Liposomu sagatavošana ar ultraskaņu

Ar ultraskaņu ražotām liposomām ir ļoti augsta iekapsulēšanas efektivitāte, liela aktīvo vielu ietilpība un vienmērīgi mazs izmērs ar sfērisku formu. Tādējādi ar ultraskaņu ražotas liposomas nodrošina izcilu biopieejamību. Hielscher Ultrasonics piedāvā ultraskaņas ierīces uzticamai farmaceitiskās kvalitātes liposomu ražošanai periodiskā un nepārtrauktā režīmā.

Liposomu ražošanas ar ultraskaņu priekšrocības

Iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu ir metode, ko izmanto zāļu vai citu terapeitisko līdzekļu iekapsulēšanai liposomās, izmantojot ultraskaņas enerģiju. Salīdzinājumā ar citām iekapsulēšanas metodēm liposomās iekapsulēšanai ar ultraskaņu ir vairākas priekšrocības, kas to padara par pārāku ražošanas metodi.

• Augsts aktīvo vielu saturs, augsta iekapsulēšanas efektivitāte: Liposomu ražošana ar ultraskaņu ir plaši pazīstama ar spēju iegūt liposomas ar augstu aktīvo vielu, piemēram, C vitamīna, zāļu molekulu u. c., saturu. Vienlaikus apstrādes ar ultraskaņu metode nodrošina augstu iekapsulēšanas efektivitāti. Tas nozīmē, ka ar ultraskaņu tiek iekapsulēta liela aktīvās vielas procentuālā daļa. Līdz ar to apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīva liposomu ražošanas metode.
• Vienmērīgi mazas liposomas: Viena no priekšrocībām, ko sniedz iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu, ir spēja ražot ļoti viendabīgas liposomas ar šauru izmēru sadalījumu. Ultraskaņas enerģiju var izmantot, lai sadalītu lielākas liposomas vai lipīdu agregātus mazākās, viendabīgākās liposomās. Tādējādi tiek panākts vienmērīgāks liposomu izmērs un forma, kas var būt svarīgi zāļu piegādes lietojumos, kuros daļiņu izmērs var ietekmēt to farmakokinētiku un efektivitāti.
• Piemērota jebkurām molekulām: Vēl viena priekšrocība, ko sniedz iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu, ir spēja iekapsulēt plašu zāļu un citu terapeitisko līdzekļu klāstu. Šo metodi var izmantot gan hidrofilu, gan hidrofobu zāļu iekapsulēšanai, ko ar citām metodēm var būt grūti panākt. Turklāt ultraskaņas enerģiju var izmantot makromolekulu un nanodaļiņu iekapsulēšanai, kuras var būt pārāk lielas iekapsulēšanai ar citām metodēm.
• Ātra un uzticama: Iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu ir arī salīdzinoši vienkāršs un ātrs process. Tam nav nepieciešamas agresīvas ķīmiskās vielas vai augsta temperatūra, kas var kaitēt iekapsulējamiem terapeitiskajiem līdzekļiem.
• Mēroga palielināšana: Turklāt šīs metodes mērogu var viegli palielināt lielapjoma ražošanai, padarot to par izmaksu ziņā efektīvu risinājumu zāļu piegādes lietojumiem.

Kopumā iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu ir pārāka liposomālās iekapsulēšanas metode, jo tā ļauj ražot viendabīgas liposomas ar šauru izmēru sadalījumu un iekapsulēt plašu terapeitisko līdzekļu klāstu, turklāt tā ir vienkārša un tās mērogu var palielināt.

Pēc lipīdu plēves izveides un tai sekojošas rehidratācijas izmanto apstrādi ar ultraskaņu, lai veicinātu aktīvo vielu iekapsulēšanu liposomā. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu ļauj sasniegt vēlamo liposomu izmēru.

Liposomu sagatavošana ar ultraskaņu farmācijai un kosmētikai

Liposomas (uz lipīdu bāzes veidotas vezikulas), transferosomas (īpaši deformējamas liposomas), etosomas (īpaši deformējamas vezikulas ar augstu spirta saturu) un niosomas (sintētiskas vezikulas) ir mikroskopiskas vezikulas, kuras var mākslīgi sagatavot kā lodveida nesējus, kuros var iekapsulēt aktīvās molekulas. Šīs vezikulas, kuru diametrs ir no 25 līdz 5000 nm, bieži izmanto kā zāļu nesējus farmācijas un kosmētikas rūpniecībā, piemēram, perorālai vai lokālai zāļu piegādei, gēnu terapijai un imunizācijai. Apstrāde ar ultraskaņu ir zinātniski pierādīta metode ļoti efektīvai liposomu ražošanai. Hielscher ultraskaņas ierīces ražo liposomas ar augstu aktīvo vielu saturu un izcilu biopieejamību.

Liposomas un liposomālie preparāti

Liposomas ir vienslāņa, mazslāņu vai daudzslāņu vezikulāras sistēmas, un tās sastāv no tā paša materiāla kā šūnas membrāna (lipīdu dubultslāņa). Pēc sastāva un izmēra liposomas iedala šādi:

• daudzslāņu vezikulas (MLV, 0,1–10μm)
• mazas vienslāņa vezikulas (SUV, <100 nm)
• lielas vienslāņa vezikulas (LUV, 100–500 nm)
• milzu vienslāņa vezikulas (GUV, ≥1 μm)

Liposomu pamatstruktūru veido fosfolipīdi. Fosfolipīdiem ir hidrofila galvas grupa un hidrofoba astes grupa, ko veido gara ogļūdeņraža ķēde.
Liposomu membrānas sastāvs ir ļoti līdzīgs ādas barjeras sastāvam, tāpēc liposomas var viegli integrēties cilvēka ādā. Liposomām saplūstot ar ādu, tās var atbrīvot tajās ieslēgtās vielas tieši mērķa vietā, kur aktīvās vielas var pildīt savas funkcijas. Tādējādi liposomas uzlabo tajās ieslēgto farmaceitisko un kosmētisko vielu spēju iekļūt ādā un ādas caurlaidību šīm vielām. Arī liposomas bez iekapsulētām vielām, proti, tukšās vezikulas, ir spēcīgas ādai paredzētas aktīvās vielas, jo fosfatidilholīns satur divas neaizstājamās vielas, kuras cilvēka organisms pats nespēj ražot: linolskābi un holīnu.
Liposomas izmanto kā bioloģiski saderīgus zāļu, peptīdu, olbaltumvielu, plazmīdu DNS, antisensa oligonukleotīdu vai ribozīmu nesējus farmaceitiskiem, kosmētiskiem un bioķīmiskiem mērķiem. Daļiņu izmēru un lipīdu fizikālo parametru ārkārtīgi lielā daudzveidība paver pievilcīgas iespējas izstrādāt īpaši pielāgotus nesējus plašam lietojumu klāstam. (Ulrich 2002)

Liposomu veidošana ar ultraskaņu

Liposomas var veidot, izmantojot ultraskaņu. Liposomu pagatavošanas pamatmateriāls ir amfifīlas molekulas, kas iegūtas no bioloģisko membrānu lipīdiem vai veidotas uz to pamata. Lai veidotu mazas vienslāņa vezikulas (SUV), lipīdu dispersiju ledus vannā saudzīgi apstrādā ar ultraskaņu – piemēram, ar rokā turamo ultraskaņas ierīci UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter vai ultraskaņas reaktoru CupHorn. Šāda apstrāde ar ultraskaņu ilgst aptuveni 5 – 15 minūtes. Vēl viena mazu vienslāņa vezikulu iegūšanas metode ir daudzslāņu vezikulāro liposomu apstrāde ar ultraskaņu.
Dinu-Pirvu et al. (2010) ziņo par transferosomu iegūšanu, apstrādājot MLV ar ultraskaņu istabas temperatūrā.
Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādas ultraskaņas ierīces, sonotrodes un piederumus un tādējādi var nodrošināt vispiemērotāko ultraskaņas aprīkojuma komplektāciju ļoti efektīvai iekapsulēšanai liposomās jebkurā mērogā.

Aktīvo vielu iekapsulēšana liposomās ar ultraskaņu

Liposomas kalpo par aktīvo vielu, piemēram, vitamīnu, terapeitisko molekulu, peptīdu u. c., nesējiem. Ultraskaņa ir efektīvs līdzeklis liposomu pagatavošanai un veidošanai, lai tajās ieslēgtu aktīvās vielas. Vienlaikus apstrāde ar ultraskaņu veicina iekapsulēšanas un ieslēgšanas procesu, tādējādi iegūstot liposomas ar augstu aktīvo vielu saturu. Pirms iekapsulēšanas liposomām ir tendence veidot sakopojumus fosfolipīdu polāro galvu virsmas lādiņu savstarpējās mijiedarbības dēļ (sal. Míckova et al. 2008), turklāt tās ir jāatver. Piemēram, Zhu et al. (2003) apraksta biotīna pulvera iekapsulēšanu liposomās, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Pēc biotīna pulvera pievienošanas vezikulu suspensijas šķīdumam šķīdums tika apstrādāts ar ultraskaņu. Pēc šīs apstrādes biotīns bija ieslēgts liposomās.
Lasiet vairāk par GLP-1 peptīdu (piemēram, semaglutīda) iekapsulēšanu liposomās ar ultraskaņu!

Liposomālas emulsijas, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Lai pastiprinātu mitrinošu vai pretnovecošanās krēmu, losjonu, gelu un citu kosmeceitisko preparātu kopjošo iedarbību, liposomu dispersijām pievieno emulgatorus, lai stabilizētu lielāku lipīdu daudzumu. Tomēr pētījumi ir parādījuši, ka liposomu ietilpība parasti ir ierobežota. Pievienojot emulgatorus, šī ietekme izpaužas agrāk, un papildu emulgatori vājina fosfatidilholīna afinitāti pret ādas barjeru. Nanodaļiņas, kas sastāv no fosfatidilholīna un lipīdiem, ir šīs problēmas risinājums. Šīs nanodaļiņas veido eļļas piliens, kuru klāj fosfatidilholīna monoslānis. Nanodaļiņu izmantošana ļauj iegūt preparātus, kas spēj uzņemt vairāk lipīdu un saglabāt stabilitāti, tādēļ papildu emulgatori nav nepieciešami.
Apstrāde ar ultraskaņu ir pārbaudīta metode nanoemulsiju un nanodispersiju ražošanai. Augstas intensitātes ultraskaņa nodrošina jaudu, kas nepieciešama šķidrās fāzes (dispersās fāzes) izkliedēšanai sīku pilienu veidā otrā fāzē (nepārtrauktajā fāzē). Disperģēšanas zonā implodējoši kavitācijas burbuļi apkārtējā šķidrumā rada intensīvus triecienviļņus un izraisa šķidruma strūklu veidošanos ar lielu plūsmas ātrumu. Lai stabilizētu jaunizveidotos dispersās fāzes pilienus pret koalescenci, emulsijai pievieno emulgatorus (virsmaktīvās vielas) un stabilizatorus. Tā kā pilienu koalescence pēc to sašķelšanas ietekmē galīgo pilienu izmēru sadalījumu, izmanto emulgatorus ar efektīvu stabilizējošo iedarbību, lai galīgais pilienu izmēru sadalījums saglabātos tāds pats kā tūlīt pēc pilienu sašķelšanas ultraskaņas disperģēšanas zonā.

Liposomu dispersijas, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Liposomu dispersijām, kuru pamatā ir nepiesātināts phosphatidylchlorine, trūkst stabilitātes pret oksidēšanos. Dispersiju var stabilizēt ar antioksidantiem, piemēram, ar C un E vitamīnu kompleksu.
 

