Molecole bioattive incapsulate in liposomi con gli ultrasuoni

È risaputo che gli ultrasuoni sono molto efficaci nella preparazione di formulazioni liposomiali. Le tipiche formulazioni di liposomi incapsulano vitamina C, CBD, curcumina, quercitina, astaxantina, peptidi e molti altri composti bioattivi utilizzando gli ultrasuoni. L'incapsulamento a ultrasuoni dei liposomi è una tecnica semplice, rapida ed efficace che consente di produrre vescicole stabili e altamente caricate. I nutrienti incapsulati a ultrasuoni eccellono per la loro superiore biodisponibilità.

Cosa sono i liposomi e quali sono i loro vantaggi?

I liposomi sono vescicole costituite da un nucleo acquoso racchiuso in uno o più bilayer di fosfolipidi. Poiché i liposomi hanno un nucleo acquoso circondato da uno strato lipidico e da un guscio esterno idrofilo, i liposomi sono idrosolubili e possono trasportare composti idrosolubili e liposolubili nei rispettivi compartimenti della vescicola. Ciò rende i liposomi un sistema di rilascio altamente efficace per le molecole terapeuticamente attive. I liposomi si formano attraverso la rottura delle membrane biologiche, un processo che viene promosso e intensificato dagli ultrasuoni. I liposomi sono spesso composti da fosfolipidi, soprattutto fosfatidilcolina, ma possono includere anche altri lipidi, come la fosfatidiletanolamina, purché compatibili con la struttura del bilayer lipidico. I liposomi si formano spontaneamente quando i fosfolipidi sono idratati. Nella prima fase – la fase di idratazione – La sonicazione viene utilizzata per nano-emulsionare i lipidi e la fase acquosa al fine di promuovere la formazione di vescicole multilamellari (MLV) ad alto carico. Successivamente, la sonicazione può essere utilizzata per ridurre le dimensioni dei liposomi, se necessario. Per ottenere vescicole di dimensioni inferiori, la sonicazione viene applicata per disperdere e ridurre le dimensioni dei liposomi in vescicole uni-lamellari grandi (LUV) o piccole vescicole uni-lamellari (SUV) monodisperse.
La tecnica a ultrasuoni per la formazione e la riduzione delle dimensioni dei liposomi è affidabile, rapida, efficiente, facile e sicura. I liposomi prodotti presentano un elevato carico di sostanze bioattive, un'alta 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 erogare energia sufficiente a creare particelle uniformi di dimensioni nanometriche. I liposomi fatti in casa utilizzando un pulitore per gioielli a ultrasuoni sono generalmente inefficaci, poiché i liposomi preparati non presentano le nano-dimensioni necessarie né incapsulano i nutrienti bioattivi in modo efficace e stabile a lungo termine. Per preparare liposomi di alta qualità, la tecnologia preferita è quella di un ultrasuonatore a sonda, in quanto la sonda (sonotrodo) è in grado di trasmettere l'intensa energia acustica necessaria per la formazione di liposomi efficaci ad alto carico nel mezzo. In generale, i liposomi prodotti con una sonda a ultrasuoni hanno una distribuzione granulometrica di 100-500 nm, che è ottimale per ottenere carichi elevati e una biodisponibilità superiore.
L'uso di un reattore a celle di flusso a ultrasuoni consente di preparare i liposomi in un ambiente privo di ossigeno per evitare la degradazione ossidativa.
Gli ultrasuonatori a sonda forniscono l'energia necessaria per produrre liposomi che sono:

Dopo la formazione di una pellicola lipidica e la successiva reidratazione, si ricorre alla sonicazione per favorire l'intrappolamento dei principi attivi nel liposoma. Inoltre, la sonicazione consente di ottenere le dimensioni desiderate del liposoma.

Molecole incapsulate in liposomi con gli ultrasuoni

L'elenco che segue fornisce un'indicazione di quali sostanze sono già state incapsulate con successo in formulazioni di liposomi utilizzando la via di preparazione a ultrasuoni.

• antiossidanti come il glutatione, la vitamina C, le vitamine B metilate, il resveratrolo, il CoQ10, ecc.
• fenoli: flavonoidi come fisetina, quercitina, proantocianidine oligomeriche (OPC); saponine come l'astralgaloside; alcaloidi
• minerali come i chelati di magnesio (ad esempio, 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, la dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPPC) ecc.
• aminoacidi come la creatina, la glicina, il 5-HTP (5-idrossitriptofano), la fenilalanina, la L-teanina, il GABA (acido gamma-aminobutirrico), la taurina, la N-acetilcisteina (NAC), la L-tirosina, ecc.
• peptidi, ad esempio ossitocina, peptidi del collagene, ecc.
• polisaccaridi come l'acido ialuronico, i polisaccaridi dei funghi, ecc.
• cannabinoidi come CBD, CBG, THC
• nootropi, smart drugs e potenziatori cognitivi, che possono includere le sostanze sopra citate e altre molecole

La formulazione liposomiale nano potenziata di molecole bioattive offre un tasso di assorbimento più elevato, una biodisponibilità superiore e può consentire alle sostanze di attraversare la barriera ematoencefalica.
Sistemi alternativi di somministrazione di 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). Tutte le nano-emulsioni, le SLN e le NLC possono essere formate e caricate in modo affidabile con la sonicazione.
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Fattori che influenzano la qualità dei liposomi

La qualità dei liposomi è determinata dall'uniformità delle dimensioni delle particelle e dalla lamellarità, dall'efficienza di intrappolamento (�) / carico di incapsulamento e dalla stabilità. Il metodo di preparazione, le condizioni di lavorazione, le materie prime e la conservazione sono fattori importanti che contribuiscono alla qualità e quindi alla potenza delle formulazioni liposomiche. L'immagine SEM a sinistra mostra i liposomi preparati a ultrasuoni con acidi grassi DHA ed EPA utilizzando un ultrasuonatore Hielscher UP200S (studio e immagine: Hadian et al. 2014).
La preparazione a ultrasuoni dei liposomi è una tecnica affidabile, che consente di ottenere particelle liposomiche di dimensioni ridotte e uniformi con un elevato carico di molecole bioattive. I parametri del processo ultrasonico (ampiezza, energia totale, tempo, pulsazione, temperatura e pressione) sono esattamente regolabili. Essendo una tecnica di lavorazione non termica, il principio di funzionamento della sonificazione si basa sul taglio puramente meccanico. L'aumento della temperatura nel liquido sonicato si spiega con la seconda legge della termodinamica, secondo la quale qualsiasi energia applicata viene infine convertita in calore. Per mantenere stabile la bassa temperatura del mezzo liposomiale, Hielscher Ultrasonics fornisce sofisticate soluzioni di raffreddamento, come bagni di ghiaccio, reattori e celle di flusso con camicie di raffreddamento. I risultati della produzione di liposomi a ultrasuoni sono riproducibili, il che è importante per un processo standardizzato e una qualità del prodotto costantemente elevata.
I fosfolipidi di alta qualità, caratterizzati da un'elevata percentuale di fosfatidilcolina e fosfatidiletanolammina, forniscono un guscio liposomico stabile che impedisce la fuoriuscita dei nutrienti. Un guscio fosfolipidico forte protegge inoltre i nutrienti incapsulati dalla degradazione ossidativa e termica. Pertanto, è essenziale un rapporto equilibrato tra fosfolipidi e fase acquosa e nutrienti incapsulati (molecole bioattive).

Ultrasuonatori 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 richieste dei suoi clienti, Hielscher fornisce ultrasuonatori che vanno dall'omogeneizzatore compatto da laboratorio e da banco fino ai sistemi a ultrasuoni completamente industriali per la produzione di elevati volumi di formulazioni liposomiche. La formulazione di liposomi a ultrasuoni può essere eseguita in batch o come processo continuo in linea utilizzando un reattore a flusso continuo a ultrasuoni. È disponibile un'ampia gamma di sonotrodi (sonde) a ultrasuoni e di recipienti per reattori, per garantire una configurazione ottimale per la produzione di liposomi. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Il controllo preciso di tutti i parametri di processo più importanti, come ampiezza, pressione, temperatura e tempo di sonicazione, rende il processo a ultrasuoni affidabile e riproducibile. Hielscher Ultrasonics è consapevole dell'importanza di un'elevata qualità costante dei prodotti e supporta i produttori di integratori e prodotti terapeutici nell'implementazione della standardizzazione dei processi e delle GMP (Good Manufacturing Practices) grazie a un software intelligente e alla registrazione automatica dei dati. I nostri omogeneizzatori digitali a ultrasuoni registrano automaticamente tutti i parametri del processo a ultrasuoni su una scheda SD integrata. I display digitali touch e il controllo remoto via browser consentono il monitoraggio continuo del processo e permettono di regolare con precisione i parametri di processo ogni volta che è necessario. Ciò facilita notevolmente il monitoraggio del processo e il controllo della qualità.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: