מולקולות פעילות ביולוגית מכומסות בליפוזומים באמצעות אולטרסאונד
טיפול באולטרסאונד מוכר היטב כיעיל מאוד בהכנת פורמולציות ליפוזומליות. פורמולציות ליפוזומליות טיפוסיות מכמסות ויטמין C, CBD, כורכומין, quercitin, אסטקסנטין, פפטידים ותרכובות רבות אחרות בעלות פעילות ביולוגית באמצעות אולטרסאונד. כימוס בליפוזומים באמצעות אולטרסאונד הוא טכניקה פשוטה, מהירה ויעילה המאפשרת לייצר שלפוחיות יציבות בעלות רמת טעינה גבוהה. רכיבי תזונה שכומסו באמצעות אולטרסאונד מצטיינים בזמינות ביולוגית מעולה.
סקירה כללית: כימוס של תרכובות פעילות ביולוגית בליפוזומים באמצעות סוניקציה
כימוס באמצעות אולטרסאונד מציע שיטה יעילה מאוד וניתנת לבקרה לשילוב תרכובות פעילות ביולוגית בליפוזומים, תוך שיפור יציבותן, זמינותן הביולוגית וביצועיהן התפקודיים. קוויטציה אקוסטית הנוצרת באמצעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מקדמת הידרציה מהירה של ליפידים, הקטנת גודל השלפוחיות ופיזור אחיד, ומאפשרת היווצרות של ליפוזומים קטנים והומוגניים בעלי התפלגויות גודל צרות. טכניקה זו מאפשרת יעילות כימוס גבוהה של תרכובות הידרופיליות וליפופיליות כאחד, תוך צמצום הצורך בממסים אורגניים או בתנאי עיבוד קשים. בנוסף, עיבוד באולטרסאונד מאפשר שליטה מדויקת בגודל החלקיקים ובמספר השכבות, שהם פרמטרים קריטיים למיטוב השחרור המבוקר, הקליטה בתאים והיציבות לטווח ארוך של חומרים רגישים בעלי פעילות ביולוגית ביישומים בתחומי התרופות, תוספי התזונה והקוסמטיקה.
מהם ליפוזומים ומהם יתרונותיהם?
ליפוזומים הם שלפוחיות המורכבות מליבה מימית המוקפת בשכבה כפולה אחת או יותר של פוספוליפידים. מכיוון שלליפוזומים יש ליבה מימית המוקפת בשכבת ליפידים ובמעטפת חיצונית הידרופילית, הם מסיסים במים ויכולים להוביל תרכובות מסיסות במים ותרכובות מסיסות בשומן במדורים המתאימים של השלפוחית. תכונה זו הופכת את הליפוזומים למערכת הובלה יעילה מאוד עבור מולקולות בעלות פעילות טיפולית. ליפוזומים נוצרים באמצעות פירוק ממברנות ביולוגיות, תהליך המקודם ומוגבר באמצעות אולטרסאונד. 
ליפוזומים מורכבים לרוב מפוספוליפידים, במיוחד מפוספטידילכולין, אך עשויים לכלול גם ליפידים אחרים, כגון פוספטידילאתנולאמין מביצים, כל עוד הם תואמים למבנה השכבה הכפולה הליפידית. ליפוזומים נוצרים באופן ספונטני כאשר פוספוליפידים עוברים הידרציה. בשלב הראשון – שלב ההידרציה – משתמשים בסוניקציה ליצירת ננו־אמולסיה של הליפידים והפאזה המימית, כדי לקדם היווצרות של שלפוחיות רב־שכבתיות (MLVs) בעלות רמת טעינה גבוהה. לאחר מכן ניתן להשתמש בסוניקציה להקטנת גודל הליפוזומים במידת הצורך. כדי לקבל שלפוחיות קטנות יותר, מפעילים סוניקציה לפיזור ולהקטנת הליפוזומים לקבלת שלפוחיות חד־שכבתיות גדולות (LUVs) או שלפוחיות חד־שכבתיות קטנות (SUVs), בעלות התפלגות גודל אחידה.
הטכניקה האולטרסונית ליצירת ליפוזומים ולהקטנת גודלם היא אמינה, מהירה, יעילה, קלה ובטוחה. הליפוזומים המיוצרים מציגים תכולה גבוהה של חומרים פעילים ביולוגית, יציבות גבוהה וזמינות ביולוגית מעולה.
UP400St, הומוגנייזר אולטרסוני רב־עוצמה בהספק של 400 ואט, לייצור ננו־ליפוזומים.
מדוע אמבטיות ניקוי אולטרסוניות אינן מסוגלות לייצר ליפוזומים באיכות גבוהה?
ייצור ליפוזומים מחייב מכשיר אולטרסוני המסוגל לספק די אנרגיה ליצירת חלקיקים אחידים בגודל ננומטרי. ליפוזומים המיוצרים בבית באמצעות מכשיר אולטרסוני לניקוי תכשיטים בדרך כלל אינם יעילים, שכן הליפוזומים המתקבלים אינם בגודל הננומטרי הנדרש ואינם כולאים את רכיבי התזונה הפעילים ביולוגית באופן יעיל ויציב לאורך זמן. להכנת ליפוזומים באיכות גבוהה, מכשיר אולטרסוני בעל גשוש הוא הטכנולוגיה המועדפת, שכן הגשוש (הסונוטרודה) יכול להעביר לתווך את האנרגיה האקוסטית העזה הדרושה ליצירת ליפוזומים יעילים בעלי תכולה גבוהה של חומרים פעילים. ככלל, לליפוזומים המיוצרים באמצעות גשוש אולטרסוני יש התפלגות גודלי חלקיקים בטווח של 100–500nm, שהוא אופטימלי לתכולה גבוהה של חומרים פעילים ולזמינות ביולוגית מעולה.
השימוש בריאקטור אולטרסוני עם תא זרימה מאפשר להכין את הליפוזומים בסביבה נטולת חמצן כדי למנוע פירוק חמצוני.
מכשירים אולטרסוניים בעלי גשוש מספקים את האנרגיה הדרושה לייצור ליפוזומים באיכות גבוהה שהם:
- בעלי תכולה גבוהה של תרכובות פעילות ביולוגית
- בגודל ננומטרי
- יציבים לאורך זמן
- בעלי התפלגות גדלים אחידה
- זמינים ביולוגית
- בעלי תאימות ביולוגית
- ניתנים לייצור באופן הדיר
לאחר יצירת שכבה דקה של ליפידים והידרציה חוזרת לאחר מכן, משתמשים בסוניקציה כדי לקדם את לכידת החומרים הפעילים בליפוזומים. נוסף על כך, סוניקציה מאפשרת להשיג את גודל הליפוזומים הרצוי.
מולקולות מכומסות בליפוזומים באמצעות אולטרסאונד
הרשימה שלהלן מציגה חומרים שכבר כומסו בהצלחה בפורמולציות ליפוזומליות באמצעות שיטת ההכנה האולטרסונית.
- נוגדי חמצון כגון גלוטתיון, ויטמין C, ויטמיני B שעברו מתילציה, רסברטרול, CoQ10 וכו'.
- תרכובות פנוליות: פלבונואידים כגון פיסטין, quercitin, פרואנתוציאנידינים אוליגומריים (OPC); ספונינים כגון astralgaloside; אלקלואידים
- מינרלים כגון כלאטים של מגנזיום (למשל מגנזיום תריאונט, מגנזיום אורוטט), אבץ, נחושת וכו'.
- טרפנים כגון אסטקסנטין, לימונן, פינן, הומולן, לינלול, בטא-קריופילן, פיטול, גרניול, טרפינולן וכו'.
- ליפידים כגון חומצות השומן אומגה-3 EPA ו-DHA; דיפלמיטויל-פוספטידילכולין (DPPC) וכו'.
- חומצות אמינו כגון קריאטין, גליצין, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), פנילאלנין, L-תיאנין, GABA (חומצה גמא-אמינובוטירית), טאורין, N-אצטילציסטאין (NAC), L-טירוזין וכו'.
- פפטידים, למשל אוקסיטוצין, קולגן, פפטידי GLP-1 וכו'.
- רב-סוכרים כגון חומצה היאלורונית, רב-סוכרים מפטריות וכו'.
- קנבינואידים כגון CBD, CBG, THC
- חומרים נואוטרופיים, תרופות חכמות ומשפרי תפקוד קוגניטיבי, העשויים לכלול חומרים שהוזכרו לעיל וכן מולקולות אחרות
הפורמולציה הליפוזומלית של מולקולות פעילות ביולוגית, המשופרת באמצעות ננוטכנולוגיה, מציעה קצב ספיגה גבוה יותר וזמינות ביולוגית מעולה, ועשויה לאפשר לחומרים לחצות את מחסום הדם–מוח.
מערכות חלופיות להובלת תרופות המבוססות על ליפידים הן ננו-אמולסיות ונשאים קולואידיים המבוססים על ליפידים, כגון ננו-חלקיקי ליפידים מוצקים (SLN) ונשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי (NLC). את כולם, ננו-אמולסיות, SLN ו-NLC, ניתן ליצור ולהטעין באופן אמין באמצעות סוניקציה.
קראו עוד על אלוורה שמוצתה באמצעות אולטרסאונד וכומסה בקנה מידה ננומטרי!
הומוגנייזר אולטרסוני UIP2000hdT (2kW) עם ריאקטור מנתי המעורבל ברציפות
בחרו את השיטה המועדפת עליכם ליצירת ליפוזומים
סוניקציה נמצאת בשימוש נרחב במגוון שיטות להכנה ולעיבוד של ליפוזומים, משום שהיא תומכת הן ביצירת ליפוזומים והן בבקרה בשלב שלאחר העיבוד. ניתן ליישם אותה במהלך יצירה ישירה של ליפוזומים באמצעות פיזור לציטין (פוספוליפידים) בפאזה מימית כדי לקדם יצירה מהירה של שלפוחיות, והיא משמשת בדרך כלל גם בטכניקות מבוססות כגון אידוי בפאזה הפוכה והידרציה של שכבה דקה, כדי לשפר את פיזור הליפידים ולהאיץ את יצירת השלפוחיות. מעבר להכנה הראשונית, סוניקציה משמשת לעיתים קרובות להעמסת ליפוזומים שנוצרו מראש (ריקים) באמצעות סונופורציה, המאפשרת שילוב יעיל של תרכובות בעלות פעילות ביולוגית. היא גם כלי מקובל להקטנת ליפוזומים, המייצר שלפוחיות קטנות ואחידות יותר עם התפלגויות גודל צרות יותר, לשיפור היציבות וביצועי ההובלה.
למידע נוסף על השיטות השונות לייצור ליפוזומים בסיוע אולטרסאונד:
- יצירת ליפוזומים באמצעות אולטרסאונד תוך שימוש בלציטין
- שיטת אידוי בפאזה הפוכה בסיוע אולטרסאונד
- הידרציה של שכבה דקה בסיוע אולטרסאונד
גורמים המשפיעים על איכות הליפוזומים
איכות הליפוזומים נקבעת לפי האחידות בגודל החלקיקים ובמספר השכבות, יעילות הלכידה (%EE) / עומס הכימוס והיציבות. שיטת ההכנה, תנאי העיבוד, חומרי הגלם והאחסון הם גורמים חשובים התורמים לאיכותן של פורמולציות ליפוזומליות ובכך לעוצמת פעילותן. תמונת ה-SEM משמאל מציגה את הליפוזומים העמוסים בחומצות השומן DHA ו-EPA, שהוכנו באמצעות אולטרסאונד תוך שימוש במכשיר האולטרסוני UP200S של Hielscher (מחקר ותמונה: Hadian et al. 2014).
הכנת ליפוזומים באמצעות אולטרסאונד היא טכניקה אמינה המניבה חלקיקים ליפוזומליים קטנים ואחידים בגודלם, עם העמסה גבוהה של מולקולות בעלות פעילות ביולוגית. ניתן לכוונן במדויק את פרמטרי התהליך האולטרסוני (כגון משרעת, אנרגיה כוללת, זמן, פעימות, טמפרטורה ולחץ). כטכניקת עיבוד לא תרמית, עקרון הפעולה של הסוניקציה מבוסס על גזירה מכנית בלבד. את עליית הטמפרטורה בנוזל העובר סוניקציה יש להסביר באמצעות החוק השני של התרמודינמיקה, הקובע שכל אנרגיה המושקעת מומרת בסופו של דבר לחום. כדי לשמור על טמפרטורה נמוכה ויציבה של התווך הליפוזומלי, Hielscher Ultrasonics מספקת פתרונות קירור מתקדמים, כגון אמבטיות קרח וכן כורים ותאי זרימה עם מעטפות קירור. תוצאות ייצור הליפוזומים באמצעות אולטרסאונד ניתנות לשחזור, תכונה החשובה לתהליך מתוקנן ולאיכות מוצר גבוהה באופן עקבי.
פוספוליפידים באיכות גבוהה, המכילים אחוז גבוה של פוספטידילכולין ופוספטידילאתנולאמין, מספקים מעטפת ליפוזום יציבה המונעת דליפה של רכיבי תזונה. מעטפת פוספוליפידית חזקה מגינה גם על רכיבי התזונה המכומסים מפני פירוק חמצוני ותרמי. לכן חיוני לשמור על יחס מאוזן בין הפוספוליפידים, הפאזה המימית ורכיבי התזונה המכומסים (מולקולות בעלות פעילות ביולוגית).
- יעילות כימוס / לכידה גבוהה (%EE)
- זמינות ביולוגית גבוהה
- מהיר ויעיל
- יציבות לאורך זמן
- למזון ולתרופות
- בטוח וקל לשימוש
מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לייצור ליפוזומים
המערכות של Hielscher Ultrasonics הן מכונות אמינות המשמשות בייצור תרופות ותוספי תזונה להכנת ליפוזומים באיכות גבוהה הטעונים בוויטמינים, בנוגדי חמצון, בפלבונואידים, בפפטידים, בפוליפנולים ובתרכובות ביו־אקטיביות / בחומרי הזנה אחרים. כדי לענות על דרישות לקוחותיה, Hielscher מספקת מכשירים אולטרסוניים, החל בהומוגנייזר מעבדתי קומפקטי לאחיזה ביד ובמכשירים אולטרסוניים שולחניים ועד למערכות אולטרסוניות תעשייתיות מלאות לייצור תכשירים ליפוזומליים בנפחים גדולים. ניתן להכין תכשירים ליפוזומליים באמצעות אולטרסאונד בתהליך מנתי או בתהליך רציף בקו הייצור, באמצעות ריאקטור אולטרסוני לזרימה רציפה. מגוון רחב של סונוטרודות אולטרסוניות (גשושיות) וכלי ריאקטור זמין כדי להבטיח מערך מיטבי לייצור הליפוזומים שלכם. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.
השליטה המדויקת בכל פרמטרי התהליך החשובים, כגון אמפליטודה, לחץ, טמפרטורה ומשך הסוניקציה, הופכת את התהליך האולטרסוני לאמין ולניתן לשחזור. Hielscher Ultrasonics מכירה בחשיבותה של איכות מוצר גבוהה באופן עקבי, ותומכת ביצרני תוספי תזונה ותכשירים טיפוליים ביישום תקנון תהליכים ותנאי ייצור נאותים (GMP) באמצעות תוכנה חכמה ורישום נתונים אוטומטי. ההומוגנייזרים האולטרסוניים הדיגיטליים שלנו מתעדים אוטומטית את כל פרמטרי התהליך האולטרסוני בכרטיס SD מובנה. צגי מגע דיגיטליים ושליטה מרחוק באמצעות דפדפן מאפשרים ניטור רציף של התהליך והתאמה מדויקת של פרמטרי התהליך בכל עת שנדרש. הדבר מקל במידה ניכרת על ניטור התהליך ועל בקרת האיכות.
הטבלה שלהלן מספקת אומדן לכושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח מנה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | מקבץ של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
ספרות / מקורות
- 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.
- Martina Asprea; Francesca Tatini; Vieri Piazzini; Francesca Rossi; Maria Camilla Bergonzi; Anna Rita Bilia (2019): Stable, Monodisperse, and Highly Cell-Permeating Nanocochleates from Natural Soy Lecithin Liposomes. Pharmaceutics 11(1):34, 2019.
- Liangfang Zhang; Steve Granick (2006): How to Stabilize Phospholipid Liposomes (Using Nanoparticles). Nano Letters. 2006 April, 6(4):694-8.
- Vassiliki Exarchou; Nikolaos Nenadis; Maria Tsimidou; Dimitrios Boskou (2002): Antioxidant Activities and Phenolic Composition of Extracts from Greek Oregano, Greek Sage, and Summer Savory. Journal of Agricultural and Food Chemistry 50(19). Oct. 2002. 5294-9.
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal and Surinder Kumar Mehta (2015): Energy efficient, facile and cost effective methodology for formation of an inclusion complex of resveratrol with hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, החל בקנה מידה מעבדתי ועד לקנה מידה תעשייתי.