Preparasi Liposom Ultrasonik

Liposom yang diproduksi secara ultrasonik menunjukkan efisiensi penjerapan yang sangat tinggi, kapasitas pemuatan yang tinggi, serta bentuk sferis dengan ukuran kecil yang seragam. Dengan demikian, liposom ultrasonik menawarkan bioavailabilitas yang sangat baik. Hielscher Ultrasonics menawarkan ultrasonikator untuk produksi liposom kelas farmasi yang andal dalam mode batch dan kontinu.

Keunggulan Produksi Liposom Ultrasonik

Enkapsulasi liposom ultrasonik adalah teknik untuk mengenkapsulasi obat atau agen terapeutik lainnya di dalam liposom menggunakan energi ultrasonik. Dibandingkan dengan metode enkapsulasi liposom lainnya, enkapsulasi ultrasonik memiliki sejumlah keunggulan yang menjadikannya teknik produksi yang unggul.

• Pemuatan tinggi, efisiensi penjerapan tinggi: Produksi liposom ultrasonik dikenal mampu menghasilkan liposom dengan muatan bahan aktif yang tinggi, misalnya vitamin C, molekul obat, dan sebagainya. Pada saat yang sama, metode sonikasi menunjukkan efisiensi penjerapan yang tinggi. Artinya, persentase zat aktif yang dienkapsulasi melalui ultrasonikasi tinggi. Dengan demikian, ultrasonikasi merupakan metode yang sangat efisien untuk produksi liposom.
• Liposom berukuran kecil yang seragam: Salah satu keunggulan enkapsulasi liposom ultrasonik adalah kemampuannya menghasilkan liposom yang sangat seragam dengan distribusi ukuran yang sempit. Energi ultrasonik dapat digunakan untuk memecah liposom yang lebih besar atau agregat lipid menjadi liposom yang lebih kecil dan lebih seragam. Hal ini meningkatkan konsistensi ukuran dan bentuk liposom, yang dapat menjadi penting dalam aplikasi penghantaran obat karena ukuran partikel dapat memengaruhi farmakokinetika dan efikasinya.
• Dapat diterapkan pada molekul apa pun: Keunggulan lain enkapsulasi liposom ultrasonik adalah kemampuannya mengenkapsulasi berbagai macam obat dan agen terapeutik lainnya. Teknik ini dapat digunakan untuk mengenkapsulasi obat hidrofilik maupun hidrofobik, yang mungkin sulit dilakukan dengan metode lain. Selain itu, energi ultrasonik dapat digunakan untuk mengenkapsulasi makromolekul dan nanopartikel yang mungkin terlalu besar untuk dienkapsulasi dengan metode lain.
• Cepat dan andal: Enkapsulasi liposom ultrasonik juga merupakan proses yang relatif sederhana dan cepat. Proses ini tidak memerlukan penggunaan bahan kimia keras atau suhu tinggi, yang dapat merusak agen terapeutik yang dienkapsulasi.
• Peningkatan skala: Selain itu, skala teknik ini dapat ditingkatkan dengan mudah untuk produksi berskala besar, sehingga menjadi pilihan yang hemat biaya untuk aplikasi penghantaran obat.

Secara keseluruhan, enkapsulasi liposom ultrasonik merupakan teknik enkapsulasi liposom yang unggul karena mampu menghasilkan liposom seragam dengan distribusi ukuran yang sempit dan mengenkapsulasi beragam agen terapeutik, serta karena kesederhanaan dan kemudahan peningkatan skalanya.

Setelah pembentukan film lipid dan rehidrasi berikutnya, sonikasi digunakan untuk mendorong penjerapan bahan aktif di dalam liposom. Selain itu, sonikasi menghasilkan ukuran liposom yang diinginkan.

Preparasi Liposom Ultrasonik untuk Produk Farmasi dan Kosmetik

Liposom (vesikel berbasis lipid), transferosom (liposom yang sangat mudah terdeformasi), etosom (vesikel yang sangat mudah terdeformasi dengan kandungan alkohol tinggi), dan niosom (vesikel sintetis) merupakan vesikel mikroskopis yang dapat dibuat secara artifisial sebagai pembawa berbentuk bulat untuk mengenkapsulasi molekul aktif. Vesikel dengan diameter antara 25 dan 5000 nm ini sering digunakan sebagai pembawa obat dalam industri farmasi dan kosmetik, seperti untuk penghantaran obat oral atau topikal, terapi gen, dan imunisasi. Ultrasonikasi merupakan metode yang terbukti secara ilmiah untuk produksi liposom yang sangat efisien. Ultrasonikator Hielscher menghasilkan liposom dengan muatan bahan aktif yang tinggi dan bioavailabilitas yang unggul.

Liposom dan Formulasi Liposomal

Liposom merupakan sistem vesikular unilamelar, oligolamelar, atau multilamelar yang tersusun dari bahan yang sama dengan membran sel (lapisan ganda lipid). Berdasarkan komposisi dan ukurannya, liposom dibedakan sebagai berikut:

• vesikel multilamelar (MLV, 0,1–10μm)
• vesikel unilamelar kecil (SUV, <100 nm)
• vesikel unilamelar besar (LUV, 100–500 nm)
• vesikel unilamelar raksasa (GUV, ≥1 μm)

Struktur utama liposom terdiri atas fosfolipid. Fosfolipid memiliki gugus kepala hidrofilik dan gugus ekor hidrofobik yang terdiri atas rantai hidrokarbon panjang.
Membran liposom memiliki komposisi yang sangat mirip dengan sawar kulit, sehingga liposom dapat dengan mudah menyatu dengan kulit manusia. Saat liposom berfusi dengan kulit, liposom dapat melepaskan agen yang terjerap langsung ke lokasi tujuan, tempat bahan aktif dapat menjalankan fungsinya. Dengan demikian, liposom meningkatkan kemampuan penetrasi/permeabilitas kulit terhadap agen farmasi dan kosmetik yang terjerap. Liposom tanpa agen yang dienkapsulasi, yaitu vesikel kosong, juga merupakan bahan aktif yang ampuh untuk kulit, karena fosfatidilkolin mengandung dua zat esensial yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh tubuh manusia: asam linoleat dan kolin.
Liposom digunakan sebagai pembawa biokompatibel untuk obat, peptida, protein, DNA plasmik, oligonukleotida antisense, atau ribozim untuk keperluan farmasi, kosmetik, dan biokimia. Keragaman yang sangat besar dalam ukuran partikel dan parameter fisik lipid menawarkan potensi menarik untuk merancang wahana penghantar yang disesuaikan bagi beragam aplikasi. (Ulrich 2002)

Pembentukan Liposom Ultrasonik

Liposom dapat dibentuk menggunakan ultrasonik. Bahan dasar untuk preparasi liposom adalah molekul amfifilik yang berasal dari atau berbasis lipid membran biologis. Untuk membentuk vesikel unilamelar kecil (SUV), dispersi lipid disonikasi secara lembut – misalnya dengan perangkat ultrasonik genggam UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter, atau reaktor ultrasonik CupHorn – dalam penangas es. Perlakuan ultrasonik ini berlangsung sekitar 5 – 15 menit. Metode lain untuk menghasilkan vesikel unilamelar kecil adalah sonikasi liposom vesikel multilamelar.
Dinu-Pirvu et al. (2010) melaporkan perolehan transferosom melalui sonikasi MLV pada suhu ruang.
Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai perangkat ultrasonik, sonotrode, dan aksesori sehingga dapat menyediakan konfigurasi ultrasonik yang paling sesuai untuk enkapsulasi liposom yang sangat efisien pada skala apa pun.

Enkapsulasi Ultrasonik Zat Aktif ke dalam Liposom

Liposom berfungsi sebagai pembawa bahan aktif seperti vitamin, molekul terapeutik, peptida, dan sebagainya. Ultrasonik merupakan sarana yang efektif untuk menyiapkan dan membentuk liposom guna menjerap agen aktif. Pada saat yang sama, sonikasi membantu proses enkapsulasi dan penjerapan sehingga dihasilkan liposom dengan muatan bahan aktif yang tinggi. Sebelum enkapsulasi, liposom cenderung membentuk kelompok akibat interaksi antarmuatan permukaan pada kepala polar fosfolipid (lihat Míckova et al. 2008); selain itu, liposom harus dibuka. Sebagai contoh, Zhu et al. (2003) menjelaskan enkapsulasi serbuk biotin dalam liposom melalui ultrasonikasi. Setelah serbuk biotin ditambahkan ke dalam larutan suspensi vesikel, larutan tersebut disonikasi. Setelah perlakuan ini, biotin terjerap di dalam liposom.
Baca selengkapnya tentang enkapsulasi ultrasonik peptida GLP-1 (misalnya semaglutide) dalam liposom!

Emulsi Liposomal dengan Ultrasonikasi

Untuk meningkatkan efek perawatan dari krim pelembap atau antipenuaan, losion, gel, dan formulasi kosmeseutikal lainnya, pengemulsi ditambahkan ke dalam dispersi liposomal guna menstabilkan lipid dalam jumlah yang lebih tinggi. Namun, penelitian menunjukkan bahwa kemampuan liposom umumnya terbatas. Dengan penambahan pengemulsi, efek ini akan muncul lebih awal dan pengemulsi tambahan menyebabkan penurunan afinitas fosfatidilkolin terhadap sawar. Nanopartikel – yang tersusun dari fosfatidilkolin dan lipid – merupakan jawaban atas masalah ini. Nanopartikel ini terbentuk dari tetesan minyak yang diselubungi oleh lapisan tunggal fosfatidilkolin. Penggunaan nanopartikel memungkinkan formulasi yang mampu menyerap lebih banyak lipid dan tetap stabil, sehingga pengemulsi tambahan tidak diperlukan.
Ultrasonikasi merupakan metode yang telah terbukti untuk produksi nanoemulsi dan nanodispersi. Ultrasonik berintensitas sangat tinggi menyediakan daya yang diperlukan untuk mendispersikan fase cair (fase terdispersi) sebagai tetesan kecil dalam fase kedua (fase kontinu). Di zona pendispersian, gelembung kavitasi yang runtuh menghasilkan gelombang kejut intensif dalam cairan di sekitarnya dan membentuk semburan cairan berkecepatan tinggi. Untuk menstabilkan tetesan fase terdispersi yang baru terbentuk terhadap koalesensi, pengemulsi (zat aktif permukaan, surfaktan) dan penstabil ditambahkan ke dalam emulsi. Karena koalesensi tetesan setelah pemecahan memengaruhi distribusi ukuran tetesan akhir, pengemulsi yang menstabilkan secara efisien digunakan untuk mempertahankan distribusi ukuran tetesan akhir pada tingkat yang sama dengan distribusi segera setelah pemecahan tetesan di zona pendispersian ultrasonik.

Dispersi Liposomal Menggunakan Ultrasonikasi

Dispersi liposomal yang berbasis “phosphatidylchlorine” tak jenuh memiliki stabilitas yang rendah terhadap oksidasi. Stabilisasi dispersi dapat dicapai dengan antioksidan, seperti kompleks vitamin C dan E.
 

Pembentukan Liposom melalui Metode Evaporasi Fase Terbalik Menggunakan Sonikasi

 
Ortan et al. (2002) memperoleh hasil yang baik dalam studi mereka mengenai preparasi ultrasonik minyak atsiri Anethum graveolens dalam liposom. Setelah sonikasi, ukuran liposom berkisar antara 70–150 nm, dan untuk MLV antara 230–475 nm; nilai-nilai ini juga relatif konstan setelah 2 bulan, tetapi meningkat setelah 12 bulan, terutama pada dispersi SUV (lihat histogram di bawah). Pengukuran stabilitas terkait kehilangan minyak atsiri dan distribusi ukuran juga menunjukkan bahwa dispersi liposomal mempertahankan kandungan minyak atsiri. Hal ini menunjukkan bahwa penjerapan minyak atsiri di dalam liposom meningkatkan stabilitas minyak.

Ortan et al. (2009): Stabilitas dispersi MLV dan SUV setelah 1 tahun. Formulasi liposomal disimpan pada 4±1 ºC.

Prosesor ultrasonik Hielscher merupakan perangkat ideal untuk aplikasi dalam industri kosmetik dan farmasi. Sistem yang terdiri atas beberapa prosesor ultrasonik dengan daya masing-masing hingga 16.000 watt menyediakan kapasitas yang diperlukan untuk mengubah aplikasi laboratorium ini menjadi metode produksi yang efisien guna memperoleh emulsi yang terdispersi halus dalam aliran kontinu atau dalam batch – dengan hasil yang sebanding dengan homogenizer tekanan tinggi terbaik yang tersedia saat ini, seperti katup orifis. Selain efisiensi tinggi dalam emulsifikasi kontinu ini, perangkat ultrasonik Hielscher memerlukan sangat sedikit perawatan dan sangat mudah dioperasikan serta dibersihkan. Ultrasonik juga membantu pembersihan dan pembilasan. Daya ultrasonik dapat diatur dan disesuaikan dengan produk tertentu serta kebutuhan emulsifikasi. Reaktor sel alir khusus yang memenuhi persyaratan lanjutan CIP (pembersihan di tempat) dan SIP (sterilisasi di tempat) juga tersedia.

Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang Liposom

Apa Saja Jenis Liposom yang Dibedakan?

Liposom diklasifikasikan ke dalam berbagai jenis berdasarkan ukuran dan jumlah lapisan ganda yang dikandungnya. Kategori ini meliputi:

• Vesikel Unilamelar Kecil (SUV): Ini adalah liposom terkecil dengan satu lapisan ganda lipid.
• Vesikel Unilamelar Besar (LUV): Lebih besar daripada SUV, vesikel ini juga memiliki satu lapisan ganda.
• Vesikel Multilamelar (MLV): Vesikel ini mengandung beberapa lapisan ganda konsentris.
• Vesikel Multivesikular (MVV): Vesikel ini tersusun dari beberapa vesikel yang lebih kecil di dalam satu vesikel yang lebih besar.

 
Jenis khusus lainnya meliputi:

• Liposom Terpegilasi: Liposom yang dimodifikasi dengan polietilena glikol (PEG) untuk meningkatkan stabilitas dan waktu sirkulasi.
• Nanoliposom: Liposom berukuran sangat kecil, biasanya digunakan untuk penghantaran obat bertarget.

Struktur Vesikel Apa Saja yang Dapat Dimiliki Liposom?

Liposom selanjutnya dikategorikan berdasarkan struktur vesikelnya menjadi tujuh jenis utama:

• Vesikel Multilamelar Besar (MLV): Mengandung beberapa lapisan ganda.
• Vesikel Oligolamelar (OLV): Memiliki sejumlah kecil lapisan ganda.
• Vesikel Unilamelar Kecil (SUV): Paling kecil dengan satu lapisan ganda.
• Vesikel Unilamelar Berukuran Sedang (MUV): Berukuran sedang dengan satu lapisan ganda.
• Vesikel Unilamelar Besar (LUV): Lebih besar dengan satu lapisan ganda.
• Vesikel Unilamelar Raksasa (GUV): Sangat besar dengan satu lapisan ganda.
• Vesikel Multivesikular (MVV): Beberapa vesikel di dalam satu vesikel besar.

Apa Perbedaan antara Liposom dan Niosom?

Liposom dan niosom terutama berbeda dalam komposisinya:
Liposom: Dibuat dari fosfolipid berantai ganda, yang dapat bersifat netral atau bermuatan.
Niosom: Dibuat dari surfaktan berantai tunggal tanpa muatan dan kolesterol.
Kedua struktur ini terbentuk melalui sonikasi, yang mendorong perakitan vesikel berlapisan ganda.

Berapa Ukuran Ideal Liposom?

Untuk penghantaran terapeutik, ukuran ideal liposom secara teoretis berdiameter antara 50 dan 200 nanometer. Rentang ukuran ini mengoptimalkan stabilitas dan bioavailabilitas. Sonikasi umumnya digunakan untuk memperkecil vesikel hingga ukuran yang diinginkan.

Dapatkah Liposom Membawa Obat Hidrofilik?

Ya, liposom dapat membawa obat hidrofilik. Liposom dihargai dalam aplikasi biomedis karena kemampuannya mengenkapsulasi agen hidrofobik maupun hidrofilik. Selain itu, liposom menawarkan biokompatibilitas dan biodegradabilitas yang tinggi, sehingga menjadi sistem penghantaran yang efektif.

Bagaimana Cara Membuat Liposom?

Teknik preparasi liposom yang paling umum adalah metode film tipis dan metode evaporasi fase terbalik.
Metode Hidrasi Film Tipis:

1. Larutkan lipid dalam pelarut organik.
2. Uapkan pelarut untuk membentuk film lipid tipis.
3. Hidrasi film dengan larutan berbasis air menggunakan sonikasi untuk membentuk vesikel multilamelar.

Metode Evaporasi Fase Terbalik:

1. Larutkan lipid dalam air dan etanol.
2. Sonikasi larutan pada 60°C selama sekitar 10 menit untuk menghasilkan pasta lipid.
3. Dinginkan bubur lipid dan tambahkan air atau larutan penyangga tetes demi tetes sambil diaduk.
4. Hidrasi suspensi selama 1 jam untuk membentuk vesikel multilamelar.
5. Perkecil ukuran liposom melalui sonikasi lebih lanjut.

Apa Itu Arkeosom?

Arkeosom adalah liposom yang dibuat dari lipid arkea, yang dikenal karena stabilitas dan ketahanannya terhadap kondisi ekstrem. Sifat-sifat ini menjadikan arkeosom sangat berguna untuk penghantaran obat dan pengembangan vaksin dalam lingkungan yang menantang.

Bagaimana Arkeosom Dipreparasi?

Prosedur sonikasi menurut Pise (2022): Arkeosom dapat dibuat dari fraksi lipid polar “PLF” Sulfolobussolfataricus melalui sonikasi pada 60°C tanpa memerlukan penambahan lipid dari luar. Pada 0°C, lipid polar dari Sulfolobusacidocaldarius berhasil disonikasi secara efektif untuk membentuk arkeosom. Arkeosom bermuatan BMD dan liposom konvensional, serta lipid arkea yang diisolasi dari Archaea H. salinarum dan diperkaya dengan fosfatidilkolin, dibuat menggunakan teknik sonikasi. Vesikel hasil sonikasi dibuat untuk penghantaran topikal dengan men sonikasi dispersi MLV pada amplitudo 80 persen selama 4 menit menggunakan sonikator tipe probe Hielscher UP50H (lihat gambar di sebelah kiri).

Literatur/Referensi

• 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.