Ultrazvučno liposomsko enkapsuliranje bioaktivnih molekula

Poznato je da je ultrazvučna obrada vrlo učinkovita u pripremi liposomskih formulacija. U tipičnim liposomskim formulacijama ultrazvučnom se obradom enkapsuliraju vitamin C, CBD, kurkumin, quercitin, astaksantin, peptidi i brojni drugi bioaktivni spojevi. Ultrazvučna enkapsulacija u liposome jednostavna je, brza i učinkovita tehnika koja omogućuje proizvodnju stabilnih vezikula s visokim sadržajem enkapsuliranih tvari. Ultrazvučno enkapsulirane hranjive tvari odlikuju se vrhunskom bioraspoloživošću.

Pregled: liposomsko enkapsuliranje bioaktivnih spojeva sonikacijom

Ultrazvučna enkapsulacija nudi vrlo učinkovitu metodu ugradnje bioaktivnih spojeva u liposome uz visok stupanj kontrole, čime se poboljšavaju njihova stabilnost, bioraspoloživost i funkcionalna svojstva. Akustična kavitacija koju stvara ultrazvuk visokog intenziteta potiče brzu hidrataciju lipida, smanjenje veličine vezikula i ravnomjerno dispergiranje, omogućujući nastanak malih, homogenih liposoma s uskim raspodjelama veličine. Ova tehnika omogućuje visoku učinkovitost enkapsulacije hidrofilnih i lipofilnih spojeva uz svođenje potrebe za organskim otapalima ili oštrim uvjetima obrade na najmanju moguću mjeru. Osim toga, ultrazvučna obrada omogućuje preciznu kontrolu veličine čestica i lamelarnosti, koje su ključni parametri za optimizaciju kontroliranog otpuštanja, staničnog unosa i dugoročne stabilnosti osjetljivih bioaktivnih tvari u farmaceutskim, nutraceutskim i kozmetičkim primjenama.

Što su liposomi i koje su njihove prednosti?

Liposomi su vezikule koje se sastoje od vodene jezgre obavijene jednim ili više fosfolipidnih dvoslojeva. Budući da imaju vodenu jezgru okruženu lipidnim slojem i hidrofilnu vanjsku ovojnicu, liposomi su topljivi u vodi te mogu prenositi spojeve topljive u vodi i spojeve topljive u mastima u odgovarajućim odjeljcima vezikule. To liposome čini vrlo učinkovitim sustavom za isporuku terapijski aktivnih molekula. Liposomi nastaju razaranjem bioloških membrana, a ultrazvučna obrada potiče i pojačava taj proces. Liposomi se najčešće sastoje od fosfolipida, osobito fosfatidilkolina, ali mogu sadržavati i druge lipide, poput fosfatidiletanolamina iz jaja, pod uvjetom da su kompatibilni sa strukturom lipidnog dvosloja. Liposomi nastaju spontano pri hidrataciji fosfolipida. U prvom koraku – fazi hidratacije – sonikacija se upotrebljava za nanoemulgiranje lipida i vodene faze kako bi se potaknuo nastanak multilamelarnih vezikula (MLVs) s visokim sadržajem enkapsuliranih tvari. Nakon toga sonikacija se prema potrebi može primijeniti za smanjenje veličine liposoma. Kako bi se dobile manje vezikule, sonikacija se primjenjuje za dispergiranje i smanjenje liposoma na monodisperzne velike unilamelarne vezikule (LUVs) ili male unilamelarne vezikule (SUVs).
Ultrazvučna tehnika stvaranja liposoma i smanjenja njihove veličine pouzdana je, brza, učinkovita, jednostavna i sigurna. Proizvedeni liposomi odlikuju se visokim sadržajem bioaktivnih tvari, visokom stabilnošću i vrhunskom bioraspoloživošću.

Zašto ultrazvučne kupelji za čišćenje ne mogu proizvesti visokokvalitetne liposome?

Za proizvodnju liposoma potreban je ultrazvučni uređaj koji može isporučiti dovoljno energije za stvaranje jednolikih čestica nanometarskih dimenzija. Liposomi pripremljeni kod kuće pomoću ultrazvučnog čistača nakita obično su općenito neučinkoviti jer pripremljeni liposomi niti imaju potrebnu nanometarsku veličinu niti učinkovito i uz dugoročnu stabilnost enkapsuliraju bioaktivne hranjive tvari. Za pripremu visokokvalitetnih liposoma prednost se daje ultrazvučnom uređaju sa sondom jer sonda (sonotroda) može u medij prenijeti intenzivnu akustičnu energiju potrebnu za stvaranje učinkovitih liposoma s visokim sadržajem enkapsuliranih tvari. Općenito, liposomi proizvedeni ultrazvučnom sondom imaju raspodjelu veličine čestica od 100–500nm, što je optimalno za visok sadržaj enkapsuliranih tvari i vrhunsku bioraspoloživost.
Upotreba ultrazvučnog reaktora s protočnom ćelijom omogućuje pripremu liposoma u okruženju bez kisika radi sprječavanja oksidacijske razgradnje.
Ultrazvučni uređaji sa sondom osiguravaju potrebnu energiju za proizvodnju visokokvalitetnih liposoma koji su:

Nakon stvaranja lipidnog filma i naknadne rehidracije, sonikacija se primjenjuje za poticanje uklapanja aktivnih sastojaka u liposome. Osim toga, sonikacijom se postiže željena veličina liposoma.

Enkapsulacija molekula u liposome ultrazvukom

Popis u nastavku daje pregled tvari koje su već uspješno enkapsulirane u liposomske formulacije primjenom ultrazvučnog postupka pripreme.

• antioksidansi kao što su glutation, vitamin C, metilirani vitamini skupine B, resveratrol, CoQ10 itd.
• fenolni spojevi: flavonoidi kao što su fisetin, quercitin, oligomerni proantocijanidini (OPC); saponini kao što je astralgaloside; alkaloidi
• minerali kao što su magnezijevi kelati (npr. magnezijev treonat, magnezijev orotat), cink, bakar itd.
• terpeni kao što su astaksantin, limonen, pinen, humulen, linalol, beta-kariofilen, fitol, geraniol, terpinolen itd.
• lipidi kao što su omega-3 masne kiseline EPA i DHA; dipalmitoil-fosfatidilkolin (DPPC) itd.
• aminokiseline kao što su kreatin, glicin, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), fenilalanin, L-teanin, GABA (gama-aminomaslačna kiselina), taurin, N-acetilcistein (NAC), L-tirozin itd.
• peptidi, npr. oksitocin, kolagen, peptidi GLP-1 itd.
• polisaharidi kao što su hijaluronska kiselina, polisaharidi gljiva itd.
• kanabinoidi kao što su CBD, CBG, THC
• nootropici, pametni lijekovi i sredstva za poboljšanje kognitivnih sposobnosti, koji mogu uključivati prethodno navedene tvari, kao i druge molekule

Liposomska formulacija bioaktivnih molekula poboljšana nanotehnologijom omogućuje veću stopu apsorpcije, vrhunsku bioraspoloživost te može omogućiti tvarima prolazak kroz krvno-moždanu barijeru.
Alternativni sustavi za dostavu lijekova na bazi lipida uključuju nanoemulzije i koloidne nosače na bazi lipida, kao što su čvrste lipidne nanočestice (SLN) i nanostrukturirani lipidni nosači (NLC). Svi oni, nanoemulzije, SLN i NLC, mogu se pouzdano oblikovati i puniti primjenom sonikacije.
Pročitajte više o ultrazvučno ekstrahiranoj i nanoenkapsuliranoj biljci Aloe Vera!

Odaberite željenu metodu stvaranja liposoma

Sonikacija se široko primjenjuje u različitim metodama pripreme i obrade liposoma jer podupire i stvaranje liposoma i kontrolu nakon obrade. Može se primjenjivati tijekom izravnog stvaranja liposoma dispergiranjem lecitina (fosfolipida) u vodenoj fazi radi poticanja brzog nastanka vezikula, a često se primjenjuje i u ustaljenim tehnikama kao što su isparavanje reverzne faze i hidratacija tankog filma radi poboljšanja disperzije lipida i ubrzavanja stvaranja vezikula. Osim pri početnoj pripremi, sonikacija se često primjenjuje za punjenje prethodno formiranih (praznih) liposoma sonoporacijom, čime se omogućuje učinkovito ugrađivanje bioaktivnih spojeva, a ujedno je i standardni postupak za smanjenje veličine liposoma, kojim nastaju manje, ujednačenije vezikule s užom raspodjelom veličina radi poboljšanja stabilnosti i učinkovitosti isporuke.
Saznajte više o različitim metodama proizvodnje liposoma uz pomoć ultrazvuka:

• Ultrazvučno stvaranje liposoma s pomoću lecitina
• Ultrazvučna metoda isparavanja reverzne faze
• Ultrazvučna hidratacija tankog filma

Čimbenici koji utječu na kvalitetu liposoma

Kvalitetu liposoma određuju ujednačenost veličine čestica i lamelarnosti, učinkovitost uklapanja (%EE) / količina inkapsuliranih tvari te stabilnost. Metoda pripreme, uvjeti obrade, sirovine i skladištenje važni su čimbenici koji pridonose kvaliteti, a time i djelotvornosti liposomalnih formulacija. SEM snimka s lijeve strane prikazuje liposome ispunjene masnim kiselinama DHA i EPA, pripremljene ultrazvučnim postupkom s pomoću ultrazvučnog uređaja Hielscher UP200S (istraživanje i snimka: Hadian et al. 2014).
Ultrazvučna priprema liposoma pouzdana je tehnika kojom se postiže mala, ujednačena veličina liposomalnih čestica s visokim sadržajem bioaktivnih molekula. Parametri ultrazvučnog procesa (kao što su amplituda, ukupna energija, vrijeme, pulsiranje, temperatura i tlak) mogu se precizno podesiti. Kao netoplinska tehnika obrade, sonikacija se temelji na isključivo mehaničkom smicanju. Porast temperature u sonikiranoj tekućini objašnjava se drugim zakonom termodinamike, prema kojem se sva primijenjena energija na kraju pretvara u toplinu. Za održavanje stabilne niske temperature liposomalnog medija Hielscher Ultrasonics nudi napredna rješenja za hlađenje, kao što su ledene kupelji te reaktori i protočne ćelije s rashladnim plaštevima. Rezultati ultrazvučne proizvodnje liposoma reproducibilni su, što je važno za standardizirani proces i trajno visoku kvalitetu proizvoda.
Visokokvalitetni fosfolipidi s visokim udjelom fosfatidilkolina i fosfatidiletanolamina osiguravaju stabilnu ovojnicu liposoma koja sprječava istjecanje hranjivih tvari. Čvrsta fosfolipidna ovojnica također štiti inkapsulirane hranjive tvari od oksidacijske i toplinske razgradnje. Stoga je ključan uravnotežen omjer fosfolipida, vodene faze i inkapsuliranih hranjivih tvari (bioaktivnih molekula).

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za proizvodnju liposoma

Sustavi tvrtke Hielscher Ultrasonics pouzdani su uređaji koji se upotrebljavaju u proizvodnji lijekova i dodataka prehrani za formuliranje visokokvalitetnih liposoma s visokim sadržajem vitamina, antioksidansa, flavonoida, peptida, polifenola i drugih bioaktivnih spojeva / hranjivih tvari. Kako bi zadovoljio zahtjeve svojih kupaca, Hielscher nudi ultrazvučne uređaje u rasponu od kompaktnog ručnog laboratorijskog homogenizatora i stolnih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava za proizvodnju velikih količina liposomskih formulacija. Ultrazvučna priprema liposomskih formulacija može se provoditi šaržno ili kao kontinuirani proces u liniji s pomoću ultrazvučnog protočnog reaktora. Dostupan je širok raspon ultrazvučnih sonotroda (sondi) i reaktorskih posuda kako bi se osigurala optimalna konfiguracija za vašu proizvodnju liposoma. Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola svih važnih procesnih parametara, kao što su amplituda, tlak, temperatura i vrijeme sonikacije, čini ultrazvučni proces pouzdanim i ponovljivim. Hielscher Ultrasonics prepoznaje važnost stalno visoke kvalitete proizvoda te inteligentnim softverom i automatskim bilježenjem podataka podržava proizvođače dodataka prehrani i terapijskih pripravaka u provedbi standardizacije procesa i GMP-a (dobre proizvođačke prakse). Naši digitalni ultrazvučni homogenizatori automatski bilježe sve parametre ultrazvučnog procesa na ugrađenu SD karticu. Digitalni zasloni osjetljivi na dodir i daljinsko upravljanje putem preglednika omogućuju kontinuirano praćenje procesa i precizno podešavanje procesnih parametara kad god je to potrebno. Time se znatno olakšavaju praćenje procesa i kontrola kvalitete.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: