Hydratation en film mince assistée par ultrasons pour la préparation de liposomes

Les liposomes sont des vésicules sphériques composées d’une ou de plusieurs bicouches phospholipidiques entourant un cœur aqueux. Grâce à leur capacité à encapsuler des composés hydrophiles, lipophiles et amphiphiles, les liposomes sont largement utilisés dans les applications pharmaceutiques, nutraceutiques, cosmétiques et alimentaires. Leur biodégradabilité, leur biocompatibilité et leur caractère non immunogène en font des systèmes de délivrance particulièrement attractifs.
Parmi les différentes méthodes de fabrication des liposomes, l’hydratation en film mince (TFH) reste l’une des techniques les plus établies et les plus polyvalentes. Associée à une sonication contrôlée, cette méthode permet de produire des liposomes de taille nanométrique présentant une homogénéité, une efficacité d’encapsulation et une stabilité améliorées.

Rôle des ultrasons dans l’hydratation en film mince

L’hydratation en film mince produit initialement de manière prédominante des vésicules multilamellaires (MLV) de diamètre relativement important et à large distribution de taille. En raison de leur taille, ces vésicules présentent une absorption cellulaire limitée et une biodisponibilité réduite, en particulier dans les applications nécessitant une interaction membranaire efficace ou une pénétration tissulaire. C’est pourquoi la sonication par sonde est appliquée comme étape contrôlée de réduction de taille afin de convertir les MLV en petits liposomes unilamellaires ou de taille nanométrique avec un indice de polydispersité plus étroit. Les nanoliposomes réduits en taille par ultrasons offrent un rapport surface/volume nettement plus élevé, une meilleure stabilité colloïdale et une internalisation cellulaire accrue, ce qui se traduit par une biodisponibilité et des performances de délivrance supérieures.

1. Mécanisme d’action
   Les ultrasons de haute intensité génèrent une cavitation acoustique – formation et implosion de bulles microscopiques – produisant des forces de cisaillement localisées, des microcourants et des gradients de haute pression transitoires.

   Ces effets entraînent :

   • Rupture des grandes vésicules multilamellaires
   • Fragmentation et réorganisation des bicouches
   • Formation de petites vésicules unilamellaires (SUV)
   • Distribution granulométrique plus étroite

   Dans les systèmes nanoliposomaux préparés par film mince + dispersion par ultrasons, des diamètres moyens de particules de l’ordre de ~80 nm avec une faible polydispersité sont obtenus de manière fiable.

2. Avantages du procédé
   La TFH assistée par ultrasons offre :
   • Taille de particules réduite (gamme nanométrique)
   • Indice de polydispersité (PDI) plus faible
   • Efficacité d’encapsulation accrue
   • Stabilité colloïdale améliorée
   • Stabilité thermique et oxydative renforcée des composés encapsulés

   Ces améliorations sont essentielles pour stabiliser les bioactifs sensibles à l’oxydation, tels que les acides gras polyinsaturés.

Après la formation d’un film lipidique et sa réhydratation ultérieure, 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.

Instructions générales : préparation de liposomes par hydratation en film mince assistée par ultrasons

1. Matériaux et formulation
   1. Sélectionner un phospholipide (p. ex. lécithine / phosphatidylcholine) et, éventuellement, du cholestérol.
   2. Choisir le rapport lipidique en fonction des exigences de stabilité.

   Un rapport lécithine/cholestérol d’environ 40:20 a permis d’obtenir des nanoliposomes stables présentant un potentiel zêta élevé et un faible PDI dans un système lié à l’alimentation.

2. Dissolution des lipides (phase organique)
   1. Dissoudre le phospholipide + le cholestérol dans un solvant organique volatil (p. ex. chloroforme).
   2. Si des additifs fonctionnels nécessitent un co-solvant, les dissoudre séparément (p. ex. dans le méthanol), puis combiner.

   Cette approche est explicitement décrite pour des liposomes obtenus par hydratation en film mince utilisant le chloroforme (lipides) et le méthanol (additif).

3. Formation du film mince
   1. Transférer la solution lipidique dans un ballon à fond rond.
   2. Éliminer les solvants par évaporation rotative à température modérée (p. ex. 40 °C) sous pression réduite jusqu’à la formation d’un film sec et homogène.
4. Hydratation du film lipidique
   1. Hydrater le film lipidique avec une phase aqueuse contenant le principe actif (ou un tampon si l’on produit des liposomes vides).
   2. Hydrater sous agitation et à température élevée (au-dessus de la transition de phase des lipides si nécessaire).

   Exemple tiré d’une formulation biomédicale : hydratation avec un tampon HEPES (pH 7,4) et agitation à 60°C pendant 6 h.

5. Réduction de taille par ultrasons
   Après l’hydratation, la dispersion contient généralement des vésicules multilamellaires et doit être réduite en taille.

   Recommandations générales pour l’étape de sonication :

   • Utiliser une ultrasonication par sonde.
   • Appliquer une sonication pulsée pour contrôler la température.
   • Maintenir l’échantillon dans un bain de glace ou utiliser un refroidissement externe.

   Exemple de protocole de sonication avec le sonicateur Hielscher UP200Ht :
   15 min au total, 10 s ON / 5 s OFF, 100 W, amplitude 100%. (cf. Truszkowska et al., 2025 et Ahmadi et al, 2021)

6. Post-traitement facultatif
   Selon l’application :
   • Éliminer le composé non encapsulé par centrifugation/filtration.
   • Laver et remettre en suspension dans un tampon frais.

   Exemple : l’élimination du matériel non lié par centrifugation et remise en suspension est décrite pour la purification de liposomes.

7. Caractérisation
   Les études jointes considèrent systématiquement les éléments suivants comme des indicateurs de qualité essentiels :
   • Taille des particules (nm)
   • Indice de polydispersité (PDI)
   • Potentiel zêta
   • Efficacité d’encapsulation
   • Morphologie (TEM/SEM)
   • Stabilité pendant le stockage

   Exemples de résultats démontrant une bonne qualité des nanoliposomes :
   Taille ≈82 nm, PDI ≈0,06, potentiel zêta ≈−56 mV, efficacité d’encapsulation ≈76,5%.

   Remarques pratiques
   Le cholestérol améliore la stabilité. Les études indiquent explicitement que l’ajout de cholestérol peut améliorer la stabilité des liposomes en inhibant la transition de phase des phospholipides.

Avantages des systèmes à ultrasons Hielscher pour la production de liposomes

Hielscher Ultrasonics propose des processeurs à ultrasons avancés, spécialement conçus pour la production de liposomes en laboratoire, à l’échelle pilote et à pleine échelle industrielle. Ces systèmes conviennent particulièrement bien à l’hydratation en film mince assistée par ultrasons, où un contrôle précis de l’énergie acoustique est déterminant pour obtenir une taille de particules définie, une distribution de taille étroite et une qualité de produit reproductible.
À l’échelle du laboratoire, les sonicateurs Hielscher offrent un contrôle précis de l’amplitude, un apport d’énergie reproductible, un fonctionnement pulsé programmable et une surveillance intégrée de la température. Ce niveau de contrôle garantit une intensité de cavitation constante et une taille de nanoliposomes hautement reproductible, avec une excellente uniformité d’un lot à l’autre. Une telle stabilité du procédé est essentielle lors du développement de formulations, notamment pour l’optimisation de paramètres clés tels que la durée de sonication, la puissance acoustique, la composition lipidique et l’efficacité d’encapsulation.

Production industrielle de liposomes

Pour la fabrication industrielle, les systèmes Hielscher sont conçus pour une mise à l’échelle linéaire, ce qui permet de transférer les paramètres de procédé établis à l’échelle du laboratoire vers des unités pilotes et de production tout en conservant une densité d’énergie et des conditions de procédé équivalentes. Les réacteurs à ultrasons à flux continu permettent une production de liposomes à haute capacité, avec une distribution uniforme de l’énergie et des temps de traitement réduits. Les systèmes sont construits pour un fonctionnement robuste 24/7, avec une efficacité énergétique élevée et de faibles besoins de maintenance. En outre, ils peuvent être intégrés dans des environnements de production conformes aux GMP, notamment des systèmes en boucle fermée, des lignes de procédé automatisées et des installations en salle blanche. Ces caractéristiques rendent la technologie à ultrasons Hielscher adaptée à la fabrication de liposomes de qualité pharmaceutique, nutraceutique et alimentaire à l’échelle industrielle.

L’hydratation en film mince assistée par ultrasons constitue une méthode hautement efficace, contrôlable et évolutive pour la production de nanoliposomes. Les données scientifiques démontrent que l’association de la TFH et des ultrasons améliore significativement la distribution granulométrique, l’efficacité d’encapsulation et la stabilité des composés bioactifs sensibles.
Les sonicateurs Hielscher offrent :

• Contrôle précis de l’énergie
• Résultats reproductibles à l’échelle nanométrique
• Mise à l’échelle fluide du laboratoire à la production industrielle
• Capacité de traitement en continu
• Fonctionnement robuste et compatible GMP

Pour les laboratoires de recherche qui développent des formulations liposomales avancées et pour les fabricants industriels de produits pharmaceutiques ou nutraceutiques à haute valeur ajoutée, les systèmes à ultrasons Hielscher offrent une solution techniquement supérieure et économiquement évolutive pour la préparation de liposomes par hydratation en film mince assistée par ultrasons.

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

Comparaison avec d’autres méthodes de préparation de liposomes assistées par ultrasons

Bien que l’hydratation en film mince soit largement utilisée – en particulier en laboratoire et en R&D –, les ultrasons améliorent également plusieurs autres méthodes de préparation de liposomes :

• Évaporation en phase inverse – Les ultrasons améliorent l’émulsification et la formation des vésicules.
• Méthodes d’injection d’éthanol – La sonication affine la taille des particules et réduit l’agrégation.
• Dispersion directe de lécithine – Les ultrasons permettent une formation rapide de liposomes à partir de suspensions de phospholipides.
• Sonoporation de liposomes préformés – L’énergie acoustique augmente temporairement la perméabilité membranaire pour le chargement actif.
• Réduction de taille après formation – La sonication est couramment appliquée pour réduire les vésicules multilamellaires en systèmes nanométriques.

Ainsi, les ultrasons ne constituent pas une simple étape auxiliaire, mais une technologie habilitante centrale dans l’ensemble des stratégies de production liposomale.

Conception, fabrication et conseil – Sonicateurs Made in Germany

Les ultrasonicateurs Hielscher sont largement reconnus pour leur haute qualité, leur ingénierie robuste et leurs normes de conception avancées. Leur durabilité et leur facilité d’utilisation permettent une intégration aisée dans les installations de production industrielle. Même dans des conditions d’exploitation difficiles et des environnements exigeants, les ultrasonicateurs Hielscher offrent des performances fiables et des résultats constants.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et accorde une grande importance à la fabrication de systèmes à ultrasons hautes performances alliant une technologie de pointe à une utilisation pratique. Tous les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et satisfont en outre aux exigences UL, CSA et RoHS.