidique et d'une enveloppe extérieure hydrophile, ils sont solubles dans l'eau et peuvent transporter des composés hydrosolubles et liposolubles dans les compartiments respectifs de la vésicule. Les liposomes constituent donc un système d'administration très efficace pour les molécules actives sur le plan thérapeutique. Les liposomes sont formés par la rupture des membranes biologiques, un processus qui est favorisé et intensifié par les ultrasons. Les liposomes sont le plus souvent composés de phospholipides, en particulier de phosphatidylcholine, mais peuvent également inclure d'autres lipides, tels que la phosphatidyléthanolamine de l'œuf, pour autant qu'ils soient compatibles avec la structure de la bicouche lipidique. Les liposomes se forment spontanément lorsque les phospholipides sont hydratés. Dans un premier temps – la phase d'hydratation – La sonification est utilisée pour nano-émulsifier les lipides et la phase aqueuse afin de promouvoir la formation de vésicules multi-lamellaires (VML) hautement chargées. Par la suite, la sonification peut être utilisée pour réduire la taille des liposomes si nécessaire. Pour obtenir une taille de vésicule plus petite, la sonification est appliquée pour disperser et réduire la taille du liposome afin d'obtenir de grandes vésicules uni-lamellaires (LUV) ou de petites vésicules uni-lamellaires (SUV) mono-dispersées.
La technique ultrasonique de formation et de réduction de la taille des liposomes est fiable, rapide, efficace, facile et sûre. Les liposomes produits présentent une charge élevée de substances bioactives, une grande stabilité et une biodisponibilité supérieure.

Pourquoi les bains de nettoyage ultrasoniques ne permettent-ils pas de produire des liposomes de haute qualité ?

La production de liposomes nécessite un appareil à ultrasons capable de fournir suffisamment d'énergie pour créer des particules uniformes de taille nanométrique. Les liposomes fabriqués à la maison à l'aide d'un nettoyeur de bijoux à ultrasons sont généralement inefficaces, car les liposomes préparés n'ont pas la taille nanométrique requise et n'encapsulent pas les nutriments bioactifs de manière efficace et stable à long terme. Pour préparer des liposomes de haute qualité, il est préférable d'utiliser un appareil à ultrasons à sonde, car la sonde (sonotrode) peut transmettre l'énergie acoustique intense nécessaire à la formation de liposomes efficaces hautement chargés dans le milieu. En général, les liposomes produits à l'aide d'une sonde ultrasonique ont une distribution granulométrique de 100 à 500 nm, ce qui est optimal pour des charges élevées et une biodisponibilité supérieure.
L'utilisation d'un réacteur cellulaire à ultrasons permet de préparer les liposomes dans un environnement dépourvu d'oxygène afin d'éviter toute dégradation oxydative.
Les ultrasons de type sonde fournissent l'énergie nécessaire à la production de liposomes de haute qualité :

Après la formation d'un film lipidique et la réhydratation qui s'ensuit, la sonication est utilisée pour favoriser le piégeage des ingrédients actifs dans les liposomes. En outre, la sonication permet d'obtenir la taille de liposome souhaitée.

Molécules encapsulées dans des liposomes à l'aide d'ultrasons

La liste ci-dessous donne une indication des substances qui ont déjà été encapsulées avec succès dans des formulations de liposomes en utilisant la méthode de préparation par ultrasons.

• des antioxydants tels que le glutathion, la vitamine C, les vitamines B méthylées, le resvératrol, le CoQ10, etc.
• phénoliques : flavonoïdes tels que la fisétine, la quercitine, les proanthocyanidines oligomériques (OPC) ; saponines telles que l'astralgaloside ; alcaloïdes
• des minéraux tels que les chélates de magnésium (par exemple le thréonate de magnésium, l'orotate de magnésium), le zinc, le cuivre, etc.
• des terpènes tels que l'astaxanthine, le limonène, le pinène, l'humulène, le linalol, le bêta-caryophyllène, le phytol, le géraniol, le terpinolène, etc.
• des lipides tels que les acides gras oméga-3 EPA et DHA, la dipalmitoyl-phosphatidylcholine (DPPC), etc.
• des acides aminés tels que la créatine, la glycine, le 5-HTP (5-hydroxytryptophane), la phénylalanine, la L-théanine, le GABA (acide gamma-aminobutyrique), la taurine, la N-acétylcystéine (NAC), la L-tyrosine, etc.
• les peptides, par exemple l'ocytocine, le collagène, Peptides GLP-1 etc.
• polysaccharides tels que l'acide hyaluronique, les polisaccharides de champignons, etc.
• les cannabinoïdes tels que le CBD, le CBG et le THC
• les nootropiques, les drogues intelligentes et les stimulants cognitifs, qui peuvent inclure les substances mentionnées ci-dessus ainsi que d'autres molécules

La formulation liposomale nanométrique de molécules bioactives offre un taux d'absorption plus élevé, une biodisponibilité supérieure et peut permettre aux substances de traverser la barrière hémato-encéphalique.
Les nano-émulsions et les transporteurs colloïdaux à base de lipides, tels que les nanoparticules lipidiques solides (SLN) et les transporteurs lipidiques nanostructurés (NLC), constituent d'autres systèmes d'administration de médicaments à base de lipides. Les nano-émulsions, les SLN et les NLC peuvent être formées et chargées de manière fiable par sonication.
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Choisissez votre méthode préférée de formation des liposomes

La sonication est largement utilisée dans de nombreuses méthodes de préparation et de traitement des liposomes, car elle permet à la fois la formation des liposomes et le contrôle post-traitement. Elle peut être appliquée lors de la formation directe des liposomes en dispersant la lécithine (phospholipides) dans une phase aqueuse afin de favoriser la génération rapide de vésicules. Elle est également couramment utilisée dans des techniques établies telles que l'évaporation en phase inverse et l'hydratation en couche mince pour améliorer la dispersion des lipides et accélérer la formation des vésicules. Au-delà de la préparation initiale, la sonication est fréquemment utilisée pour charger des liposomes préformés (vides) par sonoporation, ce qui permet l'incorporation efficace de composés bioactifs, et c'est un outil standard pour la réduction de la taille des liposomes, produisant des vésicules plus petites et plus uniformes avec des distributions de taille plus étroites pour améliorer la stabilité et les performances d'administration.
En savoir plus sur les différentes méthodes de production de liposomes assistées par ultrasons :

• Formation de liposomes par ultrasons à l'aide de lécithine
• Méthode d'évaporation en phase inverse par ultrasons
• Hydratation par ultrasons en couche mince

Facteurs influençant la qualité des liposomes

La qualité des liposomes est déterminée par l'uniformité de la taille des particules et de la lamellarité, l'efficacité du piégeage (�) / la charge d'encapsulation et la stabilité. La méthode de préparation, les conditions de traitement, les matières premières et le stockage sont des facteurs importants qui contribuent à la qualité et donc à la puissance des formulations liposomales. L'image SEM de gauche montre les liposomes chargés d'acides gras DHA et EPA préparés par ultrasons à l'aide d'un ultrasoniseur Hielscher UP200S (Étude et image : Hadian et al. 2014).
La préparation ultrasonique des liposomes est une technique fiable qui permet d'obtenir des particules liposomales de petite taille et uniformes avec une charge élevée de molécules bioactives. Les paramètres du processus ultrasonique (tels que l'amplitude, l'énergie totale, le temps, la pulsation, la température, la pression) sont exactement réglables. En tant que technique de traitement non thermique, le principe de fonctionnement de la sonification est basé sur un cisaillement purement mécanique. L'augmentation de la température dans le liquide sonifié s'explique par la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que toute énergie appliquée est finalement convertie en chaleur. Pour maintenir une basse température stable du milieu liposomal, Hielscher Ultrasonics fournit des solutions de refroidissement sophistiquées, telles que des bains de glace ainsi que des réacteurs et des cellules d'écoulement avec des chemises de refroidissement. Les résultats de la production de liposomes par ultrasons sont reproductibles, ce qui est important pour un processus standardisé et une qualité de produit élevée et constante.
Des phospholipides de haute qualité, comprenant un pourcentage élevé de phosphatidylcholine et de phosphatidyléthanolamine, fournissent une enveloppe de liposome stable qui empêche la fuite des nutriments. Une solide enveloppe de phospholipides protège également les nutriments encapsulés contre la dégradation oxydative et thermique. Il est donc essentiel d'avoir un rapport équilibré entre les phosopholipides dans la phase aqueuse et les nutriments encapsulés (molécules bioactives).

Ultrasons haute performance pour la production de liposomes

Hielscher Ultrasonics’ sont des machines fiables utilisées dans la production de produits pharmaceutiques et de compléments alimentaires pour formuler des liposomes de haute qualité chargés de vitamines, d'antioxydants, de flavonoïdes, de peptides, de polyphénols et d'autres composés bioactifs/nutriments. Pour répondre aux besoins de ses clients’ Hielscher fournit des appareils à ultrasons allant de l'homogénéisateur compact de laboratoire et des appareils à ultrasons de table à des systèmes à ultrasons entièrement industriels pour la production de grands volumes de formulations liposomales. La formulation de liposomes par ultrasons peut être effectuée par lots ou en continu, en ligne, à l'aide d'un réacteur ultrasonique à circulation. Une large gamme de sonotrodes ultrasoniques (sondes) et de cuves de réacteur est disponible pour garantir une configuration optimale pour votre production de liposomes. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.
Le contrôle précis de tous les paramètres importants du processus, tels que l'amplitude, la pression, la température et la durée de sonification, rend le processus ultrasonique fiable et reproductible. Hielscher Ultrasonics est conscient de l'importance d'une qualité de produit élevée et continue et aide les fabricants de compléments alimentaires et de produits thérapeutiques à mettre en œuvre la normalisation des processus et les BPF (bonnes pratiques de fabrication) grâce à un logiciel intelligent et à l'enregistrement automatique des données. Nos homogénéisateurs numériques à ultrasons enregistrent automatiquement tous les paramètres du processus ultrasonique sur une carte SD intégrée. Les écrans tactiles numériques et la télécommande du navigateur permettent de surveiller le processus en continu et d'ajuster les paramètres du processus avec précision à tout moment. Cela facilite considérablement la surveillance du processus et le contrôle de la qualité.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :