超音波リポソーム調製

超音波で製造されたリポソームは、非常に高い封入効率、高い負荷容量、均一で小さな球形サイズを示す。これにより、超音波リポソームは優れたバイオアベイラビリティを提供します。Hielscher Ultrasonics社は、バッチ式および連続式で医薬品グレードのリポソームを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。

超音波リポソーム製造の利点

超音波リポソームカプセル化とは、超音波エネルギーを用いて薬物やその他の治療薬をリポソーム内にカプセル化する技術である。リポソームカプセル化の他の方法と比較すると、超音波カプセル化にはいくつかの利点があり、優れた製造技術となっている。

• 高負荷、高封入効率： 超音波リポソーム製造は、ビタミンCや薬剤分子などの有効成分を高充填したリポソームを製造する方法としてよく知られている。同時に、超音波法は高い封入効率を示す。つまり、超音波処理によって活性物質の高い割合が封入される。結論として、超音波処理はリポソーム製造において非常に効率的な方法である。
• 均一に小さいリポソーム： 超音波リポソームカプセル化の利点のひとつは、狭いサイズ分布で高度に均一なリポソームを製造できることである。超音波エネルギーは、より大きなリポソームや脂質の凝集体を、より小さく均一なリポソームに分解するのに利用できる。これにより、リポソームのサイズと形状の一貫性が向上し、粒子のサイズが薬物動態と有効性に影響を及ぼす可能性のある薬物送達アプリケーションにとって重要となる。
• どの分子にも適用可能： 超音波リポソームカプセル化のもう一つの利点は、幅広い種類の薬剤やその他の治療薬をカプセル化できることである。この技術は、他の方法では困難な親水性薬物と疎水性薬物のカプセル化に使用できる。さらに、超音波エネルギーは、他の方法では大きすぎてカプセル化できないような高分子やナノ粒子のカプセル化にも使用できる。
• 迅速で信頼できる： 超音波リポソームカプセル化はまた、比較的単純で迅速なプロセスである。カプセル化される治療薬に有害となりうる過酷な化学薬品や高温を使用する必要もない。
• スケールアップ： さらに、この技術は大量生産のために容易にスケールアップすることができ、薬物送達アプリケーションのための費用効果の高い選択肢となる。

要約すると、超音波リポソームカプセル化は、狭いサイズ分布を持つ均一なリポソームを製造する能力、広範囲の治療薬をカプセル化する能力、そしてその簡便性と拡張性から、リポソームカプセル化のための優れた技術である。

脂質膜形成後の再水和後、リポソームへの有効成分の封入を促進するために超音波処理を行う。さらに、超音波処理により所望のリポソームサイズが得られる。

医薬品と化粧品のための超音波リポソーム調製法

リポソーム（脂質ベースの小胞）、トランスフェロソーム（超変形リポソーム）、エトソーム（高アルコール含有の超変形小胞）、ニオソーム（合成小胞）は、活性分子を封入できる球状担体として人工的に調製できる微小な小胞である。直径25～5000nmのこれらの小胞は、経口・局所ドラッグデリバリー、遺伝子治療、免疫など、医薬品や化粧品産業における薬物キャリアとしてしばしば使用されている。超音波処理は、高効率のリポソーム製造法として科学的に証明されている。Hielscher社の超音波処理装置は、有効成分を高含有し、優れたバイオアベイラビリティを有するリポソームを製造します。

リポソームとリポソーム製剤

リポソームは一枚膜、オリゴラメラ、多層膜の小胞体で、細胞膜（脂質二重膜）と同じ物質で構成されている。リポソームはその組成と大きさにより、以下のように区別される：

• 多層ラメラ小胞（MLV、0.1～10μm）
• 小一枚膜小胞（SUV、 <100 nm)
• 大型一枚膜小胞（LUV, 100-500 nm）
• 巨大一枚膜小胞（GUV、1μm以上）

リポソームの主な構造はリン脂質で構成されている。リン脂質は長い炭化水素鎖からなる親水性の頭部基と疎水性の尾部基を持つ。
リポソームの膜は皮膚バリアと非常によく似た組成をしているため、ヒトの皮膚に容易に融合することができる。リポソームは皮膚と融合するため、内包された薬剤を直接目的地に送り出し、そこで活性物質がその機能を発揮することができる。このように、リポソームは内包された医薬・化粧品の皮膚浸透性・透過性を高める。また、薬剤を封入していないリポソーム（空胞）は、ホスファチジルコリンにリノール酸とコリンという、ヒトの生体が自ら作り出すことのできない2つの必須成分が組み込まれているため、皮膚にとって強力な活性剤となる。
リポソームは、薬物、ペプチド、タンパク質、プラスミドDNA、アンチセンス・オリゴヌクレオチド、リボザイムなどの生体適合性キャリアとして、医薬、化粧品、生化学の目的で使用されている。脂質の粒子サイズや物理的パラメータは非常に多様であるため、幅広い用途に対応したオーダーメイドのビヒクルを構築できる魅力的な可能性を秘めている。(Ulrich 2002)

超音波リポソーム形成

リポソームは超音波を用いて形成することができる。リポソーム調製の基本材料は、生体膜脂質に由来する、あるいは生体膜脂質をベースとする両親媒性分子である。小さな一枚膜小胞(SUV)を形成するために、脂質分散液は穏やかに超音波処理される。 – ハンドヘルド超音波装置UP50H（50W、30kHz）、VialTweeter、超音波リアクターCupHornなど。 – を氷浴中で行う。このような超音波処理の時間は約5～15分である。小さな一枚膜小胞を製造するもう一つの方法は、多重ラメラ小胞リポソームの超音波処理である。
Dinu-Pirvuら(2010)は、MLVを室温で超音波処理することによりトランスフェロソームを得たと報告している。
Hielscher Ultrasonics社は、様々な超音波装置、ソノトロード、アクセサリーを提供しており、あらゆるスケールで高効率のリポソームカプセル化に最適な超音波セットアップを提供することができます。

リポソームへの活性物質の超音波カプセル化

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キャリアとして機能する。超音波は、有効成分を封入するためのリポソームを調製・形成するための効果的なツールです。同時に、超音波はカプセル化および封入プロセスを補助するため、有効成分を高充填したリポソームが製造される。カプセル化の前に、リポソームはリン脂質の極性頭部の表面電荷-電荷相互作用によりクラスターを形成する傾向があり（Míckova et al.例えば、Zhuら（2003）は、超音波処理によるビオチン粉末のリポソームへの封入について述べている。ビオチン粉末をベシクル懸濁液に添加した後、溶液を超音波処理した。この処理の後、ビオチンはリポソームに封入された。

超音波処理によるリポソーム乳剤

保湿クリームやアンチエイジングクリーム、ローション、ジェル、その他の化粧品製剤の保湿効果を高めるために、リポソーム分散液には乳化剤が添加され、より多量の脂質を安定化させる。しかし、一般的にリポソームの能力には限界があることが調査によって示されていた。乳化剤の添加により、この効果はより早く現れ、乳化剤の添加によりホスファチジルコリンのバリア親和性が弱まる。ナノ粒子 – ホスファチジルコリンと脂質からなるナノ粒子が、この問題に対する答えである。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によって形成される。ナノ粒子を使用することで、より多くの脂質を吸収し、安定性を保つことができる製剤が可能になるため、乳化剤を追加する必要がなくなる。
超音波処理は、ナノエマルションやナノディスパージョンを製造するための実績のある方法です。高強度の超音波は、液相（分散相）を第二相（連続相）中の小滴に分散させるのに必要なパワーを供給する。分散ゾーンでは、崩壊するキャビテーション気泡が周囲の液体に集中的な衝撃波を引き起こし、その結果、液速度が速い液体ジェットが形成される。新たに形成された分散相の液滴を合体に対して安定化させるために、乳化剤（界面活性物質、界面活性剤）と安定剤がエマルションに添加される。分散後の液滴の合体は最終的な液滴サイズ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、最終的な液滴サイズ分布を超音波分散ゾーンでの液滴分散直後の分布と同じレベルに維持する。

超音波処理を用いたリポソーム分散液

不飽和ホスファチジルクロリンをベースとするリポソーム分散液は、酸化に対する安定性に欠ける。分散液の安定化は、ビタミンCとEの複合体のような抗酸化剤によって達成することができる。
 

ソニケーションを用いた逆相蒸発法によるリポソーム形成

 
Ortanら(2002)は、Anethum graveolens精油の超音波リポソーム化に関する研究で、良好な結果を得た。超音波処理後、リポソームの寸法は70-150 nmの間、MLVは230-475 nmの間であった。これらの値は2ヶ月後もほぼ一定であったが、12ヶ月後には特にSUV分散において減少した（下記のヒストグラム参照）。精油の損失とサイズ分布に関する安定性測定でも、リポソーム分散液は揮発性油分の含量を維持していることが示された。このことは、精油がリポソームに封入されることで、精油の安定性が高まったことを示唆している。

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

Hielscher 社の超音波プロセッサーは、化粧品および製薬産業におけるアプリケーションに最適な装置です。1台あたり最大16,000ワットの超音波プロセッサーを複数台組み合わせたシステムは、連続フローまたはバッチで微細分散エマルションを得るための効率的な製造方法として、研究室でのアプリケーションに必要な能力を提供します。 – その結果、オリフィスバルブなどの現在入手可能な最高の高圧ホモジナイザーに匹敵する結果が得られます。連続乳化におけるこの高い効率に加えて、Hielscherの超音波装置はメンテナンスが非常に少なく、操作や洗浄が非常に簡単です。超音波は実際に洗浄とすすぎをサポートします。超音波出力は調整可能で、特定の製品や乳化要件に適合させることができます。高度なCIP(clean-in-place)およびSIP(sterilize-in-place)の要件を満たす特殊なフローセルリアクターもご利用いただけます。

リポソームに関するよくある質問

リポソームにはどのような種類があるのか？

リポソームは、その大きさと含まれる二重膜の数によって、さまざまなタイプに分類される。これらのカテゴリーには以下が含まれる：

• 小一枚膜小胞（SUV）： これは単一の脂質二重層を持つ最小のリポソームである。
• ラージユニラメラベシクル（LUV）： SUVより大きく、これも二層構造になっている。
• 多層膜小胞（MLV）： これらは複数の同心円状の二重層を含んでいる。
• 多胞状小胞（MVV）： これらは、大きな小胞の中に複数の小さな小胞が集まったものである。

 
その他の専門的なタイプには以下のようなものがある：

• PEG化リポソーム： ポリエチレングリコール（PEG）で修飾したリポソームは、安定性と循環時間を向上させる。
• ナノリポソーム： 非常に小さなリポソームで、一般的に標的薬物送達に使用される。

リポソームはどのような小胞構造を示すのか？

リポソームは、その小胞構造に基づいてさらに7つの主要なタイプに分類される：

• 多層ラージベシクル（MLV）： 複数の二重層を含む。
• オリゴラメラ小胞（OLV）： 数枚の二枚重ねがある。
• 小一枚膜小胞（SUV）： 単層で最も小さい。
• 中型一枚膜小胞（MUV）： 単層二重層の中間サイズ。
• ラージユニラメラベシクル（LUV）： 二層構造でより大きい。
• 巨大ユニラメラ小胞（GUV）： 単層で非常に大きい。
• 多胞状小胞（MVV）： 一つの大きな小胞の中に複数の小胞がある。

リポソームとニオソームの違いは？

リポソームとニオソームは主にその組成が異なる：
リポソーム： 二本鎖のリン脂質から作られ、中性または帯電している。
ニオソーム： 非荷電の一本鎖界面活性剤とコレステロールから作られる。
どちらの構造も超音波処理によって形成され、二層小胞の集合を促進する。

リポソームの理想的な大きさとは？

リポソームの理想的な大きさは、理論的には直径50～200ナノメートルである。このサイズ範囲が安定性とバイオアベイラビリティを最適化する。ソニケーションは、ベシクルを所望のサイズに縮小するために一般的に用いられる。

リポソームは親水性薬物を運ぶことができるか？

はい、リポソームは親水性の薬剤を運ぶことができます。リポソームは疎水性薬剤と親水性薬剤の両方をカプセル化できるため、生物医学的応用において高く評価されている。さらに、リポソームは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っている。

リポソームの作り方

リポソーム調製の最も一般的な技術は、薄膜法と逆相蒸発法である。
薄膜水和法：

1. 脂質を有機溶媒に溶かす。
2. 溶媒を蒸発させ、薄い脂質膜を形成する。
3. マルチラメラベシクルを形成させるために、超音波処理を用いて水溶液でフィルムを水和させる。

逆相蒸発法：

1. 脂質を水とエタノールに溶かす。
2. 溶液を60℃で約10分間超音波処理し、脂質ペーストを作る。
3. 脂質スラリーを冷却し、攪拌しながら水または緩衝液を滴下する。
4. 懸濁液を1時間水和させ、マルチラメラ小胞を形成させる。
5. さらに超音波処理を行い、リポソームのサイズを小さくする。

アーキオソームとは何か？

アーキオソームは古細菌の脂質から作られるリポソームで、その安定性と極限環境に対する耐性で知られている。これらの特性により、アーキオソームは、厳しい環境下での薬物送達やワクチン開発に特に有用である。

アルケオソームはどのように調製されるのか？

Pise(2022)に従った超音波処理手順：アーキオソームは極性脂質画分から作ることができる。 “PLF” Sulfolobussolfataricusの極性脂質は、外部からの脂質補給を必要とせず、60℃での超音波処理によって形成された。0℃では、Sulfolobusacidocaldariusの極性脂質は効果的に超音波処理され、アーキオソームを形成した。BMDを担持したアーキオソームと従来のリポソーム、および古細菌H. salinarumから単離し、ホスファチジルコリンを濃縮した古細菌脂質を、超音波処理技術を用いて作製した。音波処理ベシクルは、Hielscher社製UP50Hプローブ型ソニケーターを用いて、MLV分散液を80％の振幅で4分間音波処理することにより、局所投与用に作成した（左の写真参照）。

文献／参考文献