超音波によるリポソーム調製

超音波で製造されたリポソームは、非常に高い封入効率、高い担持容量、均一で小さな球状の粒径を示します。そのため、超音波で製造されたリポソームは優れた生物学的利用能を提供します。Hielscher Ultrasonicsは、医薬品グレードのリポソームをバッチ方式および連続方式で確実に製造するための超音波処理装置を提供しています。

超音波によるリポソーム製造の利点

超音波によるリポソーム封入は、超音波エネルギーを使用して薬物やその他の治療用物質をリポソーム内に封入する技術です。他のリポソーム封入方法と比較すると、超音波封入にはいくつかの利点があり、優れた製造技術となっています。

高い担持量と高い封入効率： 超音波によるリポソーム製造は、ビタミンCや薬物分子などの有効成分を高い担持量で含むリポソームを製造できることでよく知られています。同時に、超音波処理法は高い封入効率を示します。これは、有効物質の高い割合が超音波処理によって封入されることを意味します。したがって、超音波処理はリポソーム製造のための非常に効率的な方法となります。
均一で小さなリポソーム： 超音波によるリポソーム封入の利点の一つは、粒径分布が狭く、非常に均一なリポソームを製造できることです。超音波エネルギーを使用することで、大きなリポソームや脂質凝集体を、より小さく均一なリポソームへと分解できます。これにより、リポソームのサイズと形状の一貫性が高まります。粒子のサイズが薬物動態や有効性に影響を及ぼす可能性がある薬物送達用途では、この一貫性が重要となる場合があります。
あらゆる分子に適用可能： 超音波によるリポソーム封入のもう一つの利点は、幅広い薬物やその他の治療用物質を封入できることです。この技術は、他の方法では難しい場合がある親水性薬物と疎水性薬物の両方の封入に使用できます。さらに、超音波エネルギーは、高分子やナノ粒子の封入にも使用できます。これらは、他の方法で封入するには大きすぎる場合があります。
迅速で信頼性が高い： 超音波によるリポソーム封入は、比較的簡単で迅速なプロセスでもあります。封入する治療用物質に悪影響を及ぼす可能性がある強い化学薬品や高温を使用する必要はありません。
スケールアップ： さらに、この技術は大規模生産に向けて容易にスケールアップできるため、薬物送達用途において費用対効果の高い選択肢となります。

総じて、超音波によるリポソーム封入は、狭い粒径分布を持つ均一なリポソームを製造でき、幅広い治療用物質を封入できることに加え、簡便性とスケールアップの容易さを備えているため、優れたリポソーム封入技術です。

超音波処理は、優れたリポソーム、ナノリポソーム、ナノ構造脂質担体を製造するための迅速で信頼性の高い技術です。

出力400ワットの強力な超音波ホモジナイザーUP400St によるナノリポソームの製造。

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超音波法は、有効成分の封入を促進し、制御された処理工程によってサイズと層数を調整することで、特定の特徴を持つリポソームの形成を確実にします。Hielscherの超音波処理装置は、リポソーム形成において最良の結果を得られることで知られています。

脂質膜の形成とその後の再水和を経て、超音波処理を使用してリポソームへの有効成分の封入を促進します。さらに、超音波処理によって所望のリポソームサイズを実現します。

医薬品および化粧品向けの超音波によるリポソーム調製

リポソーム（脂質を基盤とする小胞）、トランスファーソーム（超変形性リポソーム）、エトソーム（アルコール含有量の高い超変形性小胞）、およびニオソーム（合成小胞）は微小な小胞であり、有効分子を封入できる球状の担体として人工的に調製できます。直径25–5000 nmのこれらの小胞は、医薬品および化粧品業界において、経口または局所的な薬物送達、遺伝子治療、免疫化などの薬物担体としてよく使用されます。超音波処理は、非常に効率的なリポソーム製造のための科学的に実証された方法です。Hielscherの超音波処理装置は、有効成分の担持量が高く、優れた生物学的利用能を持つリポソームを製造します。

リポソームとリポソーム製剤

リポソームは単層、少数層、または多重層の小胞系であり、細胞膜と同じ材料（脂質二重層）で構成されています。リポソームは、その組成とサイズに応じて次のように分類されます：

多重層小胞（MLV, 0.1–10μm）
小型単層小胞（SUV, <100 nm）
大型単層小胞（LUV, 100–500 nm）
巨大単層小胞（GUV, ≥1 μm）

ビタミンCリポソームの調製中の超音波処理装置UP200Ht。リポソームの主要構造はリン脂質で構成されています。リン脂質は、親水性の頭部と、長い炭化水素鎖からなる疎水性の尾部を持っています。
リポソーム膜は皮膚バリアと非常によく似た組成を持つため、ヒトの皮膚に容易に取り込まれます。リポソームが皮膚と融合すると、封入された物質を目的部位に直接放出でき、そこで有効成分が機能を発揮できます。したがって、リポソームは、封入された医薬品および化粧品用物質の皮膚への浸透性／透過性を高めます。物質を封入していないリポソーム、すなわち空の小胞も、皮膚に対する強力な有効成分です。これは、「phosphatidylcholin」が、ヒトの体内では自ら生成できない二つの必須成分、リノール酸とコリンを含むためです。
リポソームは、医薬品、化粧品、生化学の用途において、薬物、ペプチド、タンパク質、「plasmic DNA」、アンチセンスオリゴヌクレオチド、またはリボザイムの生体適合性担体として使用されます。粒径および脂質の物理的パラメータにおける非常に大きな多様性により、幅広い用途に合わせた担体を構築する魅力的な可能性が得られます。（Ulrich 2002）

超音波によるリポソーム形成

リポソームは超音波を使用して形成できます。リポソーム調製の基本材料は、生体膜脂質に由来する、またはそれを基盤とする「amphilic」分子です。小型単層小胞（SUV）の形成では、脂質分散液を氷浴中で穏やかに超音波処理します – 例えば、ハンドヘルド型超音波装置UP50H（50W, 30kHz）、VialTweeter、または超音波リアクターCupHornを使用します。このような超音波処理の時間は約5–15分です。小型単層小胞を製造するもう一つの方法は、多重層小胞リポソームの超音波処理です。
Dinu-Pirvu et al. (2010)は、MLVを室温で超音波処理することでトランスファーソームを得たことを報告しています。
Hielscher Ultrasonicsは、さまざまな超音波装置、ソノトロード、アクセサリーを提供しており、あらゆる規模で非常に効率的なリポソーム封入を行うために最適な超音波構成を提供できます。

超音波によるリポソームへの有効物質の封入

リポソームは、ビタミン、治療用分子、ペプチドなどの有効成分の担体として機能します。超音波は、有効物質を封入するためのリポソームの調製および形成に有効な手段です。同時に、超音波処理はカプセル化および封入プロセスを補助し、有効成分の担持量が高いリポソームを製造します。封入前のリポソームは、リン脂質の極性頭部の表面における電荷間相互作用によってクラスターを形成する傾向があり（Míckova et al. 2008参照）、さらに開く必要があります。例えば、Zhu et al. (2003)は、超音波処理によるリポソームへのビオチン粉末の封入について記述しています。ビオチン粉末を小胞懸濁液に添加した後、その液を超音波処理しました。この処理後、ビオチンはリポソーム内に封入されました。
超音波によるリポソームへのGLP-1「peptrides」（例：セマグルチド）の封入について詳しくはこちら！

1kW超音波プロセッサーUIP1000hdT によるリポソームの連続インライン製造

超音波処理によるリポソームエマルション

保湿クリームやエイジングケアクリーム、ローション、ゲル、その他のコスメシューティカル製剤の肌を整える効果を高めるために、リポソーム分散液に乳化剤を添加して、より多量の脂質を安定化します。しかし、研究により、リポソームの能力には一般に限界があることが示されています。乳化剤を添加すると、この影響がより早く現れ、追加の乳化剤がホスファチジルコリンのバリアへの親和性を弱めます。ホスファチジルコリンと脂質で構成されるナノ粒子が、この問題の解決策です。これらのナノ粒子は、ホスファチジルコリンの単分子層で覆われた油滴から形成されます。ナノ粒子を使用すると、より多くの脂質を取り込みながら安定性を維持できる製剤が可能となり、追加の乳化剤は不要になります。
超音波処理は、ナノエマルションおよびナノ分散液の製造において実証された方法です。非常に高強度の超音波は、液相（分散相）を微小な液滴として別の相（連続相）に分散させるために必要な出力を供給します。分散領域では、キャビテーション気泡が崩壊して周囲の液体に強い衝撃波を発生させ、流速の高い液体ジェットを形成します。新たに形成された分散相の液滴を合一に対して安定化するため、エマルションに乳化剤（表面活性物質、界面活性剤）および安定剤を添加します。液滴の分裂後の合一は最終的な液滴径分布に影響するため、効率的に安定化する乳化剤を使用して、最終的な液滴径分布を、超音波分散領域で液滴が分裂した直後の分布と同等の水準に維持します。

超音波処理によるリポソーム分散液

不飽和「phosphatidylchlorine」を基盤とするリポソーム分散液は、酸化に対する安定性が不足しています。分散液の安定化は、ビタミンCとEの複合体などの抗酸化剤によって実現できます。

逆蒸発法は、リポソーム形成に広く用いられる技術です。逆相蒸発法では、有機溶媒と水相を乳化するため、また、その後にリポソームを小さくするために超音波処理が必要です。

超音波処理を用いた逆相蒸発法によるリポソーム形成

Ortan et al. (2002)は、超音波を用いてAnethum graveolensの精油をリポソーム内に調製する研究で良好な結果を得ました。超音波処理後、リポソームのサイズは70–150 nm、MLVでは230–475 nmでした。これらの値は2か月後もほぼ一定でしたが、12か月後には増大し、特にSUV分散液で顕著でした（下のヒストグラム参照）。精油の損失と粒径分布に関する安定性測定でも、リポソーム分散液が揮発性油の含有量を維持していたことが示されました。これは、精油をリポソームに封入することで油の安定性が高まったことを示唆しています。

超音波で調製した多重層小胞（MLV）および小型単層小胞（SUV）の分散液の長期安定性。

Ortan et al. (2009)：1年後のMLVおよびSUV分散液の安定性。リポソーム製剤は4±1 ºCで保存しました。

Hielscherの超音波プロセッサーは、化粧品および医薬品業界の用途に理想的な装置です。各装置の出力が最大16,000ワットの複数の超音波プロセッサーからなるシステムは、このラボでの用途を、連続流またはバッチ方式で微細に分散したエマルションを得る効率的な製造方法へと展開するために必要な処理能力を提供します – オリフィスバルブなど、現在入手可能な最良の高圧ホモジナイザーに匹敵する結果を実現します。連続乳化におけるこの高い効率に加え、Hielscherの超音波装置はメンテナンスの必要性が非常に低く、操作と洗浄が非常に容易です。超音波は実際に洗浄とすすぎを補助します。超音波出力は調整可能で、特定の製品や乳化要件に合わせられます。高度なCIP（定置洗浄）およびSIP（定置滅菌）の要件に対応する特殊なフローセルリアクターも利用できます。

以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています：

バッチ容量	流量	推奨装置
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1–20L	0.2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000
n.a.	より大きい流量	装置群： UIP16000

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リポソームに関するよくある質問

リポソームはどのような種類に分類されますか？

リポソームは、そのサイズと含まれる二重層の数に基づいてさまざまな種類に分類されます。これらの分類には、以下が含まれます：

小型単層小胞（SUV）： 脂質二重層を一つ持つ、最も小さなリポソームです。
大型単層小胞（LUV）： SUVより大きく、こちらも二重層を一つ持っています。
多重層小胞（MLV）： 複数の同心状の二重層を含んでいます。
多胞性小胞（MVV）： 大きな小胞の内部に複数の小さな小胞を含む構造です。

その他の特殊な種類には、以下が含まれます：

PEG化リポソーム： 安定性を高め、循環時間を延長するためにポリエチレングリコール（PEG）で修飾したリポソームです。
ナノリポソーム： 非常に小さなリポソームで、通常は標的薬物送達に使用されます。

リポソームにはどのような小胞構造がありますか？

リポソームはさらに、小胞構造に基づいて七つの主な種類に分類されます：

大型多重層小胞（MLV）： 複数の二重層を含みます。
少数層小胞（OLV）： 少数の二重層を持ちます。
小型単層小胞（SUV）： 二重層を一つ持つ最小の小胞です。
中型単層小胞（MUV）： 二重層を一つ持つ中間サイズの小胞です。
大型単層小胞（LUV）： 二重層を一つ持つ、より大きな小胞です。
巨大単層小胞（GUV）： 二重層を一つ持つ、非常に大きな小胞です。
多胞性小胞（MVV）： 一つの大きな小胞の内部に複数の小胞を含みます。

リポソームとニオソームの違いは何ですか？

リポソームとニオソームは、主に組成が異なります：
リポソーム： 中性または帯電した二本鎖リン脂質から作られます。
ニオソーム： 電荷を持たない一本鎖界面活性剤とコレステロールから作られます。
どちらの構造も、二重層小胞の集合を促進する超音波処理によって形成されます。

リポソームの理想的なサイズはどのくらいですか？

治療用物質の送達において、リポソームの理想的なサイズは、理論上、直径50–200ナノメートルです。このサイズ範囲は安定性と生物学的利用能を最適化します。小胞を所望のサイズまで小さくするために、超音波処理が一般的に使用されます。

リポソームは親水性薬物を運べますか？

はい、リポソームは親水性薬物を運ぶことができます。疎水性物質と親水性物質の両方を封入できるため、生物医学用途で高く評価されています。さらに、高い生体適合性と生分解性を備えており、効果的な送達システムとなります。

リポソームはどのように作りますか？

最も一般的なリポソーム調製技術は、薄膜法と逆相蒸発法です。
薄膜水和法：

脂質を有機溶媒に溶解します。
溶媒を蒸発させて薄い脂質膜を形成します。
多重層小胞を形成するため、超音波処理を用いて水溶液で膜を水和します。

逆相蒸発法：

脂質を水とエタノールに溶解します。
溶液を60°Cで約10分間超音波処理し、脂質ペーストを作ります。
脂質スラリーを冷却し、撹拌しながら水または緩衝液を滴下します。
懸濁液を1時間水和して、多重層小胞を形成します。
さらに超音波処理を行い、リポソームのサイズを小さくします。

アーケオソームとは何ですか？

アーケオソームは、安定性と極端な条件への耐性で知られる古細菌の脂質から作られるリポソームです。これらの特性により、アーケオソームは、厳しい環境における薬物送達やワクチン開発に特に有用です。

アーケオソームはどのように調製しますか？

Pise (2022)による超音波処理手順：アーケオソームは、外部から脂質を補充する必要なく、Sulfolobussolfataricusの極性脂質画分「PLF」を60°Cで超音波処理することで作製できる場合があります。0°Cでは、Sulfolobusacidocaldarius由来の極性脂質を効果的に超音波処理し、アーケオソームを形成しました。BMDを担持したアーケオソームと従来のリポソーム、ならびにArchaea H. salinarumから単離してホスファチジルコリンで富化した古細菌脂質は、超音波処理技術を用いて作製されました。局所送達用の超音波処理小胞は、Hielscher UP50Hプローブ型超音波処理装置を使用し、MLV分散液を振幅80パーセントで4分間超音波処理することで作製されました（左の写真参照）。