Préparation de liposomes par ultrasons

Les liposomes produits par ultrasons présentent une efficacité d’encapsulation très élevée, une capacité de charge élevée et une forme sphérique de petite taille uniforme. Ces liposomes offrent ainsi une excellente biodisponibilité. Hielscher Ultrasonics propose des appareils à ultrasons pour la production fiable de liposomes de qualité pharmaceutique en mode discontinu et continu.

Avantages de la production de liposomes par ultrasons

L’encapsulation liposomale par ultrasons est une technique permettant d’encapsuler des médicaments ou d’autres agents thérapeutiques dans des liposomes à l’aide de l’énergie ultrasonore. Comparée aux autres méthodes d’encapsulation liposomale, l’encapsulation par ultrasons présente plusieurs avantages qui en font une technique de production supérieure.

• Charge élevée, efficacité d’encapsulation élevée : La production de liposomes par ultrasons est reconnue pour permettre l’obtention de liposomes fortement chargés en principes actifs, par exemple en vitamine C, en molécules médicamenteuses, etc. Parallèlement, la méthode de sonication présente une efficacité d’encapsulation élevée. Cela signifie qu’un pourcentage élevé de la substance active est encapsulé par ultrasons. La sonication constitue donc une méthode très efficace de production de liposomes.
• Liposomes de petite taille uniforme : L’un des avantages de l’encapsulation liposomale par ultrasons est sa capacité à produire des liposomes très uniformes présentant une distribution de tailles étroite. L’énergie ultrasonore peut être utilisée pour fragmenter des liposomes plus grands ou des agrégats lipidiques en liposomes plus petits et plus uniformes. Cela améliore l’uniformité de la taille et de la forme des liposomes, ce qui peut être important pour les applications d’administration de médicaments, où la taille des particules peut influer sur leur pharmacocinétique et leur efficacité.
• Applicable à toutes les molécules : Un autre avantage de l’encapsulation liposomale par ultrasons est sa capacité à encapsuler une large gamme de médicaments et d’autres agents thérapeutiques. Cette technique permet d’encapsuler aussi bien des médicaments hydrophiles que des médicaments hydrophobes, ce qui peut être difficile avec d’autres méthodes. En outre, l’énergie ultrasonore peut être utilisée pour encapsuler des macromolécules et des nanoparticules qui peuvent être trop grandes pour être encapsulées par d’autres méthodes.
• Rapide et fiable : L’encapsulation liposomale par ultrasons est également un procédé relativement simple et rapide. Elle ne nécessite pas l’utilisation de produits chimiques agressifs ni de températures élevées, qui peuvent altérer les agents thérapeutiques à encapsuler.
• Passage à l’échelle : En outre, cette technique peut facilement être transposée à une production à grande échelle, ce qui en fait une option économique pour les applications d’administration de médicaments.

En résumé, l’encapsulation liposomale par ultrasons constitue une technique supérieure d’encapsulation dans des liposomes grâce à sa capacité à produire des liposomes uniformes présentant une distribution de tailles étroite, à encapsuler une large gamme d’agents thérapeutiques, ainsi qu’à sa simplicité et à sa facilité de passage à l’échelle.

Après la formation d’un film lipidique et sa réhydratation, la sonication est utilisée pour favoriser l’encapsulation des principes actifs dans le liposome. Elle permet également d’obtenir la taille de liposome souhaitée.

Préparation de liposomes par ultrasons pour les produits pharmaceutiques et cosmétiques

Les liposomes (vésicules à base de lipides), les transférosomes (liposomes ultradéformables), les éthosomes (vésicules ultradéformables à forte teneur en alcool) et les niosomes (vésicules synthétiques) sont des vésicules microscopiques qui peuvent être préparées artificiellement sous forme de vecteurs globulaires dans lesquels des molécules actives peuvent être encapsulées. Ces vésicules, dont le diamètre est compris entre 25 et 5000 nm, sont souvent utilisées comme vecteurs de médicaments dans les industries pharmaceutique et cosmétique, notamment pour l’administration de médicaments par voie orale ou topique, la thérapie génique et l’immunisation. La sonication est une méthode scientifiquement éprouvée pour la production très efficace de liposomes. Les appareils à ultrasons Hielscher produisent des liposomes fortement chargés en principes actifs et présentant une biodisponibilité supérieure.

Liposomes et formulation liposomale

Les liposomes sont des systèmes vésiculaires unilamellaires, oligolamellaires ou multilamellaires constitués du même matériau qu’une membrane cellulaire (bicouche lipidique). Selon leur composition et leur taille, les liposomes sont distingués comme suit :

• vésicules multilamellaires (MLV, 0,1–10μm)
• petites vésicules unilamellaires (SUV, <100 nm)
• grandes vésicules unilamellaires (LUV, 100–500 nm)
• vésicules unilamellaires géantes (GUV, ≥1 μm)

La structure principale des liposomes est constituée de phospholipides. Les phospholipides possèdent un groupement de tête hydrophile et une queue hydrophobe constituée d’une longue chaîne hydrocarbonée.
La membrane des liposomes présente une composition très similaire à celle de la barrière cutanée, ce qui leur permet de s’intégrer facilement à la peau humaine. Lorsque les liposomes fusionnent avec la peau, ils peuvent libérer les agents encapsulés directement à leur destination, où les principes actifs peuvent exercer leurs fonctions. Les liposomes améliorent ainsi la pénétration et la perméabilité cutanées pour les agents pharmaceutiques et cosmétiques encapsulés. Les liposomes sans agents encapsulés, c’est-à-dire les vésicules vides, sont eux aussi de puissants actifs pour la peau, car la phosphatidylcholine contient deux éléments essentiels que l’organisme humain ne peut pas produire lui-même : l’acide linoléique et la choline.
Les liposomes sont utilisés comme vecteurs biocompatibles de médicaments, de peptides, de protéines, d’ADN plasmidique, d’oligonucléotides antisens ou de ribozymes à des fins pharmaceutiques, cosmétiques et biochimiques. La très grande diversité des tailles de particules et des paramètres physiques des lipides offre un potentiel intéressant pour concevoir des vecteurs sur mesure destinés à une large gamme d’applications. (Ulrich 2002)

Formation de liposomes par ultrasons

Les liposomes peuvent être formés à l’aide d’ultrasons. Les matériaux de base utilisés pour leur préparation sont des molécules amphiphiles dérivées de lipides de membranes biologiques ou élaborées à partir de ceux-ci. Pour former de petites vésicules unilamellaires (SUV), la dispersion lipidique est soumise à une sonication douce – par exemple avec l’appareil à ultrasons portatif UP50H (50W, 30kHz), le VialTweeter ou le réacteur à ultrasons CupHorn – dans un bain de glace. Un tel traitement ultrasonore dure environ 5 – 15 minutes. Une autre méthode de production de petites vésicules unilamellaires consiste à soumettre des liposomes multilamellaires à une sonication.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapportent l’obtention de transférosomes par sonication de MLV à température ambiante.
Hielscher Ultrasonics propose différents appareils à ultrasons, sonotrodes et accessoires et peut ainsi fournir la configuration ultrasonore la plus adaptée à une encapsulation liposomale très efficace, quelle que soit l’échelle.

Encapsulation de substances actives dans des liposomes par ultrasons

Les liposomes servent de vecteurs pour des principes actifs tels que les vitamines, les molécules thérapeutiques, les peptides, etc. Les ultrasons constituent un outil efficace pour préparer et former des liposomes destinés à encapsuler des agents actifs. La sonication facilite simultanément le processus d’encapsulation et de piégeage, permettant ainsi de produire des liposomes fortement chargés en principes actifs. Avant l’encapsulation, les liposomes ont tendance à former des amas en raison des interactions entre les charges de surface des têtes polaires des phospholipides (cf. Míckova et al. 2008) ; ils doivent en outre être ouverts. À titre d’exemple, Zhu et al. (2003) décrivent l’encapsulation de poudre de biotine dans des liposomes par sonication. Après l’ajout de la poudre de biotine à la suspension de vésicules, celle-ci a été soumise à une sonication. À l’issue de ce traitement, la biotine était encapsulée dans les liposomes.
Découvrez l’encapsulation par ultrasons de peptides GLP-1 (par exemple le sémaglutide) dans des liposomes !

Émulsions liposomales par sonication

Pour renforcer l’effet nourrissant des crèmes hydratantes ou anti-âge, des lotions, des gels et d’autres formulations cosméceutiques, des émulsifiants sont ajoutés aux dispersions liposomales afin de stabiliser des quantités plus importantes de lipides. Toutefois, des études ont montré que la capacité des liposomes est généralement limitée. L’ajout d’émulsifiants fait apparaître cet effet plus tôt, et les émulsifiants supplémentaires réduisent l’affinité de la phosphatidylcholine pour la barrière cutanée. Les nanoparticules – composées de phosphatidylcholine et de lipides – apportent une réponse à ce problème. Ces nanoparticules sont constituées d’une gouttelette d’huile recouverte d’une monocouche de phosphatidylcholine. Leur utilisation permet d’obtenir des formulations capables d’incorporer davantage de lipides tout en restant stables, sans nécessiter d’émulsifiants supplémentaires.
La sonication est une méthode éprouvée de production de nanoémulsions et de nanodispersions. Les ultrasons de très forte intensité fournissent la puissance nécessaire pour disperser une phase liquide (phase dispersée) sous forme de petites gouttelettes dans une seconde phase (phase continue). Dans la zone de dispersion, l’implosion des bulles de cavitation provoque des ondes de choc intenses dans le liquide environnant et entraîne la formation de jets liquides à grande vitesse. Afin de stabiliser les gouttelettes nouvellement formées de la phase dispersée contre la coalescence, des émulsifiants (substances tensioactives, surfactants) et des stabilisants sont ajoutés à l’émulsion. Comme la coalescence des gouttelettes après leur fragmentation influe sur la distribution finale de leurs tailles, des émulsifiants assurant une stabilisation efficace sont utilisés pour maintenir cette distribution au niveau de celle observée immédiatement après la fragmentation des gouttelettes dans la zone de dispersion ultrasonore.

Dispersions liposomales par sonication

Les dispersions liposomales à base de phosphatidylchlorine insaturée présentent une faible stabilité à l’oxydation. La dispersion peut être stabilisée par des antioxydants, par exemple un complexe de vitamines C et E.
 

Formation de liposomes par la méthode d’évaporation en phase inverse avec sonication

 
Ortan et al. (2002) ont obtenu de bons résultats dans leur étude sur la préparation par ultrasons de liposomes contenant de l’huile essentielle d’Anethum graveolens. Après sonication, la taille des liposomes était comprise entre 70–150 nm et celle des MLV entre 230–475 nm ; ces valeurs étaient encore approximativement constantes après 2 mois, mais augmentaient après 12 mois, particulièrement dans la dispersion de SUV (voir les histogrammes ci-dessous). Les mesures de stabilité portant sur la perte d’huile essentielle et la distribution des tailles ont également montré que les dispersions liposomales conservaient leur teneur en huile volatile. Cela suggère que l’encapsulation de l’huile essentielle dans les liposomes améliorait sa stabilité.

Ortan et al. (2009) : stabilité des dispersions de MLV et de SUV après 1 an. Les formulations liposomales ont été conservées à 4±1 ºC.

Les processeurs à ultrasons Hielscher sont des appareils idéaux pour les applications dans les industries cosmétique et pharmaceutique. Les systèmes composés de plusieurs processeurs à ultrasons d’une puissance allant jusqu’à 16 000 watts chacun offrent la capacité nécessaire pour transposer cette application de laboratoire en une méthode de production efficace permettant d’obtenir des émulsions finement dispersées en écoulement continu ou en mode discontinu – avec des résultats comparables à ceux des meilleurs homogénéisateurs haute pression actuellement disponibles, tels que les vannes à orifice. Outre cette grande efficacité en émulsification continue, les appareils à ultrasons Hielscher nécessitent très peu d’entretien et sont très faciles à utiliser et à nettoyer. Les ultrasons facilitent effectivement le nettoyage et le rinçage. La puissance ultrasonore est réglable et peut être adaptée aux produits spécifiques et aux exigences d’émulsification. Des réacteurs spéciaux à cellule à circulation répondant aux exigences avancées de CIP (nettoyage en place) et de SIP (stérilisation en place) sont également disponibles.

Questions fréquentes sur les liposomes

Quels types de liposomes distingue-t-on ?

Les liposomes sont classés en différents types selon leur taille et le nombre de bicouches qu’ils contiennent. Ces catégories comprennent :

• Petites vésicules unilamellaires (SUV) : Ce sont les plus petits liposomes, dotés d’une seule bicouche lipidique.
• Grandes vésicules unilamellaires (LUV) : Plus grandes que les SUV, elles possèdent également une seule bicouche.
• Vésicules multilamellaires (MLV) : Elles contiennent plusieurs bicouches concentriques.
• Vésicules multivésiculaires (MVV) : Elles sont composées de plusieurs vésicules plus petites à l’intérieur d’une vésicule plus grande.

 
D’autres types spécialisés comprennent :

• Liposomes PEGylés : Liposomes modifiés par du polyéthylène glycol (PEG) pour améliorer leur stabilité et prolonger leur temps de circulation.
• Nanoliposomes : Très petits liposomes, généralement utilisés pour l’administration ciblée de médicaments.

Quelles structures vésiculaires les liposomes peuvent-ils présenter ?

Les liposomes sont également classés selon leur structure vésiculaire en sept types principaux :

• Grandes vésicules multilamellaires (MLV) : Contiennent plusieurs bicouches.
• Vésicules oligolamellaires (OLV) : Possèdent quelques bicouches.
• Petites vésicules unilamellaires (SUV) : Les plus petites, avec une seule bicouche.
• Vésicules unilamellaires de taille moyenne (MUV) : De taille intermédiaire, avec une seule bicouche.
• Grandes vésicules unilamellaires (LUV) : Plus grandes, avec une seule bicouche.
• Vésicules unilamellaires géantes (GUV) : Très grandes, avec une seule bicouche.
• Vésicules multivésiculaires (MVV) : Plusieurs vésicules à l’intérieur d’une seule grande vésicule.

Quelles sont les différences entre les liposomes et les niosomes ?

Les liposomes et les niosomes diffèrent principalement par leur composition :
Liposomes : Constitués de phospholipides à deux chaînes, qui peuvent être neutres ou chargés.
Niosomes : Constitués de tensioactifs non chargés à une seule chaîne et de cholestérol.
Ces deux structures sont formées par sonication, qui favorise l’assemblage des vésicules à bicouche.

Quelle est la taille idéale d’un liposome ?

Pour l’administration d’agents thérapeutiques, la taille idéale d’un liposome est théoriquement comprise entre 50 et 200 nanomètres de diamètre. Cette plage de tailles optimise la stabilité et la biodisponibilité. La sonication est couramment utilisée pour réduire la vésicule à la taille souhaitée.

Les liposomes peuvent-ils transporter des médicaments hydrophiles ?

Oui, les liposomes peuvent transporter des médicaments hydrophiles. Ils sont appréciés dans les applications biomédicales pour leur capacité à encapsuler des agents aussi bien hydrophobes qu’hydrophiles. En outre, ils présentent une biocompatibilité et une biodégradabilité élevées, ce qui en fait des systèmes d’administration efficaces.

Comment fabriquer des liposomes ?

Les techniques les plus courantes de préparation des liposomes sont la méthode du film mince et la méthode d’évaporation en phase inverse.
Méthode d’hydratation du film mince :

1. Dissoudre les lipides dans un solvant organique.
2. Évaporer le solvant pour former un film lipidique mince.
3. Hydrater le film avec une solution aqueuse en utilisant la sonication afin de former des vésicules multilamellaires.

Méthode d’évaporation en phase inverse :

1. Dissoudre les lipides dans l’eau et l’éthanol.
2. Soumettre la solution à une sonication à 60°C pendant environ 10 minutes pour obtenir une pâte lipidique.
3. Refroidir la suspension lipidique et ajouter de l’eau ou une solution tampon goutte à goutte tout en remuant.
4. Hydrater la suspension pendant 1 heure pour former des vésicules multilamellaires.
5. Réduire la taille des liposomes par une sonication supplémentaire.

Que sont les archéosomes ?

Les archéosomes sont des liposomes constitués de lipides d’archées, connus pour leur stabilité et leur résistance aux conditions extrêmes. Ces propriétés rendent les archéosomes particulièrement utiles pour l’administration de médicaments et le développement de vaccins dans des environnements difficiles.

Comment les archéosomes sont-ils préparés ?

Procédure de sonication selon Pise (2022) : les archéosomes peuvent être fabriqués à partir de la fraction lipidique polaire « PLF » de Sulfolobussolfataricus par sonication à 60°C, sans nécessiter d’apport externe de lipides. À 0°C, les lipides polaires de Sulfolobusacidocaldarius ont été efficacement soumis à une sonication pour former des archéosomes. Des archéosomes chargés en BMD et des liposomes classiques, ainsi que des lipides d’archées isolés à partir de l’archée H. salinarum et enrichis en phosphatidylcholine, ont été préparés à l’aide de techniques de sonication. Des vésicules soniquées ont été produites pour une administration topique en soumettant des dispersions de MLV à une sonication à 80 pour cent d’amplitude pendant 4 minutes à l’aide d’un appareil de sonication à sonde Hielscher UP50H (voir l’image à gauche).

Bibliographie/Références

• Raquel Martínez-González, Joan Estelrich, Maria Antònia Busquets (2016): Liposomes Loaded with Hydrophobic Iron Oxide Nanoparticles: Suitable T2 Contrast Agents for MRI. International Journal of Molecular Science 2016.
• 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.
• Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2014): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
• Pise, Ganesh (2022): Archaeosomes for both cell-based delivery applications and drug-based delivery applications. Journal of Medical Pharmaceutical and Allied Sciences 11, 2022. 4995-5003.