超音波による生理活性分子のリポソーム封入

超音波処理は、リポソーム製剤の調製に非常に効率的であることがよく知られています。一般的なリポソーム製剤では、超音波処理を用いてビタミンC、CBD、クルクミン、quercitin、アスタキサンチン、ペプチド、その他多種多様な生理活性化合物を封入します。超音波によるリポソーム封入は、簡単で迅速かつ効果的な技術であり、安定した高含有量の小胞を製造できます。超音波で封入された栄養素は、優れた生物学的利用能を示します。

概要：超音波処理による生理活性化合物のリポソーム封入

超音波封入は、生理活性化合物をリポソームに取り込むための、非常に効率的で制御可能な方法であり、その安定性、生物学的利用能、機能的性能を高めます。高強度超音波によって発生する音響キャビテーションは、脂質の迅速な水和、小胞のサイズ縮小、均一な分散を促進し、サイズ分布の狭い、小さく均質なリポソームの形成を可能にします。この技術は、有機溶媒や過酷な処理条件の必要性を最小限に抑えながら、親水性化合物と親油性化合物の両方について高い封入効率を実現します。さらに、超音波処理により粒径とラメラ数を精密に制御できます。これらは、医薬品、栄養補助食品、化粧品の用途において、変性しやすい生理活性物質の放出制御、細胞への取り込み、長期安定性を最適化するための重要なパラメーターです。

リポソームとは何か、どのような利点があるか？

リポソームは、一層以上のリン脂質二重層に囲まれた水性のコアからなる小胞です。リポソームには、脂質層と親水性の外殻に囲まれた水性のコアがあるため、水溶性であり、水溶性化合物と脂溶性化合物を小胞内のそれぞれの区画で輸送できます。このため、リポソームは治療活性を持つ分子にとって非常に効果的な送達システムとなります。リポソームは生体膜を破壊することによって形成され、この過程は超音波処理によって促進・強化されます。 リポソームは、多くの場合、リン脂質、特にホスファチジルコリンで構成されますが、脂質二重層構造と適合する限り、卵由来のホスファチジルエタノールアミンなど、他の脂質を含むこともあります。リン脂質が水和すると、リポソームは自発的に形成されます。最初の段階 – 水和段階 – では、高含有量の多重膜小胞（MLV）の形成を促進するため、超音波処理を用いて脂質と水相をナノ乳化します。その後、必要に応じて超音波処理によりリポソームのサイズを縮小できます。より小さな小胞を得るには、超音波処理でリポソームを分散させてサイズを縮小し、単分散の大型単層小胞（LUV）または小型単層小胞（SUV）にします。
超音波によるリポソーム形成およびリポソームのサイズ縮小技術は、信頼性が高く、迅速かつ効率的で、簡単で安全です。製造されたリポソームは、生理活性物質の高い含有量、高い安定性、優れた生物学的利用能を示します。

超音波洗浄槽では高品質なリポソームを製造できないのはなぜか？

リポソームの製造には、均一なナノサイズの粒子を形成するのに十分なエネルギーを供給できる超音波装置が必要です。超音波式の宝飾品洗浄器を用いて自作したリポソームは、一般に効果がありません。調製されたリポソームは、必要なナノサイズに達しておらず、生理活性栄養素を効果的かつ長期的に安定した形で封入することもできないためです。高品質なリポソームの調製には、プローブ型超音波装置が推奨されます。プローブ（ソノトロード）が、高含有量で効果的なリポソームの形成に必要な強力な音響エネルギーを媒体中に伝達できるためです。一般に、超音波プローブで製造したリポソームの粒径分布は100–500nmであり、高い含有量と優れた生物学的利用能に最適です。
超音波フローセル反応器を使用すると、酸化分解を防ぐために無酸素環境でリポソームを調製できます。
プローブ型超音波装置は、以下の特性を持つ高品質なリポソームを製造するために必要なエネルギーを供給します：

脂質膜を形成してから再水和した後、超音波処理を用いて有効成分のリポソーム内への取り込みを促進します。さらに、超音波処理により所望のリポソームサイズを実現します。

超音波による分子のリポソーム封入

以下の一覧は、超音波を用いた調製法によって、すでにリポソーム製剤への封入に成功している物質を示しています。

• グルタチオン、ビタミンC、メチル化ビタミンB群、レスベラトロール、CoQ10などの抗酸化物質
• フェノール性化合物：フィセチン、quercitin、オリゴマー性プロアントシアニジン（OPC）などのフラボノイド；astralgalosideなどのサポニン；アルカロイド
• マグネシウムキレート（例：トレオン酸マグネシウム、オロト酸マグネシウム）、亜鉛、銅などのミネラル
• アスタキサンチン、リモネン、ピネン、フムレン、リナロール、β-カリオフィレン、フィトール、ゲラニオール、テルピノレンなどのテルペン
• omega-3脂肪酸であるEPAおよびDHA、ジパルミトイルホスファチジルコリン（DPPC）などの脂質
• クレアチン、グリシン、5-HTP (5-hydroxytryptophan)、フェニルアラニン、L-テアニン、GABA（γ-アミノ酪酸）、タウリン、N-アセチルシステイン（NAC）、L-チロシンなどのアミノ酸
• ペプチド、例えばオキシトシン、コラーゲン、 GLP-1ペプチド など
• ヒアルロン酸、キノコ由来の多糖類などの多糖類
• CBD、CBG、THCなどのカンナビノイド
• 向知性薬、スマートドラッグ、認知機能向上剤。これらには、上記の物質やその他の分子が含まれる場合があります

ナノ技術で強化された生理活性分子のリポソーム製剤は、より高い吸収率と優れた生物学的利用能をもたらし、物質が血液脳関門を通過できるようになる可能性があります。
代替となる脂質ベースの薬物送達システムには、ナノエマルション、および固体脂質ナノ粒子（SLN）やナノ構造脂質キャリア（NLC）などの脂質ベースのコロイド担体があります。ナノエマルション、SLN、NLCのすべてを、超音波処理下で確実に形成し、物質を取り込ませることができます。
超音波で抽出し、ナノ封入したアロエベラについて詳しくご覧ください！

お好みのリポソーム形成法を選択

超音波処理は、リポソーム形成と後処理の制御の両方に役立つため、さまざまなリポソーム調製法および処理法で広く用いられています。レシチン（リン脂質）を水相に分散させて迅速な小胞生成を促進することで、リポソームの直接形成に適用できます。また、逆相蒸発法や薄膜水和法などの確立された技術でも、脂質の分散を改善し、小胞形成を加速するために一般的に用いられています。初期調製後にも、超音波処理は、あらかじめ形成した空のリポソームにソノポレーションを介して物質を取り込ませるために頻繁に用いられ、生理活性化合物を効率的に取り込むことができます。また、リポソームのサイズ縮小における標準的な手法でもあり、サイズ分布がより狭く、より小さく均一な小胞を生成して、安定性と送達性能を改善します。
超音波を利用したさまざまなリポソーム製造法について詳しくご覧ください：

• レシチンを用いた超音波によるリポソーム形成
• 超音波逆相蒸発法
• 超音波薄膜水和法

リポソームの品質に影響する要因

リポソームの品質は、粒径とラメラ数の均一性、取り込み効率（%EE）／封入量、および安定性によって決まります。調製法、処理条件、原料、保管は、リポソーム製剤の品質、ひいては効力に寄与する重要な要因です。左のSEM画像は、Hielscherの超音波装置UP200Sを用いて超音波で調製した、DHAおよびEPA脂肪酸を封入したリポソームを示しています（研究および画像：Hadian et al. 2014）。
超音波によるリポソームの調製は、生理活性分子を高濃度で封入した、小さく均一な粒径のリポソームを得られる、信頼性の高い技術です。超音波処理のパラメーター（振幅、総エネルギー、時間、パルス動作、温度、圧力など）は、正確に調整できます。非熱的処理技術として、超音波処理の動作原理は純粋に機械的なせん断に基づいています。超音波処理した液体の温度上昇は、投入されたあらゆるエネルギーが最終的に熱に変換されるとする熱力学第二法則によって説明されます。リポソーム媒体を安定した低温に維持するため、Hielscher Ultrasonicsは、氷浴や、冷却ジャケット付きの反応器およびフローセルなど、高度な冷却ソリューションを提供しています。超音波によるリポソーム製造の結果には再現性があり、これは標準化されたプロセスと、一貫して高い製品品質にとって重要です。
ホスファチジルコリンとホスファチジルエタノールアミンを高い割合で含む高品質なリン脂質は、栄養素の漏出を防ぐ安定したリポソーム外殻を形成します。強固なリン脂質外殻は、封入された栄養素を酸化分解や熱分解からも保護します。したがって、リン脂質、水相、封入される栄養素（生理活性分子）の比率を適切に保つことが不可欠です。

リポソーム製造用の高性能超音波装置

Hielscher Ultrasonicsのシステムは、医薬品やサプリメントの製造において、ビタミン、抗酸化物質、フラボノイド、ペプチド、ポリフェノール、その他の生理活性化合物／栄養素を封入した高品質なリポソームの製剤化に用いられる、信頼性の高い装置です。お客様の要望に応えるため、Hielscherは、小型の手持ち式ラボ用ホモジナイザーや卓上型超音波装置から、リポソーム製剤を大量製造するための本格的な産業用超音波システムまで提供しています。超音波によるリポソーム製剤化は、バッチ式、または超音波フロースルー反応器を用いた連続インラインプロセスとして実施できます。リポソーム製造に最適な構成を確保するため、幅広い超音波ソノトロード（プローブ）と反応容器を用意しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であり、高負荷や厳しい環境下でも24/7の運転が可能です。
振幅、圧力、温度、超音波処理時間など、すべての重要なプロセスパラメーターを精密に制御することで、超音波処理の信頼性と再現性を確保します。Hielscher Ultrasonicsは、一貫して高い製品品質を維持する重要性を理解しており、インテリジェントなソフトウェアと自動データ記録によって、サプリメントおよび治療薬の製造業者によるプロセスの標準化とGMP（適正製造規範）の実施を支援します。当社のデジタル超音波ホモジナイザーは、すべての超音波処理パラメーターを内蔵SDカードに自動記録します。デジタルタッチディスプレイとブラウザーによる遠隔制御により、プロセスを継続的に監視し、必要なときにいつでもプロセスパラメーターを正確に調整できます。これにより、プロセス監視と品質管理が大幅に容易になります。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています：