Molecole bioattive incapsulate in liposomi mediante ultrasuoni

Il trattamento a ultrasuoni è noto per la sua elevata efficienza nella preparazione di formulazioni liposomiali. Le tipiche formulazioni liposomiali incapsulano vitamina C, CBD, curcumina, quercetina, astaxantina, peptidi e numerosi altri composti bioattivi mediante ultrasuoni. L’incapsulamento liposomiale a ultrasuoni è una tecnica semplice, rapida ed efficace che consente di produrre vescicole stabili con un elevato carico di sostanze. I nutrienti incapsulati mediante ultrasuoni si distinguono per una biodisponibilità superiore.

Panoramica: incapsulamento liposomiale di composti bioattivi mediante sonicazione

L’incapsulamento a ultrasuoni offre un metodo altamente efficiente e controllabile per incorporare composti bioattivi nei liposomi, migliorandone la stabilità, la biodisponibilità e le prestazioni funzionali. La cavitazione acustica generata dagli ultrasuoni ad alta intensità favorisce una rapida idratazione dei lipidi, la riduzione delle dimensioni delle vescicole e una dispersione uniforme, consentendo la formazione di liposomi piccoli e omogenei con distribuzioni dimensionali ristrette. Questa tecnica favorisce un’elevata efficienza di incapsulamento sia dei composti idrofili sia di quelli lipofili, riducendo al minimo la necessità di solventi organici o di condizioni di trattamento aggressive. Inoltre, il trattamento a ultrasuoni consente un controllo preciso delle dimensioni delle particelle e della lamellarità, parametri fondamentali per ottimizzare il rilascio controllato, l’assorbimento cellulare e la stabilità a lungo termine delle sostanze bioattive sensibili nelle applicazioni farmaceutiche, nutraceutiche e cosmetiche.

Che cosa sono i liposomi e quali sono i loro vantaggi?

I liposomi sono vescicole costituite da un nucleo acquoso racchiuso in uno o più doppi strati fosfolipidici. Poiché hanno un nucleo acquoso circondato da uno strato lipidico e un involucro esterno idrofilo, i liposomi sono idrosolubili e possono trasportare composti idrosolubili e liposolubili nei rispettivi compartimenti della vescicola. Questo rende i liposomi un sistema di veicolazione altamente efficace per le molecole terapeuticamente attive. I liposomi si formano mediante la disgregazione delle membrane biologiche, un processo favorito e intensificato dal trattamento a ultrasuoni. I liposomi sono generalmente composti da fosfolipidi, in particolare fosfatidilcolina, ma possono includere anche altri lipidi, come la fosfatidiletanolammina dell’uovo, purché siano compatibili con la struttura del doppio strato lipidico. I liposomi si formano spontaneamente quando i fosfolipidi vengono idratati. Nella prima fase – la fase di idratazione – la sonicazione viene utilizzata per nanoemulsionare i lipidi e la fase acquosa, così da favorire la formazione di vescicole multilamellari (MLVs) con un elevato carico di sostanze. Successivamente, la sonicazione può essere utilizzata per ridurre le dimensioni dei liposomi, se necessario. Per ottenere vescicole più piccole, si applica la sonicazione per disperdere i liposomi e ridurne le dimensioni, ottenendo vescicole unilamellari grandi (LUVs) o vescicole unilamellari piccole (SUVs) monodisperse.
La tecnica a ultrasuoni per la formazione dei liposomi e la riduzione delle loro dimensioni è affidabile, rapida, efficiente, semplice e sicura. I liposomi prodotti presentano un elevato carico di sostanze bioattive, un’elevata stabilità e una biodisponibilità superiore.

Perché i bagni di pulizia a ultrasuoni non sono in grado di produrre liposomi di alta qualità?

La produzione di liposomi richiede un dispositivo a ultrasuoni in grado di fornire energia sufficiente a creare particelle uniformi di dimensioni nanometriche. I liposomi preparati in casa utilizzando un pulitore a ultrasuoni per gioielli sono generalmente inefficaci, poiché non presentano le dimensioni nanometriche necessarie né incapsulano i nutrienti bioattivi in modo efficace e stabile a lungo termine. Per preparare liposomi di alta qualità, la tecnologia preferibile è un sonicatore a sonda, poiché la sonda (sonotrodo) può trasmettere al mezzo l’intensa energia acustica necessaria alla formazione di liposomi efficaci con un elevato carico di sostanze. In generale, i liposomi prodotti con una sonda a ultrasuoni hanno una distribuzione delle dimensioni delle particelle di 100–500nm, ottimale per ottenere carichi elevati e una biodisponibilità superiore.
L’uso di un reattore a ultrasuoni con cella di flusso consente di preparare i liposomi in un ambiente privo di ossigeno, prevenendo la degradazione ossidativa.
I sonicatori a sonda forniscono l’energia necessaria per produrre liposomi di alta qualità che sono:

Dopo la formazione di un film lipidico e la successiva reidratazione, la sonicazione viene utilizzata per favorire l’intrappolamento dei principi attivi nei liposomi. Inoltre, la sonicazione consente di ottenere le dimensioni desiderate dei liposomi.

Molecole incapsulate in liposomi mediante ultrasuoni

L’elenco seguente indica quali sostanze sono già state incapsulate con successo in formulazioni liposomiali mediante il metodo di preparazione a ultrasuoni.

• antiossidanti come glutatione, vitamina C, vitamine del gruppo B metilate, resveratrolo, CoQ10 ecc.
• composti fenolici: flavonoidi come fisetina, quercetina, proantocianidine oligomeriche (OPC); saponine come astragaloside; alcaloidi
• minerali come chelati di magnesio (ad es. treonato di magnesio, orotato di magnesio), zinco, rame ecc.
• terpeni come astaxantina, limonene, pinene, umulene, linalolo, beta-cariofillene, fitolo, geraniolo, terpinolene ecc.
• lipidi come gli acidi grassi omega-3 EPA e DHA; dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPPC) ecc.
• amminoacidi come creatina, glicina, 5-HTP (5-idrossitriptofano), fenilalanina, L-teanina, GABA (acido gamma-amminobutirrico), taurina, N-acetilcisteina (NAC), L-tirosina ecc.
• peptidi, ad es. ossitocina, collagene, peptidi GLP-1 ecc.
• polisaccaridi come acido ialuronico, polisaccaridi dei funghi ecc.
• cannabinoidi come CBD, CBG, THC
• nootropi, farmaci per il potenziamento cognitivo e sostanze che migliorano le funzioni cognitive, che possono includere le sostanze sopra menzionate e altre molecole

La formulazione liposomiale di molecole bioattive potenziata su scala nanometrica offre un tasso di assorbimento più elevato e una biodisponibilità superiore e può consentire alle sostanze di attraversare la barriera ematoencefalica.
Sistemi alternativi di veicolazione dei farmaci a base lipidica sono le nanoemulsioni e i vettori colloidali a base lipidica, come le nanoparticelle lipidiche solide (SLN) e i vettori lipidici nanostrutturati (NLC). Tutti questi sistemi, ossia nanoemulsioni, SLN e NLC, possono essere formati e caricati in modo affidabile mediante sonicazione.
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Scegli il metodo di formazione dei liposomi che preferisci

La sonicazione è ampiamente utilizzata in diversi metodi di preparazione e trattamento dei liposomi, poiché favorisce sia la loro formazione sia il controllo dopo il trattamento. Può essere applicata durante la formazione diretta dei liposomi, disperdendo la lecitina (fosfolipidi) in una fase acquosa per favorire la rapida generazione di vescicole, ed è comunemente utilizzata anche in tecniche consolidate come l’evaporazione in fase inversa e l’idratazione di film sottile per migliorare la dispersione dei lipidi e accelerare la formazione delle vescicole. Oltre alla preparazione iniziale, la sonicazione viene spesso impiegata per caricare liposomi preformati (vuoti) mediante sonoporazione, consentendo un’incorporazione efficiente dei composti bioattivi, ed è uno strumento standard per ridurre le dimensioni dei liposomi, producendo vescicole più piccole e uniformi con distribuzioni dimensionali più ristrette, così da migliorare la stabilità e le prestazioni di veicolazione.
Scopri di più sui diversi metodi di produzione dei liposomi assistiti da ultrasuoni:

• Formazione di liposomi mediante ultrasuoni utilizzando lecitina
• Metodo di evaporazione in fase inversa mediante ultrasuoni
• Idratazione di film sottile mediante ultrasuoni

Fattori che influenzano la qualità dei liposomi

La qualità dei liposomi è determinata dall’uniformità delle dimensioni delle particelle e della lamellarità, dall’efficienza di intrappolamento (%EE) / dal carico di incapsulamento e dalla stabilità. Il metodo di preparazione, le condizioni di trattamento, le materie prime e la conservazione sono fattori importanti che contribuiscono alla qualità e, di conseguenza, all’efficacia delle formulazioni liposomiali. L’immagine SEM a sinistra mostra i liposomi caricati con acidi grassi DHA ed EPA, preparati mediante ultrasuoni utilizzando un sonicatore Hielscher UP200S (studio e immagine: Hadian et al. 2014).
La preparazione dei liposomi mediante ultrasuoni è una tecnica affidabile che permette di ottenere particelle liposomiali piccole e uniformi con un elevato carico di molecole bioattive. I parametri del processo a ultrasuoni (come ampiezza, energia totale, tempo, pulsazione, temperatura e pressione) sono regolabili con precisione. Come tecnica di trattamento non termica, la sonicazione si basa esclusivamente su forze di taglio meccaniche. L’aumento della temperatura nel liquido sottoposto a sonicazione si spiega con la seconda legge della termodinamica, secondo cui qualsiasi energia applicata viene infine convertita in calore. Per mantenere una temperatura bassa e stabile del mezzo liposomiale, Hielscher Ultrasonics offre soluzioni di raffreddamento sofisticate, come bagni di ghiaccio, nonché reattori e celle di flusso con camicie di raffreddamento. I risultati della produzione di liposomi mediante ultrasuoni sono riproducibili, un aspetto importante per un processo standardizzato e una qualità del prodotto costantemente elevata.
Fosfolipidi di alta qualità con un’elevata percentuale di fosfatidilcolina e fosfatidiletanolammina forniscono un involucro liposomiale stabile che impedisce la fuoriuscita dei nutrienti. Un involucro fosfolipidico resistente protegge inoltre i nutrienti incapsulati dalla degradazione ossidativa e termica. Pertanto, è essenziale un rapporto equilibrato tra fosfolipidi, fase acquosa e nutrienti incapsulati (molecole bioattive).

Sonicatori ad alte prestazioni per la produzione di liposomi

I sistemi di Hielscher Ultrasonics sono macchine affidabili utilizzate nella produzione farmaceutica e di integratori per formulare liposomi di alta qualità caricati con vitamine, antiossidanti, flavonoidi, peptidi, polifenoli e altri composti bioattivi / nutrienti. Per soddisfare le esigenze dei propri clienti, Hielscher fornisce sonicatori che spaziano dall’omogeneizzatore compatto da laboratorio utilizzabile a mano e dai sonicatori da banco fino ai sistemi a ultrasuoni interamente industriali per la produzione di grandi volumi di formulazioni liposomiali. La formulazione di liposomi mediante ultrasuoni può essere eseguita in batch o come processo continuo in linea utilizzando un reattore a ultrasuoni a flusso passante. È disponibile un’ampia gamma di sonotrodi a ultrasuoni (sonde) e recipienti di reazione per garantire una configurazione ottimale per la produzione di liposomi. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.
Il controllo preciso di tutti i parametri di processo importanti, come ampiezza, pressione, temperatura e tempo di sonicazione, rende il processo a ultrasuoni affidabile e riproducibile. Hielscher Ultrasonics conosce l’importanza di una qualità del prodotto costantemente elevata e aiuta i produttori di integratori e prodotti terapeutici a implementare la standardizzazione dei processi e le GMP (buone pratiche di fabbricazione) mediante software intelligente e registrazione automatica dei dati. I nostri omogeneizzatori a ultrasuoni digitali registrano automaticamente tutti i parametri del processo a ultrasuoni su una scheda SD integrata. I display digitali touch e il controllo remoto tramite browser consentono il monitoraggio continuo del processo e permettono di regolare con precisione i parametri di processo ogni volta che è necessario. Questo facilita notevolmente il monitoraggio del processo e il controllo della qualità.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: