Ultrazvučna proizvodnja liposomalnih omega-3 masnih kiselina
Nanoliposomi su vrlo učinkoviti nosači lijekova koji se upotrebljavaju za povećanje bioraspoloživosti bioaktivnih spojeva poput omega-2 masnih kiselina, vitamina i drugih tvari. Ultrazvučna enkapsulacija bioaktivnih spojeva brza je i jednostavna tehnika za pripremu nanoliposoma s visokim sadržajem lijeka. Ultrazvučna enkapsulacija u liposome povećava stabilnost i bioraspoloživost spojeva.
Liposomalne omega-3 masne kiseline
Omega-3 masne kiseline poput eikozapentaenske kiseline (EPA) i dokozaheksaenske kiseline (DHA) imaju ključnu ulogu u pravilnom odvijanju mnogih životno važnih biokemijskih reakcija u ljudskom tijelu. EPA i DHA uglavnom se nalaze u ribama iz hladnih voda, jetri bakalara i školjkašima. Budući da ne konzumiraju svi preporučene dvije porcije ribe tjedno, riblje ulje često se upotrebljava u obliku dodataka prehrani. Osim toga, omega-3 masne kiseline poput EPA i DHA upotrebljavaju se kao terapijska sredstva za liječenje kardiovaskularnih bolesti i bolesti mozga te u terapiji raka. Ultrazvučna enkapsulacija u liposome široko je i uspješno primjenjivana tehnika za poboljšanje bioraspoloživosti i brzine apsorpcije.
Ultrazvučna enkapsulacija omega-3 masnih kiselina u liposome
Ultrazvučna enkapsulacija pouzdana je tehnika pripreme liposoma s visokim sadržajem aktivnih tvari. Ultrazvučna nanoemulgacija razara fosfolipidne dvoslojeve i unosi energiju kako bi potaknula stvaranje amfifilnih vezikula sferičnog oblika, poznatih kao liposomi.
Sonikacija omogućuje kontrolu veličine liposoma tijekom postupka ultrazvučne pripreme: veličina liposoma smanjuje se s povećanjem ultrazvučne energije. Manji liposomi nude veću biopristupačnost i mogu uspješnije prenositi molekule masnih kiselina do ciljnih mjesta jer manja veličina olakšava prolazak kroz stanične membrane.
Liposomi su poznati kao učinkoviti nosači lijekova, u koje se mogu uklopiti i lipofilne i hidrofilne tvari zahvaljujući amfifilnoj strukturi njihovih dvoslojeva. Još jedna prednost liposoma jest mogućnost njihove kemijske modifikacije uključivanjem polimera vezanih za lipide u formulaciju, čime se poboljšava unos uklopljenih molekula u ciljno tkivo te produljuje oslobađanje lijeka, a time i njegov poluvijek. Liposomalna enkapsulacija također štiti bioaktivne spojeve od oksidativne razgradnje, što je važan čimbenik za višestruko nezasićene masne kiseline poput EPA i DHA, koje su sklone oksidaciji.
Hadia i sur. (2014) utvrdili su da je ultrazvučnom enkapsulacijom DHA i EPA primjenom ultrazvučnog uređaja sa sondom UP200S postignuta veća učinkovitost enkapsulacije (%EE), i to 56,9 ± 5,2% za DHA i 38,6 ± 1,8% za EPA. %EE za DHA i EPA u liposomima značajno se povećao primjenom sonikacije (p -vrijednost manja od 0,05; statistički značajne vrijednosti).
Ultrazvučno pripremljeni liposomi s uklopljenim masnim kiselinama DHA i EPA.
Istraživanje i slika: Hadian i sur. 2014
Usporedba učinkovitosti: ultrazvučna enkapsulacija u odnosu na ekstruziju liposoma
U usporedbi s ultrazvučnom enkapsulacijom u kupelji i tehnikom ekstruzije, sonikacijom sondom postiže se bolje stvaranje liposoma.
Hadia i sur. (2014) usporedili su sonikaciju sondom (UP200S), sonikaciju u kupelji i ekstruziju kao tehnike za pripremu liposoma s omega-3 masnim kiselinama iz ribljeg ulja. Liposomi pripremljeni sonikacijom sondom bili su sferičnog oblika i zadržali su visok strukturni integritet. U istraživanju je zaključeno da sonikacija prethodno oblikovanih liposoma sondom olakšava pripremu liposoma s visokim sadržajem DHA i EPA. Sonikacijom sondom omega-3 masne kiseline DHA i EPA enkapsulirane su u nanoliposomalnu membranu. Enkapsulacija čini omega-3 masne kiseline vrlo bioraspoloživima i štiti ih od oksidativne razgradnje.
Važni čimbenici za visokokvalitetne liposome
Nakon pripreme liposoma, stabilizacija i čuvanje liposomskih formulacija imaju ključnu ulogu u dobivanju dugotrajno stabilne i vrlo djelotvorne formulacije nosača.
Ključni čimbenici koji utječu na stabilnost liposoma uključuju pH-vrijednost, temperaturu čuvanja i materijale spremnika za čuvanje.
Za gotovu formulaciju idealnom se smatra pH-vrijednost od približno 6,5 jer je pri pH 6,5 brzina hidrolize lipida smanjena na najnižu razinu.
Budući da liposomi mogu oksidirati i izgubiti uklopljene tvari, preporučuje se temperatura čuvanja od približno 2–8 °C. Liposomi s uklopljenim tvarima ne smiju se izlagati uvjetima zamrzavanja i odmrzavanja jer stres uzrokovan zamrzavanjem i odmrzavanjem potiče istjecanje inkapsuliranih bioaktivnih spojeva.
Spremnik za čuvanje i njegove zatvarače treba pažljivo odabrati jer liposomi nisu kompatibilni s određenim plastičnim materijalima. Kako bi se spriječila razgradnja liposoma, liposomske suspenzije za injekcijsku primjenu treba čuvati u staklenim ampulama umjesto u injekcijskim bočicama s čepovima. Mora se ispitati kompatibilnost s elastomernim čepovima injekcijskih bočica. Kako bi se izbjegla fotooksidacija lipidnih kompozita, vrlo je važno čuvanje uz zaštitu od svjetlosti, primjerice upotrebom boce od tamnog stakla i čuvanjem na tamnom mjestu. Za liposomske formulacije namijenjene infuzijskoj primjeni mora se osigurati kompatibilnost liposomskih suspenzija s cijevima za intravensku primjenu (izrađenima od sintetičke plastike). Uvjeti čuvanja i kompatibilnost s materijalima trebaju biti navedeni na etiketi liposomske formulacije. [usp. Kulkarni i Shaw, 2016]
Nakon stvaranja lipidnog filma i naknadne rehidracije, sonikacija se primjenjuje za poticanje uklapanja aktivnih sastojaka u liposom. Osim toga, sonikacijom se postiže željena veličina liposoma.
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za liposomske formulacije
Sonikatori Hielscher pouzdani su uređaji koji se upotrebljavaju u proizvodnji lijekova i dodataka prehrani za formuliranje visokokvalitetnih liposoma s uklopljenim masnim kiselinama, vitaminima, antioksidansima, peptidima, polifenolima i drugim bioaktivnim spojevima. Kako bi zadovoljio zahtjeve svojih kupaca, Hielscher isporučuje 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. Dostupan je širok raspon ultrazvučnih sonotroda (sondi) i reaktorskih posuda kako bi se osigurala optimalna konfiguracija za vašu proizvodnju liposoma. Robusnost sonikatora Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.
Literatura / reference
- 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.
- Zahra Hadian (2016): A Review of Nanoliposomal Delivery System for Stabilization of Bioactive Omega-3 Fatty Acids. Electron Physician. 2016 Jan; 8(1): 1776–1785.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, PharmDa, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
- Vitthal S. Kulkarni., Charles Shaw (2016): Formulating Creams, Gels, Lotions, and Suspensions. In: Essential Chemistry for Formulators of Semisolid and Liquid Dosages, 2016. 29-41.
Korisne činjenice
Što su liposomi?
Liposom je kuglasta vezikula koja ima barem jedan lipidni dvosloj. Liposomi su poznati kao izvrsni nosači lijekova i upotrebljavaju se za unošenje hranjivih tvari, dodataka prehrani i farmaceutskih lijekova u ciljano tkivo.
Liposomi se obično izrađuju od fosfolipida, osobito fosfatidilkolina, ali mogu sadržavati i druge lipide, poput fosfatidiletanolamina iz jaja, pod uvjetom da su kompatibilni sa strukturom lipidnog dvosloja.
Liposom se sastoji od vodene jezgre okružene hidrofobnom membranom u obliku lipidnog dvosloja; hidrofilne otopljene tvari u jezgri zarobljene su i ne mogu lako proći kroz dvosloj. Hidrofobne molekule mogu se pohraniti u dvosloju. Liposom se stoga može napuniti hidrofobnim i/ili hidrofilnim molekulama. Kako bi se molekule dostavile na ciljano mjesto, lipidni dvosloj može se spojiti s drugim dvoslojevima, poput stanične membrane, čime se tvari inkapsulirane u liposomu unose u stanice.
Budući da je krv sisavaca na vodenoj osnovi, liposomi učinkovito prenose hidrofobnu tvar kroz tijelo do ciljanih stanica. Liposomi se stoga upotrebljavaju za povećanje bioraspoloživosti molekula netopljivih u vodi (npr. CBD-a, kurkumina, molekula lijekova).
Liposomi se uspješno pripremaju ultrazvučnom nanoemulgacijom i inkapsulacijom.
Struktura liposoma: vodena jezgra i fosfolipidni dvosloj s hidrofilnim glavama i hidrofobnim/lipofilnim repovima.
Omega-3 masne kiseline
Omega-3 (ω-3) i omega-6 (ω-6) masne kiseline višestruko su nezasićene masne kiseline (PUFAs) i pridonose brojnim funkcijama u ljudskom tijelu. Osobito su omega-3 masne kiseline poznate po svojim protuupalnim svojstvima i svojstvima koja promiču zdravlje.
Eikozapentaenska kiselina ili EPA (20:5n-3) djeluje kao prekursor eikozanoida prostaglandina-3 (koji inhibira agregaciju trombocita), tromboksana-3 i leukotriena-5 te ima ključnu ulogu u zdravlju kardiovaskularnog sustava i mozga.
Dokozaheksaenska kiselina ili DHA (22:6n-3) glavna je strukturna komponenta središnjeg živčanog sustava sisavaca. DHA je najzastupljenija omega−3 masna kiselina u mozgu i mrežnici, a oba organa, mozak i mrežnica, ovise o unosu DHA prehranom kako bi pravilno funkcionirala. DHA podupire širok raspon svojstava staničnih membrana i stanične signalizacije, osobito u sivoj tvari mozga te u vanjskim segmentima fotoreceptorskih stanica mrežnice, koji su bogati membranama.
Prehrambeni izvori omega-3 masnih kiselina
Neki od prehrambenih izvora ω-3 masnih kiselina jesu riba (npr. hladnovodne ribe poput lososa, srdela i skuša), ulje jetre bakalara, rakovi i školjkaši, kavijar, morske alge, ulje morskih algi, sjemenke lana (laneno sjeme), sjemenke konoplje, chia sjemenke i orasi.
Standardna zapadnjačka prehrana obično uključuje velike količine omega-6 (ω-6) masnih kiselina jer su namirnice poput žitarica, ulja biljnih sjemenki, mesa peradi i jaja bogate omega-6 lipidima. S druge strane, omega-3 (ω-3) masne kiseline, koje se uglavnom nalaze u hladnovodnim ribama, konzumiraju se u znatno manjim količinama, pa je omjer omega-3:omega-6 često potpuno neuravnotežen.
Stoga liječnici i zdravstveni djelatnici često preporučuju upotrebu dodataka prehrani s omega-3 masnim kiselinama.
Esencijalne masne kiseline
Esencijalne masne kiseline (EFAs) masne su kiseline koje ljudi i životinje moraju unositi hranom jer su organizmu potrebne za pravilno odvijanje životnih funkcija, ali ih ne može sintetizirati. Općenito, esencijalne masne kiseline i njihovi derivati ključni su za mozak i živčani sustav te čine 15%–30% suhe mase mozga. Esencijalne masne kiseline dijele se na zasićene, nezasićene i višestruko nezasićene masne kiseline. Za ljude je poznato da su samo dvije masne kiseline esencijalne, i to alfa-linolenska kiselina, koja je omega-3 masna kiselina, i linolna kiselina, koja je omega-6 masna kiselina. Postoje i druge masne kiseline koje se mogu klasificirati kao „uvjetno esencijalne”, što znači da mogu postati esencijalne u određenim razvojnim fazama ili stanjima bolesti; primjeri uključuju dokozaheksaensku kiselinu, koja je omega-3 masna kiselina, i gama-linolensku kiselinu, omega-6 masnu kiselinu.