Liposzómák ultrahangos előállítása

Az ultrahanggal előállított liposzómákat nagyon magas bezárási hatékonyság, nagy hatóanyag-befogadó kapacitás és egyenletesen kis méretű, gömb alakú részecskék jellemzik. Ennek köszönhetően az ultrahanggal előállított liposzómák kiváló biológiai hozzáférhetőséget biztosítanak. A Hielscher Ultrasonics ultrahangos készülékeket kínál gyógyszerészeti minőségű liposzómák megbízható előállításához, szakaszos és folyamatos üzemmódban.

Az ultrahangos liposzóma-előállítás előnyei

Az ultrahangos liposzómás kapszulázás olyan technika, amellyel gyógyszereket vagy más terápiás hatóanyagokat zárnak liposzómákba ultrahangos energia segítségével. A liposzómás kapszulázás más módszereivel összehasonlítva az ultrahangos kapszulázás számos olyan előnnyel rendelkezik, amelyek révén ez a kiválóbb előállítási technika.

• Magas hatóanyag-tartalom, magas bezárási hatékonyság: Az ultrahangos liposzóma-előállítás közismerten magas hatóanyag-tartalmú liposzómákat eredményez, például C-vitaminnal, gyógyszermolekulákkal stb. Ugyanakkor az ultrahangos kezelési módszer magas bezárási hatékonyságot mutat. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos kezelés a hatóanyag nagy százalékát kapszulázza. Mindez az ultrahangos kezelést rendkívül hatékony liposzóma-előállítási módszerré teszi.
• Egyenletesen kis méretű liposzómák: Az ultrahangos liposzómás kapszulázás egyik előnye, hogy rendkívül egyenletes, szűk méreteloszlású liposzómák előállítására képes. Az ultrahangos energia felhasználható a nagyobb liposzómák vagy lipidaggregátumok kisebb, egyenletesebb liposzómákká történő felbontására. Ez a liposzómák méretének és alakjának nagyobb egyöntetűségét eredményezi, ami fontos lehet olyan gyógyszerbejuttatási alkalmazásokban, ahol a részecskék mérete befolyásolhatja farmakokinetikájukat és hatásosságukat.
• Bármilyen molekulához alkalmazható: Az ultrahangos liposzómás kapszulázás további előnye, hogy gyógyszerek és más terápiás hatóanyagok széles körét képes kapszulázni. A technika hidrofil és hidrofób gyógyszerek kapszulázására egyaránt alkalmazható, ami más módszerekkel nehezen megvalósítható lehet. Ezenkívül ultrahangos energia alkalmazható makromolekulák és nanorészecskék kapszulázására is, amelyek túl nagyok lehetnek ahhoz, hogy más módszerekkel kapszulázzák őket.
• Gyors és megbízható: Az ultrahangos liposzómás kapszulázás viszonylag egyszerű és gyors folyamat is. Nem igényel agresszív vegyszereket vagy magas hőmérsékletet, amelyek károsíthatják a kapszulázandó terápiás hatóanyagokat.
• Léptéknövelés: Ezenkívül a technika könnyen felskálázható nagyüzemi termeléshez, így költséghatékony lehetőséget kínál gyógyszerbejuttatási alkalmazásokhoz.

Összefoglalva, az ultrahangos liposzómás kapszulázás kiválóbb liposzómás kapszulázási technika, mivel egyenletes, szűk méreteloszlású liposzómák előállítására és terápiás hatóanyagok széles körének kapszulázására képes, továbbá egyszerű és jól skálázható.

A lipidfilm kialakítása és az azt követő rehidratálás után ultrahangos kezelést alkalmaznak a hatóanyagok liposzómába zárásának elősegítésére. Ezenkívül az ultrahangos kezelés biztosítja a kívánt liposzómaméretet.

Liposzómák ultrahangos előállítása gyógyszerészeti és kozmetikai célokra

A liposzómák (lipidalapú vezikulák), a transzferoszómák (rendkívül deformálható liposzómák), az etoszómák (magas alkoholtartalmú, rendkívül deformálható vezikulák) és a nioszómák (szintetikus vezikulák) mikroszkopikus vezikulák, amelyek mesterségesen előállíthatók olyan gömb alakú hordozókként, amelyekbe aktív molekulák kapszulázhatók. Ezeket a 25 és 5000 nm közötti átmérőjű vezikulákat gyakran használják gyógyszerhordozóként a gyógyszer- és kozmetikai iparban, például szájon át vagy helyileg történő gyógyszerbejuttatáshoz, génterápiához és immunizáláshoz. Az ultrahangos kezelés tudományosan igazolt módszer a rendkívül hatékony liposzóma-előállításra. A Hielscher ultrahangos készülékei magas hatóanyag-tartalmú és kiválóbb biológiai hozzáférhetőségű liposzómákat állítanak elő.

Liposzómák és liposzómás formulálás

A liposzómák unilamelláris, oligolamelláris vagy multilamelláris vezikuláris rendszerek, és ugyanabból az anyagból állnak, mint a sejtmembrán (lipid kettősréteg). Összetételük és méretük alapján a liposzómákat a következőképpen különböztetik meg:

• multilamelláris vezikulák (MLV, 0,1–10μm)
• kis unilamelláris vezikulák (SUV, <100 nm)
• nagy unilamelláris vezikulák (LUV, 100–500 nm)
• óriás unilamelláris vezikulák (GUV, ≥1 μm)

A liposzómák alapvető szerkezetét foszfolipidek alkotják. A foszfolipidek hidrofil fejcsoporttal és hidrofób farokcsoporttal rendelkeznek, amely egy hosszú szénhidrogénláncból áll.
A liposzóma membránjának összetétele nagyon hasonló a bőr védőgátjáéhoz, ezért a liposzómák könnyen beépülhetnek az emberi bőrbe. Amikor a liposzómák összeolvadnak a bőrrel, a bezárt hatóanyagokat közvetlenül a célhelyen szabadíthatják fel, ahol azok kifejthetik hatásukat. A liposzómák így fokozzák a bőr átjárhatóságát/áteresztőképességét a bezárt gyógyszerészeti és kozmetikai hatóanyagok számára. A kapszulázott hatóanyag nélküli liposzómák, az üres vezikulák is erős hatású aktív anyagok a bőr számára, mivel a „phosphatidylcholin” két olyan nélkülözhetetlen összetevőt tartalmaz, amelyeket az emberi szervezet nem képes önmaga előállítani: linolsavat és kolint.
A liposzómákat gyógyszerek, peptidek, fehérjék, „plasmic DNA”, antiszensz oligonukleotidok vagy ribozimek biokompatibilis hordozóiként használják gyógyszerészeti, kozmetikai és biokémiai célokra. A részecskeméret és a lipidek fizikai paramétereinek rendkívüli változatossága vonzó lehetőséget kínál az alkalmazások széles köréhez igazított hordozók kialakítására. (Ulrich 2002)

Liposzómák ultrahangos képzése

Liposzómák ultrahang alkalmazásával is képezhetők. A liposzóma-előállítás alapanyagai a biológiai membránok lipidjeiből származó vagy azokon alapuló „amphilic” molekulák. Kis unilamelláris vezikulák (SUV) képzéséhez a lipiddiszperziót kíméletes ultrahangos kezelésnek vetik alá – például az UP50H kézi ultrahangos készülékkel (50W, 30kHz), a VialTweeter készülékkel vagy a CupHorn ultrahangos reaktorral – jégfürdőben. Az ilyen ultrahangos kezelés időtartama körülbelül 5 – 15 perc. A kis unilamelláris vezikulák előállításának másik módszere a multilamelláris vezikulákból álló liposzómák ultrahangos kezelése.
Dinu-Pirvu et al. (2010) transzferoszómák előállításáról számol be MLV-k szobahőmérsékleten végzett ultrahangos kezelésével.
A Hielscher Ultrasonics különféle ultrahangos készülékeket, szonotródákat és tartozékokat kínál, így bármilyen léptékben biztosítani tudja a legmegfelelőbb ultrahangos összeállítást a rendkívül hatékony liposzómás kapszulázáshoz.

Hatóanyagok ultrahangos kapszulázása liposzómákba

A liposzómák hatóanyagok, például vitaminok, terápiás molekulák, peptidek stb. hordozóiként működnek. Az ultrahang hatékony eszköz liposzómák előállítására és kialakítására az aktív anyagok bezárásához. Ezzel egyidejűleg az ultrahangos kezelés elősegíti a kapszulázási és bezárási folyamatot, így magas hatóanyag-tartalmú liposzómák keletkeznek. A kapszulázás előtt a liposzómák hajlamosak csoportokat képezni a foszfolipidek poláris fejcsoportjai közötti felületi töltés–töltés kölcsönhatás miatt (vö. Míckova et al. 2008), továbbá fel kell nyitni őket. Példaként Zhu et al. (2003) a biotinpor ultrahangos kapszulázását írja le liposzómákba. Miután a biotinport a vezikulaszuszpenzió oldatához adták, az oldatot ultrahangos kezelésnek vetették alá. E kezelés után a biotin bezáródott a liposzómákba.
Tudjon meg többet a GLP-1 „peptrides” (pl. szemaglutid) ultrahangos kapszulázásáról liposzómákba!

Liposzómás emulziók ultrahangos kezeléssel

A hidratáló vagy öregedésgátló krémek, testápolók, gélek és más kozmeceutikai készítmények ápoló hatásának fokozására emulgeálószereket adnak a liposzómás diszperziókhoz, hogy nagyobb lipidmennyiségeket stabilizáljanak. A vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a liposzómák kapacitása általában korlátozott. Emulgeálószerek hozzáadásával ez a hatás korábban jelentkezik, és a további emulgeálószerek gyengítik a foszfatidilkolin bőrbarrierhez való affinitását. A foszfatidilkolinból és lipidekből álló nanorészecskék jelentik a megoldást erre a problémára. Ezeket a nanorészecskéket egy olajcsepp alkotja, amelyet egy foszfatidilkolin-monoréteg borít. A nanorészecskék alkalmazása olyan készítmények kialakítását teszi lehetővé, amelyek több lipidet képesek felvenni és stabilak maradnak, így nincs szükség további emulgeálószerekre.
Az ultrahangos kezelés bevált módszer nanoemulziók és nanodiszperziók előállítására. A rendkívül intenzív ultrahang biztosítja azt a teljesítményt, amely egy folyadékfázis (diszpergált fázis) kis cseppek formájában történő eloszlatásához szükséges egy másik fázisban (folytonos fázis). A diszpergálási zónában az összeomló kavitációs buborékok intenzív lökéshullámokat hoznak létre a környező folyadékban, és nagy sebességű folyadéksugarak kialakulását eredményezik. A diszpergált fázis újonnan képződött cseppjeinek összeolvadással szembeni stabilizálására emulgeálószereket (felületaktív anyagokat, tenzideket) és stabilizátorokat adnak az emulzióhoz. Mivel a cseppek felaprítás utáni összeolvadása befolyásolja a végső cseppméret-eloszlást, hatékonyan stabilizáló emulgeálószereket használnak annak érdekében, hogy a végső cseppméret-eloszlás az ultrahangos diszpergálási zónában végzett cseppfelaprítás utáni közvetlen eloszlással azonos maradjon.

Liposzómás diszperziók ultrahangos kezeléssel

A telítetlen „phosphatidylchlorine” alapú liposzómás diszperziók nem kellően stabilak az oxidációval szemben. A diszperzió stabilizálása antioxidánsokkal, például C- és E-vitamin-komplexszel érhető el.
 

Liposzómák képzése fordított fázisú bepárlási módszerrel, ultrahangos kezelés alkalmazásával

 
Ortan et al. (2002) jó eredményeket ért el az Anethum graveolens illóolajának liposzómákba történő ultrahangos formulálását vizsgáló tanulmányában. Az ultrahangos kezelés után a liposzómák mérete 70–150 nm, az MLV-ké pedig 230–475 nm között volt; ezek az értékek 2 hónap elteltével is megközelítőleg változatlanok maradtak, de 12 hónap után növekedtek, különösen az SUV-diszperzióban (lásd az alábbi hisztogramokat). Az illóolajveszteségre és a méreteloszlásra vonatkozó stabilitásmérés azt is kimutatta, hogy a liposzómás diszperziók megőrizték illóolaj-tartalmukat. Ez arra utal, hogy az illóolaj liposzómákba zárása növelte az olaj stabilitását.

Ortan et al. (2009): Az MLV- és SUV-diszperziók stabilitása 1 év elteltével. A liposzómás készítményeket 4±1 ºC-on tárolták.

A Hielscher ultrahangos processzorai ideális készülékek a kozmetikai és gyógyszeripari alkalmazásokhoz. A több, egyenként akár 16 000 watt teljesítményű ultrahangos processzorból álló rendszerek biztosítják azt a kapacitást, amely e laboratóriumi alkalmazás hatékony termelési módszerré alakításához szükséges, finoman diszpergált emulziók folyamatos átfolyással vagy szakaszosan történő előállítására – a ma elérhető legjobb nagynyomású homogenizátorokéhoz, például a fojtónyílásos szelepekéhez hasonló eredményeket elérve. A folyamatos emulgeálás e magas hatékonysága mellett a Hielscher ultrahangos készülékei nagyon kevés karbantartást igényelnek, és nagyon könnyen kezelhetők és tisztíthatók. Az ultrahang valóban elősegíti a tisztítást és az öblítést. Az ultrahangos teljesítmény szabályozható, és az adott termékekhez és emulgeálási követelményekhez igazítható. A magas szintű CIP (helyben történő tisztítás) és SIP (helyben történő sterilizálás) követelményeknek megfelelő speciális átfolyó cellás reaktorok is rendelkezésre állnak.

Gyakran ismételt kérdések a liposzómákról

Milyen liposzómatípusokat különböztetünk meg?

A liposzómákat méretük és a bennük található kettősrétegek száma alapján különböző típusokba sorolják. Ezek a kategóriák a következők:

• Kis unilamelláris vezikulák (SUV): Ezek a legkisebb liposzómák, egyetlen lipid kettősréteggel.
• Nagy unilamelláris vezikulák (LUV): Az SUV-knál nagyobbak, és szintén egyetlen kettősréteggel rendelkeznek.
• Multilamelláris vezikulák (MLV): Ezek több koncentrikus kettősréteget tartalmaznak.
• Multivezikuláris vezikulák (MVV): Ezek több kisebb vezikulából állnak egy nagyobb vezikulán belül.

 
További speciális típusok:

• PEGilált liposzómák: Polietilén-glikollal (PEG) módosított liposzómák a stabilitás fokozására és a keringésben töltött idő meghosszabbítására.
• Nanoliposzómák: Nagyon kis liposzómák, amelyeket jellemzően célzott gyógyszerbejuttatáshoz használnak.

Milyen vezikulaszerkezeteket mutathatnak a liposzómák?

A liposzómákat vezikulaszerkezetük alapján további hét fő típusba sorolják:

• Nagy multilamelláris vezikulák (MLV): Több kettősréteget tartalmaznak.
• Oligolamelláris vezikulák (OLV): Néhány kettősréteggel rendelkeznek.
• Kis unilamelláris vezikulák (SUV): A legkisebbek, egyetlen kettősréteggel.
• Közepes méretű unilamelláris vezikulák (MUV): Közepes méretűek, egyetlen kettősréteggel.
• Nagy unilamelláris vezikulák (LUV): Nagyobbak, egyetlen kettősréteggel.
• Óriás unilamelláris vezikulák (GUV): Nagyon nagyok, egyetlen kettősréteggel.
• Multivezikuláris vezikulák (MVV): Több vezikula egyetlen nagy vezikulán belül.

