Molécules bioactives encapsulées dans des liposomes par ultrasons

La sonication est réputée pour sa très grande efficacité dans la préparation de formulations liposomales. Les formulations liposomales typiques encapsulent par sonication la vitamine C, le CBD, la curcumine, la quercitin, l’astaxanthine, des peptides et de nombreux autres composés bioactifs. L’encapsulation liposomale par ultrasons est une technique simple, rapide et efficace qui permet de produire des vésicules stables et fortement chargées. Les nutriments encapsulés par ultrasons se distinguent par une biodisponibilité supérieure.

Aperçu : encapsulation liposomale de composés bioactifs par sonication

L’encapsulation par ultrasons offre une méthode très efficace et contrôlable pour incorporer des composés bioactifs dans des liposomes, en améliorant leur stabilité, leur biodisponibilité et leurs performances fonctionnelles. La cavitation acoustique générée par les ultrasons de haute intensité favorise une hydratation rapide des lipides, la réduction de la taille des vésicules et une dispersion uniforme, ce qui permet de former des liposomes petits et homogènes présentant des distributions granulométriques étroites. Cette technique favorise une efficacité d’encapsulation élevée pour les composés hydrophiles comme lipophiles, tout en réduisant au minimum le recours à des solvants organiques ou à des conditions de traitement agressives. En outre, le traitement par ultrasons permet un contrôle précis de la taille des particules et de la lamellarité, paramètres essentiels pour optimiser la libération contrôlée, l’absorption cellulaire et la stabilité à long terme de substances bioactives 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 entouré d’une ou de plusieurs bicouches phospholipidiques. Comme les liposomes possèdent un noyau aqueux entouré d’une couche lipidique et d’une enveloppe externe hydrophile, ils sont hydrosolubles et peuvent transporter des composés hydrosolubles et liposolubles dans les compartiments respectifs de la vésicule. Les liposomes constituent ainsi un système d’administration très efficace pour les molécules thérapeutiquement actives. Les liposomes se forment par la rupture de membranes biologiques, un processus favorisé et intensifié par la sonication. Les liposomes sont le plus souvent composés de phospholipides, en particulier de phosphatidylcholine, mais peuvent également contenir d’autres lipides, comme la phosphatidyléthanolamine d’œuf, à condition qu’ils soient compatibles avec la structure de la bicouche lipidique. Les liposomes se forment spontanément lorsque les phospholipides sont hydratés. Lors de la première étape – la phase d’hydratation – la sonication est utilisée pour nano-émulsionner les lipides et la phase aqueuse afin de favoriser la formation de vésicules multilamellaires (MLV) fortement chargées. La sonication peut ensuite être utilisée pour réduire la taille des liposomes si nécessaire. Pour obtenir une taille de vésicule plus petite, la sonication est appliquée afin de disperser les liposomes et de réduire leur taille jusqu’à obtenir de grandes vésicules unilamellaires (LUV) ou de petites vésicules unilamellaires (SUV) monodispersées.
La technique ultrasonore de formation des liposomes et de réduction de leur taille est fiable, rapide, efficace, simple et sûre. Les liposomes produits présentent une charge élevée en substances bioactives, une grande stabilité et une biodisponibilité supérieure.

Pourquoi les bains de nettoyage à ultrasons 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 faits maison à l’aide d’un nettoyeur de bijoux à ultrasons sont généralement inefficaces, car les liposomes préparés n’atteignent 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, un ultrasonicateur à sonde est la technologie à privilégier, car la sonde (sonotrode) peut transmettre au milieu l’énergie acoustique intense nécessaire à la formation de liposomes efficaces et fortement chargés. En général, les liposomes produits avec une sonde à ultrasons présentent une distribution granulométrique de 100-500nm, ce qui est optimal pour des charges élevées et une biodisponibilité supérieure.
L’utilisation d’un réacteur ultrasonique à cellule à circulation permet de préparer les liposomes dans un environnement exempt d’oxygène afin d’éviter la dégradation oxydative.
Les ultrasonicateurs à sonde fournissent l’énergie nécessaire pour produire des liposomes de haute qualité qui sont :

Après la formation d’un film lipidique et sa réhydratation, la sonication est utilisée pour favoriser le piégeage des principes actifs dans les liposomes. En outre, la sonication permet d’obtenir la taille de liposome souhaitée.

Molécules encapsulées dans des liposomes par ultrasons

La liste ci-dessous donne une indication des substances qui ont déjà été encapsulées avec succès dans des formulations liposomales par la voie de préparation ultrasonore.

• antioxydants tels que le glutathion, la vitamine C, les vitamines B méthylées, le resvératrol, la CoQ10, etc.
• composés phénoliques : flavonoïdes tels que la fisétine, la quercitin, les proanthocyanidines oligomériques (OPC) ; saponines telles que l’astralgaloside ; alcaloïdes
• minéraux tels que les chélates de magnésium (p. ex. thréonate de magnésium, orotate de magnésium), le zinc, le cuivre, etc.
• terpènes tels que l’astaxanthine, le limonène, le pinène, l’humulène, le linalol, le bêta-caryophyllène, le phytol, le géraniol, le terpinolène, etc.
• lipides tels que les acides gras oméga-3 EPA et DHA ; la dipalmitoyl-phosphatidylcholine (DPPC), etc.
• 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.
• peptides, p. ex. ocytocine, collagène, peptides GLP-1 etc.
• polysaccharides tels que l’acide hyaluronique, les polysaccharides de champignons, etc.
• cannabinoïdes tels que le CBD, le CBG, le THC
• nootropiques, smart drugs et stimulants cognitifs, qui peuvent inclure les substances mentionnées ci-dessus ainsi que d’autres molécules

La formulation liposomale nano-optimisée de molécules bioactives offre un taux d’absorption plus élevé, une biodisponibilité supérieure et peut permettre aux substances de franchir la barrière hémato-encéphalique.
Les nano-émulsions et les vecteurs colloïdaux lipidiques tels que les nanoparticules lipidiques solides (SLN) et les vecteurs lipidiques nanostructurés (NLC) constituent des systèmes alternatifs d’administration de médicaments à base de lipides. Tous ces systèmes – nano-émulsions, SLN et NLC – peuvent être formés et chargés de manière fiable sous sonication.
En savoir plus sur l’aloe vera extrait par ultrasons et nano-encapsulé !

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

• Formation de liposomes par ultrasons à partir de lécithine
• Méthode d’évaporation en phase inverse assistée par ultrasons
• Hydratation de film mince assistée par ultrasons

Facteurs influençant la qualité des liposomes

La qualité des liposomes est déterminée par l’uniformité de la taille des particules et de la lamellarité, par l’efficacité de piégeage (%EE) / la charge d’encapsulation, ainsi que par 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 l’efficacité des formulations liposomales. L’image SEM de gauche montre les liposomes préparés par ultrasons et chargés en acides gras DHA et EPA à l’aide d’un ultrasonicateur Hielscher UP200S (étude et image : Hadian et al. 2014).
La préparation des liposomes par ultrasons est une technique fiable qui permet d’obtenir une taille de particules liposomales petite et uniforme avec une charge élevée en molécules bioactives. Les paramètres du procédé ultrasonore (tels que l’amplitude, l’énergie totale, la durée, la pulsation, la température, la pression) sont réglables avec précision. En tant que technique de traitement non thermique, le principe de fonctionnement de la sonication repose sur un cisaillement purement mécanique. L’élévation de température dans le liquide soniqué s’explique par le deuxième principe de la thermodynamique, selon lequel toute énergie appliquée est finalement convertie en chaleur. Pour maintenir une température basse et stable du milieu liposomal, Hielscher Ultrasonics propose des solutions de refroidissement sophistiquées, telles que des bains de glace ainsi que des réacteurs et des cellules à circulation dotés de chemises de refroidissement. Les résultats de la production de liposomes par ultrasons sont reproductibles, ce qui est important pour un procédé standardisé et une qualité de produit constamment élevée.
Des phospholipides de haute qualité présentant une forte teneur en phosphatidylcholine et en phosphatidyléthanolamine forment une enveloppe liposomale stable qui empêche la fuite des nutriments. Une enveloppe phospholipidique solide protège également les nutriments encapsulés contre la dégradation oxydative et thermique. C’est pourquoi un rapport équilibré entre phospholipides, phase aqueuse et nutriments encapsulés (molécules bioactives) est essentiel.

Ultrasonicateurs haute performance pour la production de liposomes

Les systèmes de Hielscher Ultrasonics sont des machines fiables utilisées dans la production pharmaceutique et de compléments alimentaires pour formuler des liposomes de haute qualité chargés en vitamines, antioxydants, flavonoïdes, peptides, polyphénols et autres composés bioactifs / nutriments. Pour répondre aux exigences de ses clients, Hielscher fournit des ultrasonicateurs allant de l’homogénéisateur de laboratoire portatif compact et des ultrasonicateurs de paillasse jusqu’aux systèmes à ultrasons entièrement industriels pour la production de grands volumes de formulations liposomales. La formulation de liposomes par ultrasons peut être réalisée en batch ou en procédé continu en ligne à l’aide d’un réacteur ultrasonique à circulation. Une large gamme de sonotrodes (sondes) à ultrasons et de cuves de réacteur est disponible pour garantir une configuration optimale de votre production de liposomes. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 en service intensif et dans des environnements exigeants.
Le contrôle précis de tous les paramètres de procédé importants, tels que l’amplitude, la pression, la température et la durée de sonication, rend le procédé ultrasonore fiable et reproductible. Hielscher Ultrasonics connaît l’importance d’une qualité de produit constamment élevée et aide les fabricants de compléments alimentaires et de produits thérapeutiques à mettre en œuvre la standardisation des procédés et les BPF (Bonnes Pratiques de Fabrication) grâce à un logiciel intelligent et à l’enregistrement automatique des données. Nos homogénéisateurs à ultrasons numériques enregistrent automatiquement tous les paramètres du procédé ultrasonore sur une carte SD intégrée. Les écrans tactiles numériques et la commande à distance via navigateur permettent une surveillance continue du procédé et l’ajustement précis des paramètres chaque fois que nécessaire. Cela facilite considérablement la surveillance du procédé et le contrôle qualité.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :