Ultrasone liposoomvorming: Methodologie en voordelen

Liposomen zijn bolvormige blaasjes die bestaan uit lipidebilagen en die veel worden gebruikt in de geneesmiddelen-, cosmetica- en voedingsmiddelenindustrie vanwege hun biocompatibiliteit en vermogen om zowel hydrofiele als hydrofobe stoffen in te kapselen. Het gebruik van ultrasoon geluid met hoge intensiteit voor liposoomvorming is een van de meest gebruikte technieken voor liposomale inkapseling. Sonicatie staat bekend om zijn efficiëntie, schaalbaarheid en vermogen om liposomen te produceren met een gecontroleerde grootte en een hoge inkapselingsefficiëntie, en biedt tal van extra voordelen in vergelijking met alternatieve methoden voor de productie van liposomen. Dit artikel introduceert de methodologie van ultrasone liposoomvorming, de voordelen en de diverse toepassingen in supplementen, geneesmiddelen, therapeutica en functionele voedingsmiddelen.

Sonificatie voor liposoomvorming

Sonicators van het sonde-type zijn een essentieel hulpmiddel als het gaat om de productie van liposomen geladen met actieve ingrediënten. Hier geven we je een inleiding in hoe liposomen worden gevormd en geladen met behulp van de ultrasone methode.

1. Bereiding van lipideoplossing:
   Het proces begint met de bereiding van een lipidenoplossing. Veel gebruikte lipiden zijn fosfatidylcholine, cholesterol en andere fosfolipiden. Deze lipiden worden opgelost in een organisch oplosmiddel zoals chloroform of ethanol.
2. Vorming van lipidefilm:
   De lipidenoplossing wordt vervolgens onder verminderde druk (vacuüm) ingedampt met een rotatieverdamper om een dunne lipidenfilm te vormen op de wanden van een rondbodemkolf. Deze stap zorgt voor de verwijdering van organische oplosmiddelen, waardoor een droge lipidelaag achterblijft.
3. Hydratatie van lipidefilm:
   De gedroogde lipidelaag wordt gehydrateerd met een waterige oplossing, die de in te kapselen werkzame stof kan bevatten. Deze stap resulteert in de vorming van multilamellaire blaasjes (MLV's). Het hydratatieproces omvat meestal vortexen of zachte agitatie bij een temperatuur boven de lipidenovergangstemperatuur.
4. Sonificatie:
   De MLV's worden vervolgens blootgesteld aan ultrageluid met behulp van een sonicator van het probe-type. De ultrasone golven induceren cavitatie, waardoor microbelletjes ontstaan die samenklappen en schuifkrachten genereren. Dit proces veroorzaakt sonoporatie zodat de liposomen efficiënt geladen worden, wat resulteert in een hoge insluitingsefficiëntie (EE%). De verhoogde permeabiliteit als gevolg van sonoporatie vergemakkelijkt de diffusie van de inkapselmiddelen in de liposomen. Zodra het sonoporatieproces stopt, komen de lipidebilagen snel weer samen, waardoor de ingekapselde stoffen binnenin worden opgesloten.
   Bovendien breekt sonicatie de MLV's af in kleinere unilamellaire vesicles (ULV's) of kleine unilamellaire vesicles (SUV's), met afmetingen die gewoonlijk variëren van 20 tot 200 nm. Parameters zoals sonificatietijd, vermogen en temperatuur worden geoptimaliseerd om de gewenste liposoomgrootte en inkapselingsefficiëntie te bereiken.
5. Zuivering en karakterisering:
   Na sonicatie wordt de liposomensuspensie vaak gefilterd of gecentrifugeerd om niet-ingekapseld materiaal en grotere blaasjes te verwijderen. De resulterende liposomen worden gekarakteriseerd met technieken zoals dynamische lichtverstrooiing (DLS) voor de grootteverdeling, zetapotentiaalanalyse voor de oppervlaktelading en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) voor de morfologie.

Na de vorming van een lipidelaag en daaropvolgende rehydratie wordt sonicatie gebruikt om de insluiting van actieve ingrediënten in het liposoom te bevorderen. Bovendien wordt door middel van sonicatie de gewenste liposoomgrootte bereikt.

wetenschappelijk bewezen

Sonische sondes van het sonde-type zijn snel aangenomen als betrouwbare techniek voor de bereiding van liposomen en worden tegenwoordig op grote schaal gebruikt voor de productie van liposomen bij onderzoek en commerciële productie. De efficiëntie en betrouwbaarheid van ultrasone liposoomvorming en het laden van liposomen met actieve ingrediënten werd aangetoond in onderzoekstudies voor vele formuleringen. Hieronder staan twee korte overzichten van de liposomale inkapseling met behulp van sonicatie van het sonde-type.
 
Hadian et al. (2014) onderzochten de efficiëntie van sonicatie voor het inkapselen van omega-3 vetzuren uit visolie (DHA en EPA) in liposomen. Om de efficiëntie en kwaliteit van de insluiting te evalueren, vergeleken ze de ultrasone liposoombereidingsmethode met liposoomextrusie. Met behulp van de Hielscher UP200S sonicator met sonde, ontdekten de onderzoekers dat sonicatie met sonde “van voorgevormde liposomen vergemakkelijkt een significante opname van DHA en EPA in het nanoliposomale membraan. De sonificatietechniek presteerde beter dan andere methoden.” Liposomen bereid door sonde-type sonicatie waren bolvormig en hadden een hoge structurele integriteit.
 
Paini et al. (2015) ontwikkelden een eenvoudige, maar zeer efficiënte methode met sonicatie om apigenine geladen liposomen te bereiden met koolzaadlecithine van voedselkwaliteit in een waterig medium zonder gebruik te maken van organische oplosmiddelen. Met behulp van de 400 watt sonicator model UP400S (Hielscher Ultrasonics) werd een inkapselingsefficiëntie van meer dan 92% bereikt. De liposoomgrootte kan nauwkeurig worden geregeld door de sonicatieamplitude en procestijd aan te passen. Uit analyse bleek dat de liposomale apigeninestructuren een hoog Zeta-potentiaal en een goede polydispersiteitsindex hadden en stabiel bleven na het inkapselingsproces.

Voordelen van ultrasone liposomale inkapseling

Liposoompreparatietechnieken lopen sterk uiteen, elk met zijn eigen voordelen en beperkingen. Ultrasone bereiding van liposomen onderscheidt zich om verschillende redenen, omdat het een zeer hoge insluitingsefficiëntie (EE%), uitstekende controle over de liposoomgrootte, betrouwbaarheid wat betreft reproduceerbare resultaten en lineaire schaalbaarheid naar grotere volumes biedt.

1. Verbeterde inkapselingsefficiëntie:
   Ultrasoonbehandeling biedt een hoge inkapselingsefficiëntie voor zowel hydrofiele als hydrofobe verbindingen. De intense schuifkrachten en cavitatie vergemakkelijken de uniforme distributie van het inkapselmiddel binnen de liposomale bilaag of waterige kern.
2. Gecontroleerde grootteverdeling:
   De mogelijkheid om de sonicatieparameters nauwkeurig te regelen maakt de productie mogelijk van liposomen met een smalle grootteverdeling, wat essentieel is voor een consistente toediening van geneesmiddelen en biologische beschikbaarheid.
3. Schaalbaarheid en reproduceerbaarheid:
   Ultrasone liposoomvorming is zeer schaalbaar, waardoor het geschikt is voor productie op zowel laboratoriumschaal als industriële schaal. De reproduceerbaarheid van het proces zorgt voor een consistente kwaliteit van alle batches.
4. Minimaal gebruik van organische oplosmiddelen:
   Vergeleken met andere prepareermethoden voor liposomen zijn er bij ultrasoonbehandeling aanzienlijk minder organische oplosmiddelen nodig, waardoor de potentiële toxiciteit en milieueffecten afnemen.
5. Veelzijdigheid:
   Deze techniek is veelzijdig en is geschikt voor een breed scala aan lipiden en inkapselingen, waardoor de toepasbaarheid in verschillende industrieën toeneemt.

Toepassingen in supplementen, geneesmiddelen, therapeutica en functionele voedingsmiddelen

Hielscher sonicators worden gebruikt in onderzoek en in commerciële productie om liposomen van voedsel- en farmaceutische kwaliteit te produceren. Ultrasoon geproduceerde liposomen bieden een hoge biologische beschikbaarheid, kunnen veel actieve ingrediënten bevatten, hebben een hoge inkapselingsefficiëntie (EE%) en zijn stabiel. Bovendien leidt sonicatie tot een uniforme grootteverdeling. Omdat ze aan al deze kwaliteitscriteria voldoen, zijn ultrasoon geformuleerde liposomen ideale dragers voor actieve farmaceutische ingrediënten (API's) en fytochemicaliën in geneesmiddelen, therapeutica, voedingssupplementen, functionele voedingsmiddelen en zelfs cosmetica.

1. Supplementen:
   Ultrasone liposomale inkapseling wordt gebruikt om de biologische beschikbaarheid van voedingssupplementen en nutraceuticals te verbeteren. In liposomen ingekapselde vitaminen, mineralen en kruidenextracten worden beter opgenomen en zijn stabieler, wat leidt tot een betere werkzaamheid. Zo zijn liposomale vitamine C- en curcuminesupplementen populair vanwege hun verbeterde therapeutische voordelen.
2. Farmaceutische producten:
   In de farmaceutische industrie dienen liposomen als dragers voor het toedienen van geneesmiddelen en verbeteren ze de oplosbaarheid, stabiliteit en doelgerichtheid van geneesmiddelen. Ultrasoon bereide liposomale formuleringen worden gebruikt voor de toediening van chemotherapeutische middelen, antibiotica en vaccins. Liposomale doxorubicine vermindert bijvoorbeeld de cardiotoxiciteit die gepaard gaat met conventionele doxorubicinetherapie.
3. Therapeutica:
   Therapeutica profiteren van liposomale inkapseling door gecontroleerde afgifte en gerichte toediening. Liposomen kunnen biologische barrières passeren, zoals de bloed-hersenbarrière, waardoor medicijnen kunnen worden toegediend aan specifieke weefsels of cellen. Ultrasoon geproduceerde nanoliposomen hebben een zeer hoge biologische beschikbaarheid omdat ze door hun nanogrootte de doelweefsels en -cellen kunnen binnendringen. Dit is vooral voordelig bij de behandeling van neurologische aandoeningen en kanker.
4. Functionele voedingsmiddelen:
   In de functionele voedingsindustrie verbeteren liposomen de afgifte van bioactieve stoffen, zoals omega-3 vetzuren, probiotica en antioxidanten. Deze ingekapselde bioactieve stoffen vertonen een verbeterde stabiliteit en biologische beschikbaarheid, wat bijdraagt aan betere gezondheidsresultaten. Zo helpt ultrasoon geassisteerde liposomale inkapseling van polyfenolen in dranken om hun antioxiderende eigenschappen te behouden.
5. Cosmetica:
   Cosmetische formuleringen, ook wel cosmeceuticals genoemd, hebben baat bij de liposomale inkapselingstechniek, omdat liposomen de inkapselingsefficiëntie van anti-verouderingsstoffen zoals antioxidanten verbeteren en zo een betere bescherming bieden tegen oxidatieve stress. De bilaagstructuur beschermt gevoelige verbindingen tegen omgevingsfactoren zoals UV-straling en vervuiling, die antioxidanten kunnen afbreken. De verbeterde inkapselingseigenschappen van gesoniseerde liposomen maken het mogelijk om vluchtige en gevoelige verbindingen, die anders moeilijk effectief toe te dienen zijn, stabiel in te kapselen.

Ultrasone liposoomvorming is een robuuste en veelzijdige techniek met aanzienlijke voordelen op het gebied van inkapselingsefficiëntie, groottecontrole, schaalbaarheid en milieuduurzaamheid. Het wordt toegepast in verschillende industrieën, van het verbeteren van de biologische beschikbaarheid van supplementen tot het verbeteren van de afgifte en werkzaamheid van geneesmiddelen en therapeutica. Naarmate onderzoek en technologie voortschrijden, blijft het potentieel van ultrasone liposomale inkapseling voor het innoveren en verbeteren van productformules groeien, wat veelbelovende ontwikkelingen belooft op het gebied van gezondheid, geneeskunde, voeding en cosmetica.

Nanocarriers geformuleerd door Sonicatie

Naast liposomen wordt sonicatie ook met succes gebruikt voor de formulering en belading van verschillende andere nanodragervormen, zoals nanopartikels met vaste lipiden, nanogestructureerde lipidedragers en nanomulsies. Hielscher sonicators bevorderen de efficiënte vorming en belading van deze nanodragers met bioactieve ingrediënten. Hielscher sonicators staan bekend om hun state-of-the-art technologie en worden wereldwijd gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische en cosmetische productie.