ultrazvučna priprema liposoma
Ultrazvučno proizvedeni liposomi pokazuju vrlo visoku učinkovitost zarobljavanja, visok kapacitet učitavanja i ravnomjerno malu sfernu veličinu. Stoga ultrazvučni liposomi nude izvrsnu bioraspoloživost. Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne uređaje za pouzdanu proizvodnju liposoma farmaceutske kvalitete u šaržnom i kontinuiranom načinu rada.
Prednosti ultrazvučne proizvodnje liposoma
Ultrazvučna enkapsulacija liposoma je tehnika koja se koristi za kapsuliranje lijekova ili drugih terapeutskih sredstava unutar liposoma korištenjem ultrazvučne energije. U usporedbi s drugim metodama za enkapsulaciju liposoma, ultrazvučna enkapsulacija ima nekoliko prednosti koje je čine superiornom tehnikom proizvodnje.
- Visoko opterećenje, visoka učinkovitost zarobljavanja: Poznato je da ultrazvučna proizvodnja liposoma proizvodi liposome s visokim sadržajem aktivnih sastojaka, npr. vitamina C, molekula lijekova itd. U isto vrijeme, metoda sonikacije pokazuje visoku učinkovitost zarobljavanja. To znači da je visok postotak aktivne tvari inkapsuliran ultrazvukom. U zaključku, ovo čini ultrazvučnu obradu vrlo učinkovitom metodom za proizvodnju liposoma.
- Jednako mali liposomi: Jedna od prednosti ultrazvučne inkapsulacije liposoma je njegova sposobnost proizvodnje vrlo ujednačenih liposoma s uskom raspodjelom veličine. Ultrazvučna energija može se koristiti za razbijanje većih liposoma ili lipidnih nakupina u manje, jednoličnije liposome. To dovodi do veće konzistentnosti u veličini i obliku liposoma, što može biti važno za aplikacije za isporuku lijekova gdje veličina čestica može utjecati na njihovu farmakokinetiku i učinkovitost.
- Primjenjivo na sve molekule: Još jedna prednost ultrazvučne inkapsulacije liposoma je njegova sposobnost da inkapsulira širok raspon lijekova i drugih terapeutskih sredstava. Tehnika se može koristiti za kapsuliranje i hidrofilnih i hidrofobnih lijekova, što može biti teško učiniti s drugim metodama. Uz to, ultrazvučna energija može se koristiti za kapsuliranje makromolekula i nanočestica, koje mogu biti prevelike za kapsuliranje drugim metodama.
- Brzo i pouzdano: Ultrazvučna inkapsulacija liposoma također je relativno jednostavan i brz proces. Ne zahtijeva upotrebu jakih kemikalija ili visokih temperatura, što može biti štetno za terapeutska sredstva koja se inkapsuliraju.
- Povećanje: Osim toga, tehnika se može lako proširiti za proizvodnju velikih razmjera, što je čini isplativom opcijom za aplikacije za dostavu lijekova.
Ukratko, ultrazvučna enkapsulacija liposoma je superiorna tehnika za enkapsulaciju liposoma zbog svoje sposobnosti proizvodnje uniformnih liposoma s uskom raspodjelom veličine, enkapsulacije širokog raspona terapijskih agenasa, te svoje jednostavnosti i skalabilnosti.
Ultrazvučni pripravak liposoma za lijekove i kozmetiku
Liposomi (lipidni mjehurići), transferosomi (ultradeformabilni liposomi), etosomi (ultradeformabilni mjehurići s visokim udjelom alkohola) i niosomi (sintetski mjehurići) su mikroskopski mjehurići koji se mogu umjetno pripremiti kao globularni nosači u koje se mogu inkapsulirati aktivne molekule. Ove vezikule promjera između 25 i 5000 nm često se koriste kao nosači lijekova u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji, kao što je oralna ili lokalna isporuka lijekova, genetska terapija i imunizacija. Ultrasonication je znanstveno dokazana metoda za visoko učinkovitu proizvodnju liposoma. Hielscher ultrasonicators proizvode liposome s visokim sadržajem aktivnih sastojaka i vrhunskom bioraspoloživošću.
Liposomi i liposomska formulacija
Liposomi su unilamelarni, oligolamelarni ili višelamelarni vezikularni sustavi i sastoje se od istog materijala kao i stanična membrana (lipidni dvosloj). S obzirom na sastav i veličinu liposomi se razlikuju na sljedeći način:
- višelamelarne vezikule (MLV, 0,1-10 μm)
- male unilamelarne vezikule (SUV, <100 nm)
- velike unilamelarne vezikule (LUV, 100-500 nm)
- divovske unilamelarne vezikule (GUV, ≥1 μm)
Glavnu strukturu liposoma čine fosfolipidi. Fosfolipidi imaju hidrofilnu čelnu skupinu i hidrofobnu repnu skupinu, koja se sastoji od dugog lanca ugljikovodika.
Membrana liposoma ima vrlo sličan sastav kao kožna barijera, tako da se mogu lako integrirati u ljudsku kožu. Kako se liposomi spajaju s kožom, mogu iskrcati zarobljene tvari izravno do odredišta, gdje aktivne tvari mogu ispuniti svoje funkcije. Stoga liposomi stvaraju poboljšanje prodornosti/propusnosti kože za zarobljene farmaceutske i kozmetičke agense. Također liposomi bez inkapsuliranih agenasa, prazne vezikule, su jaki aktivni sastojci za kožu, budući da fosfatidilkolin uključuje dvije bitne tvari koje ljudski organizam ne može sam proizvesti: linolnu kiselinu i kolin.
Liposomi se koriste kao biokompatibilni nosači lijekova, peptida, proteina, plazmatske DNA, antisense oligonukleotida ili ribozima, u farmaceutske, kozmetičke i biokemijske svrhe. Ogromna svestranost u veličini čestica i fizičkim parametrima lipida daje privlačan potencijal za konstruiranje vozila po mjeri za širok raspon primjena. (Ulrich 2002.)
Ultrazvučno stvaranje liposoma
Liposomi se mogu formirati uz pomoć ultrazvuka. Osnovni materijal za pripremu liposoma su amfilne molekule izvedene ili temeljene na lipidima biološke membrane. Za formiranje malih unilamelarnih vezikula (SUV), lipidna disperzija se nježno sonicira – npr. s ručnim ultrazvučnim uređajem UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter ili ultrazvučnim reaktorom CupHorn – u ledenoj kupki. Trajanje takvog ultrazvučnog tretmana traje cca. 5 – 15 minuta. Druga metoda za proizvodnju malih jednoslojnih vezikula je sonikacija liposoma višelamelarnih vezikula.
Dinu-Pirvu i sur. (2010.) izvješćuje o dobivanju transferosoma sonikacijom MLV-a na sobnoj temperaturi.
Hielscher Ultrasonics nudi razne ultrazvučne uređaje, sonotrode i dodatke i time može pružiti najprikladnije ultrazvučne postavke za visoko učinkovitu enkapsulaciju liposoma u bilo kojoj mjeri.
Ultrazvučna inkapsulacija aktivnih tvari u liposome
Liposomi djeluju kao nosači za aktivne sastojke kao što su vitamini, terapeutske molekule, peptidi itd. Ultrazvuk je učinkovit alat za pripremu i oblikovanje liposoma za hvatanje aktivnih sastojaka. Istodobno, ultrazvuk pomaže proces inkapsulacije i zarobljavanja tako da se proizvode liposomi s visokim sadržajem aktivnih sastojaka. Prije inkapsulacije, liposomi imaju tendenciju formiranja klastera zbog interakcije površinskog naboja i naboja polarnih glava fosfolipida (usp. Míckova et al. 2008), štoviše, moraju se otvoriti. Kao primjer, Zhu et al. (2003) opisuju inkapsulaciju biotinskog praha u liposome ultrazvučnom obradom. Kako je biotin u prahu dodan u otopinu suspenzije vezikula, otopina je sonikirana. Nakon ovog tretmana, biotin je zarobljen u liposomima.
Liposomske emulzije s ultrazvukom
Kako bi se pojačao njegujući učinak hidratantnih krema ili krema protiv starenja, losiona, gelova i drugih kozmeceutskih pripravaka, liposomskim disperzijama se dodaje emulgator za stabilizaciju većih količina lipida. Ali istraživanja su pokazala da je sposobnost liposoma općenito ograničena. Uz dodatak emulgatora, ovaj učinak će se pojaviti ranije, a dodatni emulgatori uzrokuju slabljenje afiniteta fosfatidilkolina prema barijeri. Nanočestice – sastavljeni od fosfatidilkolina i lipida – odgovor su na ovaj problem. Ove nanočestice formiraju kapljice ulja koje su prekrivene monoslojem fosfatidilkolina. Korištenje nanočestica omogućuje formulacije koje su sposobne apsorbirati više lipida i ostati stabilne, tako da dodatni emulgatori nisu potrebni.
Ultrasonication je dokazana metoda za proizvodnju nanoemulzija i nanodisperzija. Visoko intenzivan ultrazvuk daje snagu potrebnu za raspršivanje tekuće faze (dispergirana faza) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U zoni raspršivanja, implodirajući kavitacijski mjehurići uzrokuju intenzivne udarne valove u okolnoj tekućini i rezultiraju stvaranjem mlaznica tekućine velike brzine tekućine. Kako bi se novonastale kapljice disperzne faze stabilizirale od koalescencije, u emulziju se dodaju emulgatori (površinski aktivne tvari, tenzidi) i stabilizatori. Kako koalescencija kapljica nakon razbijanja utječe na konačnu raspodjelu veličine kapljica, koriste se učinkovito stabilizirajući emulgatori za održavanje konačne raspodjele veličine kapljice na razini koja je jednaka raspodjeli odmah nakon razbijanja kapljica u zoni ultrazvučnog raspršivanja.
Liposomske disperzije korištenjem ultrazvuka
Liposomske disperzije, koje se temelje na nezasićenom fosfatidilkloru, nemaju stabilnost protiv oksidacije. Stabilizacija disperzije može se postići antioksidansima, kao što je kompleks vitamina C i E.
Ortan i sur. (2002) su u svojoj studiji o ultrazvučnoj pripremi eteričnog ulja Anethum graveolens u liposomima postigli dobre rezultate. Nakon sonikacije, dimenzija liposoma bila je između 70-150 nm, a za MLV između 230-475 nm; te su vrijednosti bile približno konstantne i nakon 2 mjeseca, ali su se povećale nakon 12 mjeseci, posebno u SUV disperziji (vidi histograme u nastavku). Mjerenje stabilnosti, u vezi s gubitkom eteričnog ulja i raspodjelom veličine, također je pokazalo da liposomske disperzije održavaju sadržaj hlapljivog ulja. To sugerira da je zarobljavanje eteričnog ulja u liposomima povećalo stabilnost ulja.
Hielscher ultrazvučni procesori su idealni uređaji za primjene u kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji. Sustavi koji se sastoje od nekoliko ultrazvučnih procesora do 16 000 vata svaki, pružaju kapacitet potreban za prevođenje ove laboratorijske aplikacije u učinkovitu proizvodnu metodu za dobivanje fino raspršenih emulzija u kontinuiranom toku ili u serijama – postižući rezultate usporedive s najboljim današnjim visokotlačnim homogenizatorima, kao što su otvorni ventili. Uz ovu visoku učinkovitost u kontinuiranoj emulgaciji, Hielscher ultrazvučni uređaji zahtijevaju vrlo malo održavanja i vrlo su jednostavni za rukovanje i čišćenje. Ultrazvuk zapravo podržava čišćenje i ispiranje. Snaga ultrazvuka je podesiva i može se prilagoditi određenim proizvodima i zahtjevima za emulgiranje. Dostupni su i posebni reaktori s protočnim ćelijama koji ispunjavaju napredne zahtjeve CIP (čišćenje na mjestu) i SIP (sterilizacija na mjestu).
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Često postavljana pitanja o liposomima
Koje se vrste liposoma razlikuju?
Liposomi se klasificiraju u različite tipove na temelju njihove veličine i broja dvoslojeva koje sadrže. Te kategorije uključuju:
- Mali jednolamelarni vezikuli (SUV): To su najmanji liposomi s jednim lipidnim dvoslojem.
- Velike unilamelarne vezikule (LUV): Veći od SUV-ova, oni također imaju jedan dvosloj.
- Multilamelarni vezikuli (MLV): Oni sadrže više koncentričnih dvoslojeva.
- Multivezikularni vezikuli (MVV): Oni se sastoje od više manjih vezikula unutar veće vezikule.
Ostale specijalizirane vrste uključuju:
- PEGilirani liposomi: Liposomi modificirani polietilen glikolom (PEG) za povećanje stabilnosti i vremena cirkulacije.
- Nanoliposomi: Vrlo mali liposomi, koji se obično koriste za ciljanu dostavu lijeka.
Koje strukture vezikula mogu pokazivati liposomi?
Liposomi se dalje kategoriziraju na temelju njihove strukture vezikula u sedam glavnih tipova:
- Višelamelarne velike vezikule (MLV): Sadrži više dvosloja.
- Oligolamelarni vezikuli (OLV): Imajte nekoliko dvosloja.
- Mali jednolamelarni vezikuli (SUV): Najmanji s jednim dvoslojem.
- Unilamelarni vezikuli srednje veličine (MUV): Srednja veličina s jednim dvoslojem.
- Velike unilamelarne vezikule (LUV): Veći s jednim dvoslojem.
- Divovski unilamelarni vezikuli (GUV): Vrlo velika s jednim dvoslojem.
- Multivezikularni vezikuli (MVV): Više vezikula unutar jedne velike vezikule.
Koje su razlike između liposoma i niosoma?
Liposomi i niosomi razlikuju se uglavnom po svom sastavu:
Liposomi: Izrađen od dvolančanih fosfolipida, koji mogu biti neutralni ili nabijeni.
Niosomi: Izrađen od nenabijenih jednolančanih surfaktanata i kolesterola.
Obje strukture nastaju sonikacijom, koja potiče sastavljanje dvoslojnih vezikula.
Koja je idealna veličina liposoma?
Za terapijsku dostavu, idealna veličina liposoma je teoretski između 50 i 200 nanometara u promjeru. Ovaj raspon veličina optimizira stabilnost i bioraspoloživost. Sonikacija se obično koristi za smanjenje vezikula na željenu veličinu.
Mogu li liposomi sadržavati hidrofilne lijekove?
Da, liposomi mogu nositi hidrofilne lijekove. Cijenjeni su u biomedicinskim primjenama zbog svoje sposobnosti da inkapsuliraju i hidrofobne i hidrofilne agense. Osim toga, nude visoku biokompatibilnost i biorazgradivost, što ih čini učinkovitim sustavima za isporuku.
Kako napraviti liposome?
Najčešće tehnike pripreme liposoma su metoda tankog filma i metoda isparavanja obrnute faze.
Metoda hidratacije tankog filma:
- Otopiti lipide u organskom otapalu.
- Isparite otapalo da nastane tanki lipidni film.
- Hidratizirajte film vodenom otopinom pomoću sonikacije kako bi se formirale višeslojne vezikule.
Metoda isparavanja reverzne faze:
- Otopiti lipide u vodi i etanolu.
- Sonicirajte otopinu na 60°C oko 10 minuta kako biste stvorili lipidnu pastu.
- Ohladite kašu lipida i dodajte vodu ili pufer kap po kap uz miješanje.
- Hidratizirajte suspenziju 1 sat da se formiraju multilamelarne vezikule.
- Smanjite veličinu liposoma daljnjom sonikacijom.
Što su arheosomi?
Arheosomi su liposomi napravljeni od lipida arheja, koji su poznati po svojoj stabilnosti i otpornosti na ekstremne uvjete. Ova svojstva čine arheosome posebno korisnima za isporuku lijekova i razvoj cjepiva u izazovnim okruženjima.
Kako se pripremaju arheosomi?
Postupak ultrazvuka prema Piseu (2022.): Arheosomi se mogu izraditi iz frakcije polarnih lipida “PLF” Sulfolobussolfataricus sonikacijom na 60°C bez potrebe za vanjskom nadoknadom lipida. Na 0°C, polarni lipidi iz Sulfolobusacidocaldariusa učinkovito su sonicirani kako bi formirali arheosome. Arheosomi s BMD-om i konvencionalni liposomi, kao i arhealni lipidi izolirani iz Archaea H. salinarum i obogaćeni fosfatidilkolinom, napravljeni su korištenjem tehnika sonikacije. Ultrazvukom obrađene vezikule stvorene su za topikalnu primjenu sonikacijom MLV disperzija pri 80 posto amplitude tijekom 4 minute korištenjem sonikatora tipa Hielscher UP50H (vidi sliku lijevo).
Literatura/Reference
- 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.