초음파를 이용한 리포솜 제조

초음파로 생산한 리포솜은 매우 높은 포집 효율, 높은 담지 용량, 균일하고 작은 구형 크기를 나타냅니다. 따라서 초음파로 생산한 리포솜은 우수한 생체이용률을 제공합니다. Hielscher Ultrasonics는 배치 및 연속 방식으로 제약 등급 리포솜을 신뢰성 있게 생산할 수 있는 초음파 처리기를 제공합니다.

초음파 리포솜 생산의 장점

초음파 리포솜 캡슐화는 초음파 에너지를 이용하여 약물이나 기타 치료제를 리포솜 내부에 캡슐화하는 기술입니다. 다른 리포솜 캡슐화 방법과 비교할 때, 초음파 캡슐화에는 이를 더 우수한 생산 기술로 만드는 여러 장점이 있습니다.

• 높은 담지량, 높은 포집 효율: 초음파 리포솜 생산은 비타민 C, 약물 분자 등과 같은 활성 성분의 담지량이 높은 리포솜을 생산하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 동시에 초음파 처리 방법은 높은 포집 효율을 나타냅니다. 이는 활성 물질의 높은 비율이 초음파 처리에 의해 캡슐화된다는 의미입니다. 결과적으로 이러한 특성은 초음파 처리를 매우 효율적인 리포솜 생산 방법으로 만듭니다.
• 균일하고 작은 리포솜: 초음파 리포솜 캡슐화의 한 가지 장점은 크기 분포가 좁고 매우 균일한 리포솜을 생산할 수 있다는 것입니다. 초음파 에너지를 이용하면 더 큰 리포솜이나 지질 응집체를 더 작고 균일한 리포솜으로 분해할 수 있습니다. 이에 따라 리포솜의 크기와 형태가 더욱 일정해지며, 이는 입자 크기가 약동학적 특성과 효능에 영향을 미칠 수 있는 약물 전달 응용 분야에서 중요할 수 있습니다.
• 모든 분자에 적용 가능: 초음파 리포솜 캡슐화의 또 다른 장점은 다양한 약물과 기타 치료제를 캡슐화할 수 있다는 것입니다. 이 기술은 다른 방법으로는 어려울 수 있는 친수성 약물과 소수성 약물 모두의 캡슐화에 사용할 수 있습니다. 또한 초음파 에너지는 다른 방법으로 캡슐화하기에는 너무 클 수 있는 거대분자와 나노입자를 캡슐화하는 데 사용할 수 있습니다.
• 빠르고 신뢰성 있는 공정: 초음파 리포솜 캡슐화는 비교적 간단하고 빠른 공정이기도 합니다. 캡슐화되는 치료제에 해로울 수 있는 강한 화학물질이나 고온을 사용할 필요가 없습니다.
• 규모 확대: 또한 이 기술은 대규모 생산을 위해 쉽게 규모를 확대할 수 있어 약물 전달 응용 분야에서 비용 효율적인 선택지가 됩니다.

요약하면, 초음파 리포솜 캡슐화는 크기 분포가 좁고 균일한 리포솜을 생산하고 다양한 치료제를 캡슐화할 수 있는 능력과 공정의 간편성 및 규모 확장성 덕분에 우수한 리포솜 캡슐화 기술입니다.

지질막을 형성한 후 재수화한 다음, 리포솜 내부로 활성 성분이 포집되도록 촉진하기 위해 초음파 처리를 사용합니다. 또한 초음파 처리를 통해 원하는 리포솜 크기를 얻습니다.

의약품 및 화장품용 초음파 리포솜 제조

리포솜(지질 기반 소포), 트랜스퍼솜(초변형성 리포솜), 에토솜(알코올 함량이 높은 초변형성 소포), 니오솜(합성 소포)은 활성 분자를 내부에 캡슐화할 수 있는 구형 운반체로 인공적으로 제조할 수 있는 미세 소포입니다. 직경이 25~5000 nm인 이러한 소포는 제약 및 화장품 산업에서 경구 또는 국소 약물 전달, 유전자 치료, 면역화 등을 위한 약물 운반체로 자주 사용됩니다. 초음파 처리는 리포솜을 매우 효율적으로 생산할 수 있는 과학적으로 입증된 방법입니다. Hielscher 초음파 처리기는 활성 성분의 담지량이 높고 생체이용률이 우수한 리포솜을 생산합니다.

리포솜 및 리포솜 제형

리포솜은 단일층, 소수층 또는 다중층 소포 시스템으로, 세포막과 동일한 물질(지질 이중층)로 구성됩니다. 리포솜은 조성과 크기에 따라 다음과 같이 구분됩니다:

• 다중층 소포(MLV, 0.1–10μm)
• 소형 단일층 소포(SUV, <100 nm)
• 대형 단일층 소포(LUV, 100–500 nm)
• 거대 단일층 소포(GUV, ≥1 μm)

리포솜의 주요 구조는 인지질로 이루어집니다. 인지질은 친수성 머리 부분과 긴 탄화수소 사슬로 이루어진 소수성 꼬리 부분을 갖습니다.
리포솜 막은 피부 장벽과 조성이 매우 유사하므로 사람의 피부에 쉽게 통합될 수 있습니다. 리포솜은 피부와 융합하면서 포집된 물질을 표적 부위에 직접 방출할 수 있으며, 이곳에서 활성 성분이 제 기능을 수행할 수 있습니다. 따라서 리포솜은 포집된 의약품 및 화장품 성분의 피부 침투성/투과성을 향상시킵니다. 또한 물질이 캡슐화되어 있지 않은 리포솜, 즉 빈 소포도 피부에 강력하게 작용하는 활성 성분입니다. 이는 포스파티딜콜린이 인체에서 자체적으로 생성할 수 없는 두 가지 필수 성분인 리놀레산과 콜린을 포함하기 때문입니다.
리포솜은 제약, 화장품 및 생화학적 목적으로 약물, 펩타이드, 단백질, 플라스미드 DNA, 안티센스 올리고뉴클레오타이드 또는 리보자임의 생체적합성 운반체로 사용됩니다. 입자 크기와 지질의 물리적 매개변수를 매우 다양하게 조절할 수 있다는 점은 광범위한 응용 분야를 위한 맞춤형 운반체를 제작하는 데 매력적인 가능성을 제공합니다. (Ulrich 2002)

초음파를 이용한 리포솜 형성

리포솜은 초음파를 이용하여 형성할 수 있습니다. 리포솜 제조의 기본 재료는 생체막 지질에서 유래하거나 이를 기반으로 하는 양친매성 분자입니다. 소형 단일층 소포(SUV)를 형성하려면 지질 분산액을 얼음 수조에서 약하게 초음파 처리합니다. 예를 들어 휴대용 초음파 장치 UP50H(50W, 30kHz), VialTweeter 또는 초음파 반응기 CupHorn을 사용할 수 있습니다. 이러한 초음파 처리에는 약 5 – 15분이 소요됩니다. 소형 단일층 소포를 제조하는 또 다른 방법은 다중층 소포 리포솜을 초음파 처리하는 것입니다.
Dinu-Pirvu et al. (2010)은 실온에서 MLV를 초음파 처리하여 트랜스퍼솜을 얻었다고 보고합니다.
Hielscher Ultrasonics는 다양한 초음파 장치, 소노트로드 및 액세서리를 제공하므로, 모든 규모에서 고효율 리포솜 캡슐화에 가장 적합한 초음파 구성을 제공할 수 있습니다.

초음파를 이용한 활성 물질의 리포솜 내 캡슐화

리포솜은 비타민, 치료용 분자, 펩타이드 등의 활성 성분을 운반하는 역할을 합니다. 초음파는 활성 물질을 포집하기 위한 리포솜을 제조하고 형성하는 데 효과적인 도구입니다. 동시에 초음파 처리는 캡슐화 및 포집 과정을 도와 활성 성분이 높은 함량으로 탑재된 리포솜을 생산합니다. 캡슐화 전에는 인지질 극성 머리 부분의 표면 전하 간 상호작용으로 인해 리포솜이 군집을 형성하는 경향이 있으며(cf. Míckova et al. 2008), 또한 리포솜을 열어야 합니다. 예를 들어 Zhu et al. (2003)은 초음파 처리를 통해 비오틴 분말을 리포솜에 캡슐화하는 방법을 설명합니다. 비오틴 분말을 소포 현탁액에 첨가하면서 해당 용액을 초음파 처리했습니다. 이 처리 후 비오틴은 리포솜에 포집되었습니다.
초음파를 이용하여 GLP-1 펩타이드(예: 세마글루타이드)를 리포솜에 캡슐화하는 방법에 대해 자세히 알아보세요!

초음파 처리를 이용한 리포솜 에멀젼

보습 또는 노화 방지 크림, 로션, 젤 및 기타 코스메슈티컬 제형의 피부 영양 공급 효과를 높이기 위해 리포솜 분산액에 유화제를 첨가하여 더 많은 양의 지질을 안정화합니다. 그러나 연구에 따르면 리포솜의 수용 능력은 일반적으로 제한되어 있습니다. 유화제를 첨가하면 이러한 한계가 더 일찍 나타나며, 추가된 유화제는 포스파티딜콜린의 피부 장벽 친화성을 약화시킵니다. 포스파티딜콜린과 지질로 구성된 나노입자가 이 문제의 해결책입니다. 이러한 나노입자는 포스파티딜콜린 단분자층으로 덮인 기름방울로 이루어집니다. 나노입자를 사용하면 더 많은 지질을 흡수하면서도 안정성을 유지하는 제형을 만들 수 있으므로 추가 유화제가 필요하지 않습니다.
초음파 처리는 나노에멀젼과 나노분산액 제조에 검증된 방법입니다. 고강도 초음파는 액상(분산상)을 작은 액적 형태로 다른 상(연속상)에 분산하는 데 필요한 동력을 제공합니다. 분산 구역에서는 캐비테이션 기포가 내파하면서 주변 액체에 강력한 충격파를 발생시키고 유속이 높은 액체 제트를 형성합니다. 새로 형성된 분산상 액적이 합일되지 않도록 안정화하기 위해 에멀젼에 유화제(표면 활성 물질, 계면활성제)와 안정제를 첨가합니다. 액적 파쇄 후 발생하는 합일은 최종 액적 크기 분포에 영향을 미치므로, 안정화 효율이 높은 유화제를 사용하여 최종 액적 크기 분포를 초음파 분산 구역에서 액적이 파쇄된 직후의 분포와 동일한 수준으로 유지합니다.

초음파 처리를 이용한 리포솜 분산액

불포화 포스파티딜클로린을 기반으로 하는 리포솜 분산액은 산화에 대한 안정성이 부족합니다. 비타민 C와 E의 복합체와 같은 항산화제를 사용하여 분산액을 안정화할 수 있습니다.
 

초음파 처리를 이용한 역상 증발법에 의한 리포솜 형성

 
Ortan et al. (2002)은 초음파를 이용하여 Anethum graveolens 에센셜 오일을 리포솜에 담는 연구에서 좋은 결과를 얻었습니다. 초음파 처리 후 리포솜의 크기는 70–150 nm였으며, MLV의 크기는 230–475 nm였습니다. 이 값들은 2개월 후에도 거의 일정했으나 12개월 후에는 증가했으며, 특히 SUV 분산액에서 증가가 두드러졌습니다(아래 히스토그램 참조). 에센셜 오일 손실과 크기 분포에 관한 안정성 측정에서도 리포솜 분산액이 휘발성 오일 함량을 유지하는 것으로 나타났습니다. 이는 에센셜 오일을 리포솜에 봉입하면 오일의 안정성이 높아짐을 시사합니다.

Ortan et al. (2009): 1년 후 MLV 및 SUV 분산액의 안정성. 리포솜 제형은 4±1 ºC에서 보관했습니다.

Hielscher 초음파 프로세서는 화장품 및 제약 산업 분야에 이상적인 장치입니다. 각각 최대 16,000와트의 초음파 프로세서 여러 대로 구성된 시스템은 이 실험실 응용을 연속 흐름 또는 배치 방식으로 미세하게 분산된 에멀젼을 얻는 효율적인 생산 방법으로 전환하는 데 필요한 처리 용량을 제공합니다. 이를 통해 오리피스 밸브와 같이 현재 이용 가능한 최상의 고압 균질기에 필적하는 결과를 얻을 수 있습니다. Hielscher 초음파 장치는 연속 유화에서 이처럼 높은 효율을 제공할 뿐만 아니라 유지보수 필요성이 매우 낮고 조작과 세척이 매우 쉽습니다. 실제로 초음파는 세척과 헹굼을 돕습니다. 초음파 출력은 조절할 수 있으며 특정 제품과 유화 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 고도화된 CIP(정치 세척) 및 SIP(정치 멸균) 요구 사항을 충족하는 특수 플로우 셀 반응기도 제공됩니다.

리포솜에 관한 자주 묻는 질문

리포솜은 어떤 유형으로 구분되나요?

리포솜은 크기와 포함된 이중층의 수에 따라 여러 유형으로 분류됩니다. 이러한 유형에는 다음이 포함됩니다:

• 소형 단일층 소포(SUV): 지질 이중층 하나로 이루어진 가장 작은 리포솜입니다.
• 대형 단일층 소포(LUV): SUV보다 크며, 이 역시 이중층 하나로 이루어져 있습니다.
• 다중층 소포(MLV): 여러 개의 동심원상 이중층을 포함합니다.
• 다소포성 소포(MVV): 큰 소포 안에 여러 개의 작은 소포가 들어 있는 구조입니다.

 
그 밖의 특수 유형에는 다음이 포함됩니다:

• PEG화 리포솜: 안정성과 체내 순환 시간을 향상하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 변형한 리포솜입니다.
• 나노리포솜: 일반적으로 표적 약물 전달에 사용되는 매우 작은 리포솜입니다.

리포솜은 어떤 소포 구조를 가질 수 있나요?

리포솜은 소포 구조에 따라 다음과 같은 일곱 가지 주요 유형으로 더 세분됩니다:

• 대형 다중층 소포(MLV): 여러 개의 이중층을 포함합니다.
• 소수층 소포(OLV): 소수의 이중층으로 이루어져 있습니다.
• 소형 단일층 소포(SUV): 이중층 하나로 이루어진 가장 작은 소포입니다.
• 중형 단일층 소포(MUV): 이중층 하나로 이루어진 중간 크기의 소포입니다.
• 대형 단일층 소포(LUV): 이중층 하나로 이루어진 더 큰 소포입니다.
• 거대 단일층 소포(GUV): 이중층 하나로 이루어진 매우 큰 소포입니다.
• 다소포성 소포(MVV): 하나의 큰 소포 안에 여러 개의 소포가 들어 있습니다.

리포솜과 니오솜은 어떤 차이가 있나요?

리포솜과 니오솜은 주로 구성 성분에서 차이가 있습니다:
리포솜: 중성이거나 전하를 띨 수 있는 이중 사슬 인지질로 만들어집니다.
니오솜: 전하를 띠지 않는 단일 사슬 계면활성제와 콜레스테롤로 만들어집니다.
두 구조 모두 초음파 처리를 통해 형성되며, 초음파 처리는 이중층 소포의 조립을 촉진합니다.

리포솜의 이상적인 크기는 얼마인가요?

치료제 전달을 위한 리포솜의 이상적인 크기는 이론적으로 직경 50–200나노미터입니다. 이 크기 범위는 안정성과 생체이용률을 최적화합니다. 소포를 원하는 크기로 줄이는 데 초음파 처리가 흔히 사용됩니다.

리포솜은 친수성 약물을 운반할 수 있나요?

네, 리포솜은 친수성 약물을 운반할 수 있습니다. 리포솜은 소수성 물질과 친수성 물질을 모두 캡슐화할 수 있어 생의학 응용 분야에서 높은 평가를 받습니다. 또한 생체적합성과 생분해성이 높아 효과적인 전달 시스템으로 활용됩니다.

리포솜은 어떻게 제조하나요?

리포솜 제조에 가장 흔히 사용되는 기법은 박막법과 역상 증발법입니다.
박막 수화법:

1. 지질을 유기 용매에 용해합니다.
2. 용매를 증발시켜 얇은 지질막을 형성합니다.
3. 다중층 소포를 형성하기 위해 초음파 처리를 이용하여 수용액으로 지질막을 수화합니다.

역상 증발법:

1. 지질을 물과 에탄올에 용해합니다.
2. 용액을 60°C에서 약 10분 동안 초음파 처리하여 지질 페이스트를 만듭니다.
3. 지질 슬러리를 냉각하고 교반하면서 물이나 완충액을 한 방울씩 첨가합니다.
4. 현탁액을 1시간 동안 수화하여 다중층 소포를 형성합니다.
5. 추가 초음파 처리를 통해 리포솜 크기를 줄입니다.

아르케오솜이란 무엇인가요?

아르케오솜은 안정성과 극한 조건에 대한 내성이 뛰어난 것으로 알려진 고세균 지질로 만든 리포솜입니다. 이러한 특성으로 인해 아르케오솜은 까다로운 환경에서의 약물 전달과 백신 개발에 특히 유용합니다.

아르케오솜은 어떻게 제조하나요?

Pise (2022)에 따른 초음파 처리 절차: 외부에서 지질을 보충할 필요 없이 Sulfolobussolfataricus의 극성 지질 분획 “PLF”를 60°C에서 초음파 처리하여 아르케오솜을 제조할 수 있습니다. 0°C에서는 Sulfolobusacidocaldarius 유래 극성 지질을 효과적으로 초음파 처리하여 아르케오솜을 형성했습니다. BMD가 담지된 아르케오솜과 일반 리포솜뿐 아니라 고세균 H. salinarum에서 분리하고 포스파티딜콜린을 첨가하여 함량을 높인 고세균 지질도 초음파 처리 기법을 사용하여 제조했습니다. 국소 전달용 초음파 처리 소포는 Hielscher UP50H 프로브형 초음파 처리기를 사용하여 MLV 분산액을 80퍼센트 진폭에서 4분 동안 초음파 처리하여 만들었습니다(왼쪽 사진 참조).

문헌/참고문헌

• Raquel Martínez-González, Joan Estelrich, Maria Antònia Busquets (2016): Liposomes Loaded with Hydrophobic Iron Oxide Nanoparticles: Suitable T2 Contrast Agents for MRI. International Journal of Molecular Science 2016.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2014): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
• Pise, Ganesh (2022): Archaeosomes for both cell-based delivery applications and drug-based delivery applications. Journal of Medical Pharmaceutical and Allied Sciences 11, 2022. 4995-5003.