Miben különböznek a liposzómák és a nioszómák?

A liposzómák és a nioszómák főként összetételükben különböznek:
Liposzómák: Kétláncú foszfolipidekből készülnek, amelyek semlegesek vagy töltéssel rendelkezők lehetnek.
Nioszómák: Töltés nélküli, egyláncú felületaktív anyagokból és koleszterinből készülnek.
Mindkét szerkezet ultrahangos kezeléssel jön létre, amely elősegíti a kettősrétegű vezikulák összeállását.

Mekkora egy liposzóma ideális mérete?

Terápiás célú bejuttatáshoz a liposzóma ideális átmérője elméletileg 50 és 200 nanométer között van. Ez a mérettartomány optimalizálja a stabilitást és a biológiai hozzáférhetőséget. A vezikula kívánt méretre történő csökkentéséhez általában ultrahangos kezelést alkalmaznak.

Képesek a liposzómák hidrofil gyógyszereket szállítani?

Igen, a liposzómák képesek hidrofil gyógyszereket szállítani. Az orvosbiológiai alkalmazásokban nagyra értékelik őket, mivel hidrofób és hidrofil hatóanyagok kapszulázására egyaránt képesek. Ezenkívül nagyfokú biokompatibilitást és biológiai lebonthatóságot biztosítanak, így hatékony bejuttatási rendszerekként működnek.

Hogyan készülnek a liposzómák?

A liposzóma-előállítás leggyakoribb technikái a vékonyfilm-módszer és a fordított fázisú bepárlási módszer.
Vékonyfilm-hidratálási módszer:

1. Oldja fel a lipideket szerves oldószerben.
2. Párologtassa el az oldószert, hogy vékony lipidfilm képződjön.
3. Hidratálja a filmet vizes oldattal, ultrahangos kezelés alkalmazásával, hogy multilamelláris vezikulák képződjenek.

Fordított fázisú bepárlási módszer:

1. Oldja fel a lipideket vízben és etanolban.
2. Kezelje az oldatot ultrahanggal 60°C-on körülbelül 10 percig, hogy lipidpaszta keletkezzen.
3. Hűtse le a lipidszuszpenziót, és keverés közben cseppenként adjon hozzá vizet vagy puffert.
4. Hidratálja a szuszpenziót 1 órán át, hogy multilamelláris vezikulák képződjenek.
5. Csökkentse a liposzómák méretét további ultrahangos kezeléssel.

Mik azok az archeoszómák?

Az archeoszómák archeák lipidjeiből készült liposzómák; ezek a lipidek stabilitásukról és a szélsőséges körülményekkel szembeni ellenállásukról ismertek. Ezek a tulajdonságok az archeoszómákat különösen hasznossá teszik gyógyszerbejuttatáshoz és vakcinafejlesztéshez kedvezőtlen környezeti feltételek mellett.

Hogyan állítják elő az archeoszómákat?

Ultrahangos kezelési eljárás Pise (2022) szerint: Archeoszómák előállíthatók a Sulfolobussolfataricus „PLF” poláris lipidfrakciójából 60°C-on végzett ultrahangos kezeléssel, külső lipidpótlás nélkül. A Sulfolobusacidocaldarius poláris lipidjeit 0°C-on hatékonyan kezelték ultrahanggal archeoszómák képzésére. BMD-vel töltött archeoszómákat és hagyományos liposzómákat, valamint az Archaea H. salinarum szervezetből izolált és foszfatidilkolinnal dúsított archeális lipideket ultrahangos kezelési technikákkal állítottak elő. Helyi bejuttatásra szánt, ultrahanggal kezelt vezikulákat hoztak létre MLV-diszperziók 80 százalékos amplitúdón, 4 percig végzett ultrahangos kezelésével, Hielscher UP50H szondás ultrahangos készülék használatával (lásd a bal oldali képet).

Szakirodalom/Hivatkozások

• 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.