Liposomu veidošana ar reversās fāzes iztvaicēšanas metodi, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

 
Ortan et al. (2002) savā pētījumā par Anethum graveolens ēteriskās eļļas iekapsulēšanu liposomās ar ultraskaņu sasniedza labus rezultātus. Pēc apstrādes ar ultraskaņu liposomu izmēri bija 70–150 nm, bet MLV izmēri bija 230–475 nm; šīs vērtības saglabājās aptuveni nemainīgas arī pēc 2 mēnešiem, taču pēc 12 mēnešiem palielinājās, īpaši SUV dispersijā (skatīt histogrammas zemāk). Stabilitātes mērījumi attiecībā uz ēteriskās eļļas zudumu un izmēru sadalījumu arī parādīja, ka liposomu dispersijas saglabāja gaistošās eļļas saturu. Tas liecina, ka ēteriskās eļļas ieslēgšana liposomās palielināja eļļas stabilitāti.

Ortan et al. (2009): MLV un SUV dispersiju stabilitāte pēc 1 gada. Liposomu preparāti tika uzglabāti 4±1 ºC temperatūrā.

Hielscher ultraskaņas procesori ir ideālas ierīces izmantošanai kosmētikas un farmācijas rūpniecībā. Sistēmas, kas sastāv no vairākiem ultraskaņas procesoriem ar katra jaudu līdz 16 000 vatiem, nodrošina nepieciešamo apstrādes kapacitāti, lai šo laboratorijas pielietojumu pārvērstu efektīvā ražošanas metodē smalki disperģētu emulsiju iegūšanai nepārtrauktā plūsmā vai porciju režīmā – sasniedzot rezultātus, kas ir salīdzināmi ar pašlaik pieejamo labāko augstspiediena homogenizatoru, piemēram, atveres tipa vārstu, rezultātiem. Papildus šai augstajai efektivitātei nepārtrauktā emulģēšanā Hielscher ultraskaņas ierīcēm nepieciešama ļoti neliela apkope, un tās ir ļoti viegli lietojamas un tīrāmas. Ultraskaņa patiešām veicina tīrīšanu un skalošanu. Ultraskaņas jauda ir regulējama, un to var pielāgot konkrētiem produktiem un emulģēšanas prasībām. Ir pieejami arī īpaši plūsmas šūnu reaktori, kas atbilst stingrajām CIP (tīrīšana uz vietas) un SIP (sterilizācija uz vietas) prasībām.

Bieži uzdotie jautājumi par liposomām

Kādus liposomu veidus izšķir?

Liposomas iedala dažādos veidos pēc to izmēra un tajās esošo dubultslāņu skaita. Šīs kategorijas ietver:

• Mazas unilamelāras vezikulas (SUV): Tās ir vismazākās liposomas ar vienu lipīdu dubultslāni.
• Lielas unilamelāras vezikulas (LUV): Tās ir lielākas par SUV, un arī tām ir viens dubultslānis.
• Multilamelāras vezikulas (MLV): Tās satur vairākus koncentriskus dubultslāņus.
• Multivezikulāras vezikulas (MVV): Tās sastāv no vairākām mazākām vezikulām, kas atrodas lielākas vezikulas iekšienē.

 
Citi specializēti veidi ietver:

• PEGilētas liposomas: Liposomas, kas modificētas ar polietilēnglikolu (PEG), lai uzlabotu stabilitāti un pagarinātu cirkulācijas laiku.
• Nanoliposomas: Ļoti mazas liposomas, ko parasti izmanto mērķētai zāļu piegādei.

Kāda var būt liposomu vezikulu struktūra?

Pēc vezikulu struktūras liposomas sīkāk iedala septiņos galvenajos veidos:

• Lielas multilamelāras vezikulas (MLV): Satur vairākus dubultslāņus.
• Oligolamelāras vezikulas (OLV): Tām ir daži dubultslāņi.
• Mazas unilamelāras vezikulas (SUV): Vismazākās, ar vienu dubultslāni.
• Vidēja izmēra unilamelāras vezikulas (MUV): Vidēja izmēra, ar vienu dubultslāni.
• Lielas unilamelāras vezikulas (LUV): Lielākas, ar vienu dubultslāni.
• Milzu unilamelāras vezikulas (GUV): Ļoti lielas, ar vienu dubultslāni.
• Multivezikulāras vezikulas (MVV): Vairākas vezikulas vienas lielas vezikulas iekšienē.

Kādas ir atšķirības starp liposomām un niosomām?

Liposomas un niosomas galvenokārt atšķiras pēc to sastāva:
Liposomas: Veidotas no fosfolipīdiem ar divām ķēdēm, kas var būt neitrāli vai lādēti.
Niosomas: Veidotas no nelādētām virsmaktīvajām vielām ar vienu ķēdi un holesterīna.
Abas struktūras veidojas apstrādē ar ultraskaņu, kas veicina dubultslāņu vezikulu pašorganizēšanos.

Kāds ir ideālais liposomas izmērs?

Terapeitisku vielu piegādei liposomas ideālais diametrs teorētiski ir no 50 līdz 200 nanometriem. Šis izmēru diapazons optimizē stabilitāti un biopieejamību. Apstrādi ar ultraskaņu parasti izmanto, lai samazinātu vezikulu līdz vēlamajam izmēram.

Vai liposomas var pārnest hidrofilas zāles?

Jā, liposomas var pārnest hidrofilas zāles. Biomedicīnā tās augstu vērtē par spēju iekapsulēt gan hidrofobas, gan hidrofilas vielas. Turklāt tām ir augsta biosaderība un bioloģiskā noārdāmība, tādēļ tās ir efektīvas piegādes sistēmas.

Kā pagatavot liposomas?

Visbiežāk izmantotās liposomu pagatavošanas metodes ir plānās kārtiņas metode un apgrieztās fāzes iztvaicēšanas metode.
Plānās kārtiņas hidratācijas metode:

1. Izšķīdiniet lipīdus organiskā šķīdinātājā.
2. Iztvaicējiet šķīdinātāju, lai izveidotu plānu lipīdu kārtiņu.
3. Hidratējiet kārtiņu ar ūdens šķīdumu, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu, lai izveidotu multilamelāras vezikulas.

Apgrieztās fāzes iztvaicēšanas metode:

1. Izšķīdiniet lipīdus ūdenī un etanolā.
2. Apstrādājiet šķīdumu ar ultraskaņu 60°C temperatūrā aptuveni 10 minūtes, lai izveidotu lipīdu pastu.
3. Atdzesējiet lipīdu suspensiju un maisot pa pilienam pievienojiet ūdeni vai buferšķīdumu.
4. Hidratējiet suspensiju 1 stundu, lai izveidotu multilamelāras vezikulas.
5. Samaziniet liposomu izmēru, turpinot apstrādi ar ultraskaņu.

Kas ir arheosomas?

Arheosomas ir liposomas, kas veidotas no arheju lipīdiem, kuri ir pazīstami ar savu stabilitāti un izturību pret ekstremāliem apstākļiem. Šīs īpašības padara arheosomas īpaši noderīgas zāļu piegādei un vakcīnu izstrādei sarežģītos vides apstākļos.

Kā pagatavo arheosomas?

Apstrādes ar ultraskaņu procedūra saskaņā ar Pise (2022): arheosomas var izgatavot no Sulfolobussolfataricus polāro lipīdu frakcijas “PLF”, apstrādājot ar ultraskaņu 60°C temperatūrā bez nepieciešamības papildus pievienot lipīdus no ārēja avota. Sulfolobusacidocaldarius polārie lipīdi tika efektīvi apstrādāti ar ultraskaņu 0°C temperatūrā, lai veidotu arheosomas. Ar BMD pildītas arheosomas un parastās liposomas, kā arī no Archaea H. salinarum izolēti un ar fosfatidilholīnu bagātināti arheju lipīdi tika sagatavoti, izmantojot apstrādes ar ultraskaņu metodes. Lokālai ievadīšanai paredzētas vezikulas tika iegūtas, 4 minūtes apstrādājot MLV dispersijas ar ultraskaņu pie 80 procentu amplitūdas, izmantojot Hielscher UP50H zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīci (skatīt attēlu kreisajā pusē).

Literatūra/atsauces

• 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.