Liposomaal ingekapselde bioactieve moleculen met ultrasoon geluid

Sonicatie staat bekend als een zeer efficiënte techniek voor de bereiding van liposomale formuleringen. Typische liposoomformuleringen kapselen vitamine C, CBD, curcumine, quercitin, astaxanthine, peptiden en tal van andere bioactieve verbindingen in met behulp van sonicatie. Ultrasone liposoominkapseling is een eenvoudige, snelle en doeltreffende techniek waarmee stabiele, sterk beladen vesikels kunnen worden geproduceerd. Ultrasoon ingekapselde voedingsstoffen onderscheiden zich door een superieure biologische beschikbaarheid.

Overzicht: liposomale inkapseling van bioactieve verbindingen met behulp van sonicatie

Ultrasone inkapseling biedt een zeer efficiënte en beheersbare methode om bioactieve verbindingen in liposomen op te nemen en hun stabiliteit, biologische beschikbaarheid en functionele prestaties te verbeteren. Akoestische cavitatie, opgewekt door ultrasoon geluid met hoge intensiteit, bevordert snelle hydratatie van lipiden, verkleining van vesikels en uniforme dispersie, waardoor kleine, homogene liposomen met een smalle grootteverdeling kunnen worden gevormd. Deze techniek maakt een hoge inkapselingsefficiëntie mogelijk voor zowel hydrofiele als lipofiele verbindingen en beperkt tegelijkertijd de behoefte aan organische oplosmiddelen of ingrijpende verwerkingsomstandigheden tot een minimum. Bovendien maakt ultrasone verwerking een nauwkeurige regeling van de deeltjesgrootte en lamellariteit mogelijk. Dit zijn cruciale parameters voor het optimaliseren van gecontroleerde afgifte, cellulaire opname en langdurige stabiliteit van gevoelige bioactieve stoffen in farmaceutische, nutraceutische en cosmetische toepassingen.

Wat zijn liposomen en wat zijn hun voordelen?

Liposomen zijn vesikels die bestaan uit een waterige kern, omgeven door een of meer fosfolipidendubbellagen. Omdat liposomen een waterige kern hebben die wordt omgeven door een lipidelaag en een hydrofiele buitenste schil, zijn liposomen wateroplosbaar en kunnen ze wateroplosbare en vetoplosbare verbindingen in de respectieve compartimenten van het vesikel vervoeren. Hierdoor zijn liposomen een zeer effectief afgiftesysteem voor therapeutisch actieve moleculen. Liposomen worden gevormd door biologische membranen te verstoren, een proces dat door sonicatie wordt bevorderd en geïntensiveerd. Liposomen bestaan meestal uit fosfolipiden, vooral fosfatidylcholine, maar kunnen ook andere lipiden bevatten, zoals fosfatidylethanolamine uit eieren, zolang deze verenigbaar zijn met de structuur van de lipidendubbellaag. Liposomen ontstaan spontaan wanneer fosfolipiden worden gehydrateerd. In de eerste stap – de hydratatiefase – wordt sonicatie gebruikt om de lipiden en de waterige fase tot een nano-emulsie te verwerken om de vorming van sterk beladen multilamellaire vesikels (MLVs) te bevorderen. Vervolgens kan sonicatie worden gebruikt om de liposoomgrootte indien nodig te verkleinen. Om kleinere vesikels te verkrijgen, wordt sonicatie toegepast voor dispersie en verkleining van de liposomen tot monodisperse grote unilamellaire vesikels (LUVs) of kleine unilamellaire vesikels (SUVs).
De ultrasone techniek voor liposoomvorming en verkleining van liposomen is betrouwbaar, snel, efficiënt, eenvoudig en veilig. De geproduceerde liposomen vertonen een hoge belading met bioactieve stoffen, een hoge stabiliteit en een superieure biologische beschikbaarheid.

Waarom kunnen ultrasone reinigingsbaden geen hoogwaardige liposomen produceren?

Voor de productie van liposomen is een ultrasoon apparaat nodig dat voldoende energie kan leveren om uniforme deeltjes op nanoschaal te creëren. Zelfgemaakte liposomen die met een ultrasone sieradenreiniger worden bereid, zijn doorgaans ineffectief, omdat de bereide liposomen noch de vereiste nanogrootte hebben, noch de bioactieve voedingsstoffen op een effectieve en langdurig stabiele manier inkapselen. Voor de bereiding van hoogwaardige liposomen heeft een sonicator met sonde de voorkeur, omdat de sonde (sonotrode) de intense akoestische energie die nodig is voor de vorming van sterk beladen, doeltreffende liposomen aan het medium kan overdragen. Over het algemeen hebben liposomen die met een ultrasone sonde worden geproduceerd een deeltjesgrootteverdeling van 100–500nm, wat optimaal is voor een hoge belading en een superieure biologische beschikbaarheid.
Met een ultrasone doorstroomcelreactor kunnen liposomen in een zuurstofvrije omgeving worden bereid om oxidatieve afbraak te voorkomen.
Sonicators met sonde leveren de vereiste energie om hoogwaardige liposomen te produceren met de volgende eigenschappen:

Na de vorming van een lipidenfilm en de daaropvolgende rehydratatie wordt sonicatie gebruikt om de insluiting van actieve ingrediënten in de liposomen te bevorderen. Daarnaast zorgt sonicatie voor de gewenste liposoomgrootte.

Liposomaal ingekapselde moleculen met ultrasoon geluid

De onderstaande lijst geeft een indicatie van welke stoffen al met succes in liposoomformuleringen zijn ingekapseld met behulp van de ultrasone bereidingsmethode.

• antioxidanten zoals glutathion, vitamine C, gemethyleerde B-vitaminen, resveratrol, CoQ10 enz.
• fenolische verbindingen: flavonoïden zoals fisetine, quercitin, oligomere proanthocyanidinen (OPC); saponinen zoals astralgaloside; alkaloïden
• mineralen zoals magnesiumchelaten (bijv. magnesiumthreonaat, magnesiumorotaat), zink, koper enz.
• terpenen zoals astaxanthine, limoneen, pineen, humuleen, linalool, bèta-caryofylleen, fytol, geraniol, terpinoleen enz.
• lipiden zoals de omega-3-vetzuren EPA en DHA; dipalmitoylfosfatidylcholine (DPPC) enz.
• aminozuren zoals creatine, glycine, 5-HTP (5-hydroxytryptofaan), fenylalanine, L-theanine, GABA (gamma-aminoboterzuur), taurine, N-acetylcysteïne (NAC), L-tyrosine enz.
• peptiden, bijv. oxytocine, collageen, GLP-1-peptiden enz.
• polysachariden zoals hyaluronzuur, polysachariden uit paddenstoelen enz.
• cannabinoïden zoals CBD, CBG, THC
• noötropica, smart drugs en cognitieve versterkers, waaronder zowel de hierboven genoemde stoffen als andere moleculen kunnen vallen

De met nanotechnologie verbeterde liposomale formulering van bioactieve moleculen biedt een hogere absorptiesnelheid en een superieure biologische beschikbaarheid en kan stoffen in staat stellen de bloed-hersenbarrière te passeren.
Alternatieve afgiftesystemen voor geneesmiddelen op basis van lipiden zijn nano-emulsies en colloïdale dragers op basis van lipiden, zoals vaste lipidenanodeeltjes (SLN) en nanogestructureerde lipidendragers (NLC). Ze kunnen allemaal, dus nano-emulsies, SLNs en NLCs, betrouwbaar worden gevormd en beladen met behulp van sonicatie.
Lees meer over ultrasoon geëxtraheerde en op nanoschaal ingekapselde Aloe Vera!

Kies uw voorkeursmethode voor liposoomvorming

Sonicatie wordt op grote schaal gebruikt bij meerdere methoden voor de bereiding en verwerking van liposomen, omdat deze zowel de liposoomvorming als de procesregeling tijdens de nabewerking ondersteunt. Sonicatie kan tijdens de directe liposoomvorming worden toegepast door lecithine (fosfolipiden) in een waterige fase te dispergeren om snelle vesikelvorming te bevorderen. Ze wordt ook vaak gebruikt bij gevestigde technieken zoals omgekeerdefaseverdamping en dunnefilmhydratatie om de dispersie van lipiden te verbeteren en de vesikelvorming te versnellen. Naast de initiële bereiding wordt sonicatie vaak toegepast om vooraf gevormde (lege) liposomen via sonoporatie te beladen, waardoor bioactieve verbindingen efficiënt kunnen worden opgenomen. Ook is het een standaardtechniek voor het verkleinen van liposomen, waarmee kleinere, uniformere vesikels met een smallere grootteverdeling worden geproduceerd voor een betere stabiliteit en betere afgifteprestaties.
Lees meer over de verschillende ultrasoon ondersteunde methoden voor liposoomproductie:

• Ultrasone liposoomvorming met lecithine
• Ultrasone methode voor omgekeerdefaseverdamping
• Ultrasone dunnefilmhydratatie

Factoren die de kwaliteit van liposomen beïnvloeden

De kwaliteit van liposomen wordt bepaald door de uniformiteit van de deeltjesgrootte en lamellariteit, de insluitingsefficiëntie (%EE) / inkapselingsbelading en de stabiliteit. De bereidingsmethode, verwerkingsomstandigheden, grondstoffen en opslag zijn belangrijke factoren die bijdragen aan de kwaliteit en daarmee de werkzaamheid van liposomale formuleringen. De SEM-afbeelding links toont de met DHA- en EPA-vetzuren beladen liposomen die ultrasoon zijn bereid met een ultrasone sonicator UP200S van Hielscher (onderzoek en afbeelding: Hadian et al. 2014).
De ultrasone bereiding van liposomen is een betrouwbare techniek die kleine, uniforme liposomale deeltjes met een hoge belading met bioactieve moleculen oplevert. Ultrasone procesparameters (zoals amplitude, totale energie, tijd, pulsatie, temperatuur en druk) zijn nauwkeurig instelbaar. Als niet-thermische verwerkingstechniek is het werkingsprincipe van sonicatie gebaseerd op zuiver mechanische afschuiving. De temperatuurstijging in de vloeistof die aan sonicatie wordt onderworpen, kan worden verklaard door de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat alle toegevoerde energie uiteindelijk in warmte wordt omgezet. Om een stabiele, lage temperatuur van het liposomale medium te handhaven, biedt Hielscher Ultrasonics geavanceerde koeloplossingen, zoals ijsbaden en reactoren en doorstroomcellen met koelmantels. De resultaten van ultrasone liposoomproductie zijn reproduceerbaar, wat belangrijk is voor een gestandaardiseerd proces en een voortdurend hoge productkwaliteit.
Hoogwaardige fosfolipiden met een hoog percentage fosfatidylcholine en fosfatidylethanolamine zorgen voor een stabiele liposoomschil die het weglekken van voedingsstoffen voorkomt. Een sterke fosfolipidenschil beschermt de ingekapselde voedingsstoffen ook tegen oxidatieve en thermische afbraak. Daarom is een evenwichtige verhouding tussen fosfolipiden, waterige fase en ingekapselde voedingsstoffen (bioactieve moleculen) essentieel.

Sonicators met hoge prestaties voor liposoomproductie

De systemen van Hielscher Ultrasonics zijn betrouwbare machines die bij de productie van farmaceutische producten en supplementen worden gebruikt om hoogwaardige liposomen te formuleren die beladen zijn met vitaminen, antioxidanten, flavonoïden, peptiden, polyfenolen en andere bioactieve verbindingen / voedingsstoffen. Om aan de eisen van zijn klanten te voldoen, levert Hielscher sonicators, van de compacte, draagbare laboratoriumhomogenisator en tafelmodellen tot volledig industriële ultrasone systemen voor de productie van grote volumes liposomale formuleringen. Ultrasone liposoomformulering kan als batchproces of als continu inlineproces worden uitgevoerd met behulp van een ultrasone doorstroomreactor. Er is een breed assortiment ultrasone sonotrodes (sondes) en reactorvaten beschikbaar om een optimale opstelling voor uw liposoomproductie te garanderen. Dankzij de robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher is 24/7-bedrijf onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.
De nauwkeurige regeling van alle belangrijke procesparameters, zoals amplitude, druk, temperatuur en sonicatietijd, maakt het ultrasone proces betrouwbaar en reproduceerbaar. Hielscher Ultrasonics kent het belang van een voortdurend hoge productkwaliteit en ondersteunt fabrikanten van supplementen en therapeutische producten bij het implementeren van processtandaardisatie en GMP (Good Manufacturing Practices) met behulp van intelligente software en automatische gegevensregistratie. Onze digitale ultrasone homogenisatoren registreren automatisch alle ultrasone procesparameters op een ingebouwde SD-kaart. Digitale aanraakschermen en afstandsbediening via een browser maken continue procesbewaking mogelijk en stellen u in staat de procesparameters nauwkeurig aan te passen wanneer dat nodig is. Dit vereenvoudigt de procesbewaking en kwaliteitscontrole aanzienlijk.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze sonicators bij benadering: