Formation de liposomes par ultrasons : méthodologie et avantages

Les liposomes sont des vésicules sphériques composées de bicouches lipidiques, largement utilisées dans l’administration de médicaments, les cosmétiques et les industries alimentaires en raison de leur biocompatibilité et de leur capacité à encapsuler des substances aussi bien hydrophiles qu’hydrophobes. L’utilisation d’ultrasons de haute intensité pour la formation de liposomes est l’une des techniques les plus courantes d’encapsulation liposomale. Réputée pour son efficacité, sa capacité de mise à l’échelle et sa capacité à produire des liposomes de taille contrôlée avec une efficacité d’encapsulation élevée, la sonication offre de nombreux avantages supplémentaires par rapport aux autres méthodes de production de liposomes. Cet article vous présente la méthodologie de la formation de liposomes par ultrasons, ses avantages et ses diverses applications dans les compléments alimentaires, les produits pharmaceutiques, les produits thérapeutiques et les aliments fonctionnels.

La sonication pour la formation de liposomes

Les sonicateurs de type sonde sont un outil essentiel pour la production de liposomes chargés en principes actifs. Nous vous présentons ici la manière dont les liposomes sont formés et chargés à l’aide de la méthode assistée par ultrasons.

1. Préparation de la solution lipidique :
   Le procédé commence par la préparation d’une solution lipidique. Parmi les lipides couramment utilisés figurent la phosphatidylcholine, le cholestérol et d’autres phospholipides. Ces lipides sont dissous dans un solvant organique tel que le chloroforme ou l’éthanol.
2. Formation du film lipidique :
   La solution lipidique est ensuite évaporée sous pression réduite (vide) à l’aide d’un évaporateur rotatif afin de former un film lipidique mince sur les parois d’un ballon à fond rond. Cette étape garantit l’élimination des solvants organiques et laisse un film lipidique sec.
3. Hydratation du film lipidique :
   Le film lipidique séché est hydraté avec une solution aqueuse, qui peut contenir la substance active à encapsuler. Cette étape conduit à la formation de vésicules multilamellaires (MLV). Le processus d’hydratation implique généralement une agitation au vortex ou une agitation douce à une température supérieure à la température de transition des lipides.
4. Sonication :
   Les MLV sont ensuite soumises aux ultrasons à l’aide d’un sonicateur de type sonde. Les ondes ultrasonores induisent une cavitation, créant des microbulles qui implosent et génèrent des forces de cisaillement. Ce processus provoque une sonoporation, de sorte que les liposomes sont chargés efficacement, ce qui se traduit par une efficacité de piégeage élevée (EE%). La perméabilité accrue due à la sonoporation facilite la diffusion des substances à encapsuler dans les liposomes. Dès que le processus de sonication s’arrête, les bicouches lipidiques se réassemblent rapidement, piégeant les substances encapsulées à l’intérieur.
   En outre, la sonication fragmente les MLV en vésicules unilamellaires plus petites (ULV) ou en petites vésicules unilamellaires (SUV), dont la taille est généralement comprise entre 20 et 200 nm. Des paramètres tels que la durée de sonication, la puissance et la température sont optimisés pour obtenir la taille de liposome et l’efficacité d’encapsulation souhaitées.
5. Purification et caractérisation :
   Après la sonication, la suspension de liposomes est souvent filtrée ou centrifugée afin d’éliminer le matériel non encapsulé et les vésicules de plus grande taille. Les liposomes obtenus sont caractérisés à l’aide de techniques telles que la diffusion dynamique de la lumière (DLS) pour la distribution granulométrique, l’analyse du potentiel zêta pour la charge de surface et la microscopie électronique en transmission (TEM) pour la morphologie.

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

Scientifiquement prouvé

Les sonicateurs de type sonde ont rapidement été adoptés comme technique fiable pour la préparation de liposomes et sont aujourd’hui largement utilisés pour la production de liposomes, tant dans la recherche que dans la production commerciale. L’efficacité et la fiabilité de la formation de liposomes par ultrasons et du chargement des liposomes en principes actifs ont été démontrées dans des études de recherche pour de nombreuses formulations. Vous trouverez ci-dessous deux brefs aperçus de l’encapsulation liposomale par sonication de type sonde.

Hadian et al. (2014) ont étudié l’efficacité de la sonication pour encapsuler dans des liposomes des acides gras oméga-3 issus d’huile de poisson (DHA et EPA). Afin d’évaluer l’efficacité et la qualité du piégeage, ils ont comparé la méthode de préparation de liposomes par ultrasons avec l’extrusion de liposomes. À l’aide du sonicateur de type sonde UP200S de Hielscher, les chercheurs constatent que la sonication par sonde « de liposomes préformés facilite un chargement significatif de DHA et d’EPA dans la membrane nanoliposomale. La technique de sonication par sonde a surpassé les autres méthodes. » Les liposomes préparés par sonication de type sonde étaient de forme sphérique et conservent une intégrité structurelle élevée.

Paini et al. (2015) ont mis au point une méthode simple mais très efficace utilisant la sonication pour préparer des liposomes chargés en apigénine avec de la lécithine de colza de qualité alimentaire dans un milieu aqueux, sans recourir à aucun solvant organique. Avec le sonicateur de type sonde de 400 watts modèle UP400S (Hielscher Ultrasonics), une efficacité d’encapsulation de plus de 92 % a été atteinte. La taille des liposomes peut être contrôlée avec précision en ajustant l’amplitude de sonication et la durée du procédé. L’analyse a montré que les structures liposomales d’apigénine présentaient un potentiel zêta élevé, un bon indice de polydispersité et restaient stables après le processus d’encapsulation.

Avantages de l’encapsulation liposomale par ultrasons

Les techniques de préparation des liposomes sont très variées, chacune présentant ses propres avantages et limites. La préparation de liposomes par ultrasons se distingue pour plusieurs raisons : elle offre une efficacité de piégeage très élevée (EE%), un excellent contrôle de la taille des liposomes, une grande fiabilité en termes de reproductibilité des résultats, ainsi qu’une mise à l’échelle linéaire vers des volumes plus importants.

1. Efficacité d’encapsulation accrue :
   L’ultrasonication offre une efficacité d’encapsulation élevée pour les composés aussi bien hydrophiles qu’hydrophobes. Les forces de cisaillement intenses et la cavitation facilitent la répartition uniforme de la substance encapsulée dans la bicouche liposomale ou le noyau aqueux.
2. Distribution granulométrique contrôlée :
   La possibilité de contrôler avec précision les paramètres de sonication permet de produire des liposomes présentant des distributions granulométriques étroites, essentielles pour une administration de médicaments et une biodisponibilité constantes.
3. Mise à l’échelle et reproductibilité :
   La formation de liposomes par ultrasons se prête très bien à la mise à l’échelle, ce qui la rend adaptée à la production aussi bien à l’échelle du laboratoire qu’à l’échelle industrielle. La reproductibilité du procédé garantit une qualité constante d’un lot à l’autre.
4. Utilisation minimale de solvants organiques :
   Par rapport aux autres méthodes de préparation de liposomes, l’ultrasonication nécessite nettement moins de solvants organiques, ce qui réduit la toxicité potentielle et l’impact environnemental.
5. Polyvalence :
   Cette technique est polyvalente et s’adapte à une large gamme de lipides et de substances à encapsuler, élargissant ainsi son champ d’application à diverses industries.

Applications dans les compléments alimentaires, les produits pharmaceutiques, les produits thérapeutiques et les aliments fonctionnels

Les sonicateurs Hielscher sont utilisés dans la recherche et dans la production commerciale pour produire des liposomes de qualité alimentaire et pharmaceutique. Les liposomes produits par ultrasons offrent une biodisponibilité élevée, peuvent transporter des charges élevées de principes actifs et présentent une efficacité d’encapsulation (EE%) et une stabilité élevées. En outre, la sonication conduit à une distribution granulométrique uniforme. Répondant à tous ces critères de qualité, les liposomes formulés par ultrasons sont des vecteurs idéaux pour les principes actifs pharmaceutiques (API) et les composés phytochimiques dans les médicaments, les produits thérapeutiques, les compléments alimentaires, les aliments fonctionnels et même les cosmétiques.

1. Compléments alimentaires :
   L’encapsulation liposomale par ultrasons est utilisée pour améliorer la biodisponibilité des compléments alimentaires et des nutraceutiques. Les vitamines, minéraux et extraits de plantes encapsulés dans des liposomes présentent une absorption et une stabilité améliorées, ce qui se traduit par une meilleure efficacité. Par exemple, les compléments liposomaux de vitamine C et de curcumine sont appréciés pour leurs bienfaits thérapeutiques accrus.
2. Produits pharmaceutiques :
   Dans l’industrie pharmaceutique, les liposomes servent de vecteurs pour l’administration de médicaments, en améliorant leur solubilité, leur stabilité et leur ciblage. Les formulations liposomales préparées par ultrasons sont employées pour l’administration d’agents chimiothérapeutiques, d’antibiotiques et de vaccins. La doxorubicine liposomale, par exemple, réduit la cardiotoxicité associée au traitement conventionnel par doxorubicine.
3. Produits thérapeutiques :
   Les produits thérapeutiques bénéficient de l’encapsulation liposomale grâce à une libération contrôlée et à une administration ciblée. Les liposomes peuvent franchir des barrières biologiques, telles que la barrière hémato-encéphalique, ce qui permet d’acheminer des médicaments vers des tissus ou des cellules spécifiques. Les nanoliposomes produits par ultrasons présentent une très haute biodisponibilité, car leur taille nanométrique leur permet de pénétrer dans les tissus et cellules ciblés. Cela est particulièrement avantageux dans le traitement des troubles neurologiques et des cancers.
4. Aliments fonctionnels :
   Dans l’industrie des aliments fonctionnels, les liposomes améliorent l’administration de composés bioactifs tels que les acides gras oméga-3, les probiotiques et les antioxydants. Ces substances bioactives encapsulées présentent une stabilité et une biodisponibilité améliorées, contribuant à de meilleurs résultats en matière de santé. Par exemple, l’encapsulation liposomale assistée par ultrasons de polyphénols dans les boissons contribue à préserver leurs propriétés antioxydantes.
5. Cosmétiques :
   Les formulations cosmétiques, également appelées cosméceutiques, bénéficient de la technique d’encapsulation liposomale, car les liposomes améliorent l’efficacité d’encapsulation des substances anti-âge telles que les antioxydants, offrant ainsi une meilleure protection contre le stress oxydatif. La structure en bicouche protège les composés sensibles des facteurs environnementaux, tels que le rayonnement UV et la pollution, qui peuvent dégrader les antioxydants. Les performances d’encapsulation accrues des liposomes soniqués permettent l’incorporation stable de composés volatils et sensibles, qui sont autrement difficiles à administrer efficacement.

La formation de liposomes par ultrasons est une technique robuste et polyvalente qui présente des avantages significatifs en termes d’efficacité d’encapsulation, de contrôle de la taille, de mise à l’échelle et de durabilité environnementale. Son application s’étend à diverses industries, de l’amélioration de la biodisponibilité des compléments alimentaires à l’amélioration de l’administration et de l’efficacité des produits pharmaceutiques et thérapeutiques. À mesure que la recherche et la technologie progressent, le potentiel de l’encapsulation liposomale par ultrasons pour innover et améliorer les formulations de produits ne cesse de croître, laissant entrevoir des développements prometteurs dans les domaines de la santé, de la médecine, de la nutrition et des cosmétiques.

Nanovecteurs formulés par sonication

Outre les liposomes, la sonication est également utilisée avec succès pour la formulation et le chargement de diverses autres formes de nanovecteurs, telles que les nanoparticules lipidiques solides, les vecteurs lipidiques nanostructurés et les nanoémulsions. Les sonicateurs Hielscher favorisent la formation et le chargement efficaces de ces nanovecteurs en ingrédients bioactifs. Réputés pour leur technologie de pointe, les sonicateurs Hielscher sont utilisés dans le monde entier dans la production alimentaire, pharmaceutique et cosmétique.