Préparation des liposomes par ultrasons

Les liposomes produits par ultrasons présentent une très grande efficacité de piégeage, une capacité de charge élevée et une taille sphérique uniformément petite. Les liposomes ultrasoniques offrent donc une excellente biodisponibilité. Hielscher Ultrasonics propose des 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 ultrasonique des liposomes est une technique utilisée pour encapsuler des médicaments ou d'autres agents thérapeutiques dans des liposomes en utilisant l'énergie ultrasonique. Comparée à d'autres méthodes d'encapsulation des liposomes, l'encapsulation ultrasonique présente plusieurs avantages qui en font une technique de production supérieure.

  • Chargement élevé, efficacité de piégeage élevée : La production de liposomes par ultrasons est bien connue pour produire des liposomes avec une charge élevée d'ingrédients actifs, par exemple de la vitamine C, des molécules médicamenteuses, etc. En même temps, la méthode de sonication présente une grande efficacité de piégeage. Cela signifie qu'un pourcentage élevé de la substance active est encapsulé par les ultrasons. En conclusion, cela fait de l'ultrasonication une méthode très efficace pour la production de liposomes.
  • Des liposomes de taille uniforme : L'un des avantages de l'encapsulation ultrasonique des liposomes est sa capacité à produire des liposomes très uniformes avec une distribution de taille étroite. L'énergie ultrasonique peut être utilisée pour fragmenter les gros liposomes ou les agrégats lipidiques en liposomes plus petits et plus uniformes. Il en résulte une plus grande uniformité dans la taille et la forme des liposomes, ce qui peut être important pour les applications d'administration de médicaments où la taille des particules peut avoir un impact sur leur pharmacocinétique et leur efficacité.
  • Applicable à toutes les molécules : Un autre avantage de l'encapsulation ultrasonique des liposomes est sa capacité à encapsuler une large gamme de médicaments et d'autres agents thérapeutiques. La technique peut être utilisée pour encapsuler des médicaments hydrophiles et hydrophobes, ce qui peut être difficile à réaliser avec d'autres méthodes. En outre, l'énergie ultrasonique peut être utilisée pour encapsuler des macromolécules et des nanoparticules, qui peuvent être trop grosses pour être encapsulées avec d'autres méthodes.
  • Rapide et fiable : L'encapsulation ultrasonique des liposomes est également un processus relativement simple et rapide. Elle ne nécessite pas l'utilisation de produits chimiques agressifs ou de températures élevées, qui peuvent être préjudiciables aux agents thérapeutiques encapsulés.
  • Mise à l'échelle : En outre, la technique peut être facilement mise à l'échelle pour une production à grande échelle, ce qui en fait une option rentable pour les applications d'administration de médicaments.

En résumé, l'encapsulation ultrasonique des liposomes est une technique supérieure pour l'encapsulation des liposomes en raison de sa capacité à produire des liposomes uniformes avec une distribution de taille étroite, à encapsuler une large gamme d'agents thérapeutiques, ainsi que de sa simplicité et de son évolutivité.

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La méthode ultrasonique garantit la formation de liposomes aux caractéristiques spécifiques en favorisant l'encapsulation des ingrédients actifs et en ajustant leur taille et leur lamellarité grâce à des étapes de traitement contrôlées. Les sonicateurs Hielscher sont réputés pour les meilleurs résultats obtenus dans la formation des liposomes.

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 le liposome. En outre, la sonication permet d'obtenir la taille de liposome souhaitée.

Préparation ultrasonique de liposomes pour les produits pharmaceutiques et cosmétiques

Les liposomes (vésicules à base de lipides), les transferosomes (liposomes ultra-déformables), les éthosomes (vésicules ultra-déformables à forte teneur en alcool) et les niosomes (vésicules synthétiques) sont des vésicules microscopiques qui peuvent être préparées artificiellement en tant que supports globulaires dans lesquels des molécules actives peuvent être encapsulées. Ces vésicules, dont le diamètre est compris entre 25 et 5 000 nm, sont souvent utilisées comme vecteurs de médicaments dans l'industrie pharmaceutique et cosmétique, notamment pour l'administration de médicaments par voie orale ou topique, la génothérapie et l'immunisation. L'ultrasonication est une méthode scientifiquement prouvée pour la production très efficace de liposomes. Les ultrasons Hielscher produisent des liposomes à forte teneur en principes actifs et à biodisponibilité supérieure.

Liposomes et formulation liposomale

Les liposomes sont des systèmes vésiculaires unilamellaires, oligolamellaires ou multilamellaires, composés du même matériau que la membrane cellulaire (bicouche lipidique). En fonction de leur composition et de leur taille, les liposomes se différencient comme suit :

  • Vésicules multi-lamellaires (MLV, 0,1-10μm)
  • petites vésicules unilamellaires (SUV, <100 nm)
  • grandes vésicules unilamellaires (LUV, 100-500 nm)
  • Vésicules unilamellaires géantes (GUV, ≥1 μm)

 

Ultrasonator UP200Ht lors de la préparation de liposomes de vitamine C.La structure principale des liposomes est constituée de phospholipides. Les phospholipides ont un groupe de tête hydrophile et un groupe de queue hydrophobe, qui consiste en une longue chaîne d'hydrocarbures.
La membrane des liposomes a une composition très similaire à celle de la barrière cutanée, de sorte qu'ils peuvent être facilement intégrés dans la peau humaine. Lorsque les liposomes fusionnent avec la peau, ils peuvent décharger les agents piégés directement vers leur destination, où les actifs peuvent remplir leurs fonctions. Ainsi, les liposomes améliorent la pénétrabilité/perméabilité de la peau pour les agents pharmaceutiques et cosmétiques piégés. Les liposomes sans agents encapsulés, les vésicules vides, sont également des actifs puissants pour la peau, car la phosphatidylcholine incorpore 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 plasmique, d'oligonucléotides antisens ou de ribozymes, à des fins pharmaceutiques, cosmétiques et biochimiques. L'énorme polyvalence de la taille des particules et des paramètres physiques des lipides offre un potentiel attrayant pour la construction de véhicules sur mesure pour une large gamme d'applications. (Ulrich 2002)

Formation de liposomes par ultrasons

Les liposomes peuvent être formés par l'utilisation d'ultrasons. Les matériaux de base pour la préparation des liposomes sont des molécules amphiliques dérivées ou basées sur les lipides des membranes biologiques. Pour la formation de petites vésicules unilamellaires (SUV), la dispersion lipidique est soniquée doucement. – par exemple avec l'appareil à ultrasons portable UP50H (50W, 30kHz), le VialTweeter ou le réacteur à ultrasons CupHorn – dans un bain de glace. La durée de ce traitement ultrasonique est d'environ 5 à 15 minutes. Une autre méthode pour produire de petites vésicules unilamellaires est la sonication des liposomes à vésicules multi-lamellaires.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporte l'obtention de transferosomes par sonication de MLVs à température ambiante.
Hielscher Ultrasonics propose divers appareils à ultrasons, sonotrodes et accessoires et peut ainsi fournir la configuration ultrasonique la plus appropriée pour une encapsulation de liposomes hautement efficace à n'importe quelle échelle.

Encapsulation ultrasonique de substances actives dans des liposomes

Les liposomes servent de supports à des ingrédients actifs tels que des vitamines, des molécules thérapeutiques, des peptides, etc. Les ultrasons sont un outil efficace pour préparer et former des liposomes pour le piégeage d'agents actifs. Simultanément, la sonication facilite le processus d'encapsulation et de piégeage, ce qui permet de produire des liposomes à forte charge d'ingrédients actifs. Avant l'encapsulation, les liposomes ont tendance à former des grappes en raison de l'interaction charge de surface-charge des têtes polaires des phospholipides (cf. Míckova et al. 2008), et 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 ultrasons. Lorsque la poudre de biotine a été ajoutée à la solution de suspension de vésicules, la solution a été soniquée. Après ce traitement, la biotine a été piégée dans les liposomes.

Pour la production de liposomes chargés de molécules bioactives, l'encapsulation par ultrasons est la méthode préférée.

Processeur à ultrasons 1kW UIP1000hdT pour la production continue en ligne de liposomes

Emulsions liposomales par ultrasons

Pour renforcer l'effet nourrissant des crèmes, lotions, gels hydratants ou anti-âge et autres formulations cosméceutiques, des émulsifiants sont ajoutés aux dispersions liposomales afin de stabiliser des quantités plus importantes de lipides. Mais les recherches ont montré que la capacité des liposomes est généralement limitée. Avec l'ajout d'émulsifiants, cet effet apparaît plus tôt et les émulsifiants supplémentaires affaiblissent l'affinité de la phosphatidylcholine pour la barrière. Nanoparticules – composées de phosphatidylcholine et de lipides - sont la réponse à ce problème. Ces nanoparticules sont formées d'une gouttelette d'huile recouverte d'une monocouche de phosphatidylcholine. L'utilisation de nanoparticules permet des formulations capables d'absorber plus de lipides et de rester stables, de sorte que des émulsifiants supplémentaires ne sont pas nécessaires.
L'émulsification ultrasonique est utilisée pour produire des produits de soin de la peau tels que des crèmes et des lotions contenant une grande quantité de substances actives.L'ultrasonication est une méthode éprouvée pour la production de nanoémulsions et de nanodispersions. Des ultrasons très intenses fournissent la puissance nécessaire pour disperser une phase liquide (phase dispersée) en 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 de liquide à grande vitesse. Afin de stabiliser les gouttelettes nouvellement formées de la phase dispersée contre la coalescence, des émulsifiants (substances actives de surface, agents de surface) et des stabilisateurs sont ajoutés à l'émulsion. Étant donné que la coalescence des gouttelettes après la rupture influence la distribution de la taille des gouttelettes finales, des émulsifiants stabilisants efficaces sont utilisés pour maintenir la distribution de la taille des gouttelettes finales à un niveau égal à la distribution immédiatement après la rupture des gouttelettes dans la zone de dispersion ultrasonique.

Dispersions liposomales par ultrasons

Les dispersions liposomales, qui sont basées sur la phosphatidylchlorine insaturée, manquent de stabilité contre l'oxydation. La stabilisation de la dispersion peut être assurée par des antioxydants, tels qu'un complexe de vitamines C et E.
 

 
Ortan et al. (2002) ont obtenu de bons résultats dans leur étude sur la préparation ultrasonique de l'huile essentielle d'Anethum graveolens en liposomes. Après sonication, la dimension des liposomes se situait entre 70-150 nm, et pour la VLM entre 230-475 nm ; ces valeurs étaient à peu près constantes même après 2 mois, mais augmentaient après 12 mois, en particulier dans la dispersion SUV (voir les histogrammes ci-dessous). Les mesures de stabilité, concernant la perte d'huile essentielle et la distribution de taille, ont également montré que les dispersions liposomales conservaient leur teneur en huile volatile. Ceci suggère que le piégeage de l'huile essentielle dans les liposomes augmente la stabilité de l'huile.

Stabilité à long terme de la dispersion de vésicules multilamellaires (MLV) et de petites vésicules unilamellaires (SUV) préparées par ultrasons.

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

Les processeurs à ultrasons Hielscher sont les appareils idéaux pour les applications de l'industrie 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 transformer cette application de laboratoire en une méthode de production efficace permettant d'obtenir des émulsions finement dispersées en flux continu ou par lots. – Ils permettent d'obtenir des résultats comparables à ceux des meilleurs homogénéisateurs à haute pression disponibles aujourd'hui, tels que les vannes à orifice. Outre cette grande efficacité dans l'émulsification continue, les appareils à ultrasons Hielscher nécessitent très peu d'entretien et sont très faciles à utiliser et à nettoyer. Les ultrasons facilitent en effet le nettoyage et le rinçage. La puissance des ultrasons est réglable et peut être adaptée à des produits particuliers et à des exigences d'émulsification. Des réacteurs à cellules d'écoulement spéciaux répondant aux exigences avancées de NEP (nettoyage en place) et de SEP (stérilisation en place) sont également disponibles.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :

Volume du lotdébitDispositifs recommandés
1 à 500mL10 à 200mL/minUP100H
10 à 2000mL20 à 400mL/minUP200Ht, UP400ST
0.1 à 20L0.2 à 4L/minUIP2000hdT
10 à 100L2 à 10L/minUIP4000hdt
15 à 150L3 à 15L/minUIP6000hdT
n.d.10 à 100L/minUIP16000
n.d.plus grandegroupe de UIP16000

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Questions fréquemment posées sur les liposomes

Quels sont les différents types de liposomes ?

Les liposomes sont classés en différents types en fonction de leur taille et du nombre de bicouches qu'ils contiennent. Ces catégories sont les suivantes

  • Petites vésicules unilamellaires (SUV) : Ce sont les plus petits liposomes avec une seule bicouche lipidique.
  • Les grandes vésicules unilamellaires (LUV) : Plus grands que les SUV, ils ont également une seule bicouche.
  • Vésicules multilamellaires (MLV) : Ils contiennent plusieurs bicouches concentriques.
  • Vésicules multivésiculaires (MVV) : Elles sont composées de plusieurs vésicules plus petites à l'intérieur d'une vésicule plus grande.

 
Parmi les autres types spécialisés, on peut citer

  • Liposomes PEGylés : Liposomes modifiés avec du polyéthylène glycol (PEG) pour améliorer la stabilité et le 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 classés en sept catégories principales en fonction de la structure de leur vésicule :

  • Les grandes vésicules multilamellaires (MLV) : Contiennent plusieurs bicouches.
  • Vésicules oligolamellaires (OLV) : Avoir quelques bicouches.
  • Petites vésicules unilamellaires (SUV) : Le plus petit avec une seule bicouche.
  • Vésicules unilamellaires de taille moyenne (MUV) : Taille intermédiaire avec une seule bicouche.
  • Les grandes vésicules unilamellaires (LUV) : Plus grande avec une seule bicouche.
  • Vésicules unilamellaires géantes (GUV) : Très grand 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 : Constitué de phospholipides à double chaîne, qui peuvent être neutres ou chargés.
Niosomes : Fabriqué à partir de tensioactifs à chaîne unique non chargés et de cholestérol.
Les deux structures sont formées par sonication, qui favorise l'assemblage des vésicules bicouches.

Quelle est la taille idéale d'un liposome ?

Pour l'administration thérapeutique, la taille idéale d'un liposome se situe théoriquement entre 50 et 200 nanomètres de diamètre. Cette fourchette de taille 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 hydrophobes et 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 de la couche mince et la méthode d'évaporation en phase inverse.
Méthode d'hydratation en couche mince :

  1. Dissoudre les lipides dans un solvant organique.
  2. Evaporer le solvant pour former un film lipidique fin.
  3. Hydrater le film avec une solution aqueuse par sonication afin de former des vésicules multilamellaires.

Méthode d'évaporation en phase inverse :

  1. Dissoudre les lipides dans l'eau et l'éthanol.
  2. Soniquer la solution à 60°C pendant environ 10 minutes pour créer une pâte lipidique.
  3. Refroidir la suspension lipidique et ajouter l'eau ou le 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 en poursuivant la sonication.

Qu'est-ce qu'un archéosome ?

Les archéosomes sont des liposomes fabriqués à partir 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 ?

La sonde ultrasonique UP50H est utilisée pour encapsuler la curcumine dans des nanoparticules afin d'améliorer sa biodisponibilité.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 qu'il soit nécessaire de reconstituer des lipides externes. À 0°C, les lipides polaires de Sulfolobusacidocaldarius ont été efficacement soniqués pour former des archéosomes. Des archéosomes chargés de BMD et des liposomes conventionnels, ainsi que des lipides archéens isolés de l'archée H. salinarum et enrichis en phosphatidylcholine, ont été fabriqués à l'aide de techniques de sonification. Des vésicules soniquées ont été créées pour l'administration topique en soniquant des dispersions de MLV à 80 % d'amplitude pendant 4 minutes à l'aide d'un sonicateur de type sonde Hielscher UP50H (voir l'image de gauche).

Littérature/références

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Suspension liposomale de vitamine C formulée avec l'ultrasonificateur Hielscher UP200Ht

Suspension liposomale de vitamine C formulée avec le Hielscher ultrasonator UP200Ht.

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