ultrasone bereiding van liposomen

Ultrasoon geproduceerde liposomen hebben een zeer hoge insluitingsefficiëntie, een hoge laadcapaciteit en een uniform kleine bolgrootte. Daardoor bieden ultrasone liposomen een uitstekende biologische beschikbaarheid. Hielscher Ultrasonics biedt ultrasone machines voor de betrouwbare productie van liposomen van farmaceutische kwaliteit in batch en continu.

Voordelen van ultrasone liposoomproductie

Ultrasone liposoominkapseling is een techniek die wordt gebruikt om geneesmiddelen of andere therapeutische middelen in liposomen in te kapselen met behulp van ultrasone energie. In vergelijking met andere methoden voor liposoominkapseling heeft ultrasone inkapseling verschillende voordelen waardoor het de superieure productietechniek is.

• Hoge lading, hoge opsluitingsefficiëntie: Ultrasone liposoomproductie staat bekend om het produceren van liposomen met een hoge lading actieve ingrediënten, bijv. vitamine C, geneesmiddelmoleculen enz. Tegelijkertijd vertoont de sonicatiemethode een hoge insluitingsefficiëntie. Dit betekent dat een hoog percentage van de werkzame stof wordt ingekapseld door ultrasone trillingen. Concluderend kan worden gesteld dat ultrasone trillingen een zeer efficiënte methode zijn voor de productie van liposomen.
• Uniform kleine liposomen: Een voordeel van ultrasone liposoominsluiting is de mogelijkheid om zeer uniforme liposomen met een smalle grootteverdeling te produceren. Ultrasone energie kan worden gebruikt om grotere liposomen of lipideaggregaten op te splitsen in kleinere, meer uniforme liposomen. Dit leidt tot een grotere consistentie in de grootte en vorm van de liposomen, wat belangrijk kan zijn voor medicijntoepassingen waarbij de grootte van de deeltjes de farmacokinetiek en werkzaamheid kan beïnvloeden.
• Toepasbaar op alle moleculen: Een ander voordeel van ultrasone liposoominsluiting is de mogelijkheid om een breed scala aan geneesmiddelen en andere therapeutische middelen in te kapselen. De techniek kan worden gebruikt om zowel hydrofiele als hydrofobe geneesmiddelen in te kapselen, wat met andere methoden moeilijk kan zijn. Bovendien kan ultrasone energie worden gebruikt om macromoleculen en nanodeeltjes in te kapselen, die mogelijk te groot zijn om met andere methoden in te kapselen.
• Snel en betrouwbaar: Ultrasone liposoominkapseling is ook een relatief eenvoudig en snel proces. Het vereist geen gebruik van agressieve chemicaliën of hoge temperaturen, die schadelijk kunnen zijn voor de therapeutische stoffen die worden ingekapseld.
• Opschalen: Bovendien kan de techniek eenvoudig worden opgeschaald voor productie op grote schaal, waardoor het een kosteneffectieve optie is voor het toedienen van medicijnen.

Samengevat is ultrasone liposoominkapseling een superieure techniek voor liposoominkapseling vanwege de mogelijkheid om uniforme liposomen met een smalle grootteverdeling te produceren, een breed scala aan therapeutische middelen in te kapselen en vanwege de eenvoud en schaalbaarheid.

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.

Ultrasone liposoombereiding voor farmaceutica en cosmetica

Liposomen (op lipiden gebaseerde blaasjes), transferosomen (ultravormbare liposomen), ethosomen (ultravormbare blaasjes met een hoog alcoholgehalte) en niosomen (synthetische blaasjes) zijn microscopische blaasjes die kunstmatig kunnen worden bereid als bolvormige dragers waarin actieve moleculen kunnen worden ingekapseld. Deze blaasjes met diameters tussen 25 en 5000 nm worden vaak gebruikt als dragers van geneesmiddelen in de farmaceutische en cosmetische industrie, zoals orale of topische toediening van geneesmiddelen, gentherapie en immunisatie. Ultrasoonproductie is een wetenschappelijk bewezen methode voor de zeer efficiënte productie van liposomen. Hielscher ultrasone machines produceren liposomen met een hoog gehalte aan actieve ingrediënten en een superieure biologische beschikbaarheid.

Liposomen en liposomale formulering

Liposomen zijn unilamellaire, oligolamellaire of multilamellaire vesiculaire systemen en bestaan uit hetzelfde materiaal als een celmembraan (lipidenbilaag). Met betrekking tot hun samenstelling en grootte worden liposomen als volgt onderscheiden:

• multi-lamellaire blaasjes (MLV, 0,1-10 μm)
• kleine unilamellaire blaasjes (SUV, <100 nm)
• grote unilamellaire blaasjes (LUV, 100-500 nm)
• giant unilamellar vesicles (GUV, ≥1 μm)

De hoofdstructuur van liposomen bestaat uit fosfolipiden. Fosfolipiden hebben een hydrofiele kopgroep en een hydrofobe staartgroep, die bestaat uit een lange koolwaterstofketen.
Het membraan van liposomen lijkt qua samenstelling sterk op de huidbarrière, zodat ze gemakkelijk in de menselijke huid kunnen worden geïntegreerd. Als de liposomen versmelten met de huid, kunnen ze de ingesloten stoffen direct naar de plaats van bestemming brengen, waar de actieve stoffen hun functies kunnen vervullen. De liposomen zorgen dus voor een betere doordringbaarheid van de ingesloten farmaceutische en cosmetische middelen in de huid. Ook liposomen zonder ingekapselde werkstoffen, de lege blaasjes, zijn krachtige werkstoffen voor de huid, omdat fosfatidylcholine twee essentiële stoffen bevat die het menselijk organisme zelf niet kan aanmaken: linolzuur en choline.
Liposomen worden gebruikt als biocompatibele dragers van geneesmiddelen, peptiden, eiwitten, plasmisch DNA, antisense oligonucleotiden of ribozymen voor farmaceutische, cosmetische en biochemische doeleinden. De enorme veelzijdigheid in deeltjesgrootte en in fysische parameters van de lipiden biedt een aantrekkelijk potentieel voor het bouwen van op maat gemaakte dragers voor een breed scala aan toepassingen. (Ulrich 2002)

Ultrasone liposoomvorming

Liposomen kunnen worden gevormd door het gebruik van ultrasoon. Het basismateriaal voor de bereiding van liposomen zijn amfiele moleculen die zijn afgeleid van of gebaseerd op biologische membraanlipiden. Voor de vorming van kleine unilamellaire blaasjes (SUV) wordt de lipidedispersie zachtjes gesoneerd. – bijvoorbeeld met het handbediende ultrasone apparaat UP50H (50 W, 30 kHz), de VialTweeter of de ultrasone reactor CupHorn. – in een ijsbad. De duur van zo'n ultrasone behandeling is ongeveer 5 - 15 minuten. Een andere methode om kleine unilamellaire blaasjes te produceren is de sonificatie van de multi-lamellaire blaasjes liposomen.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporteert het verkrijgen van transferosomen door het sonificeren van MLV's bij kamertemperatuur.
Hielscher Ultrasonics biedt verschillende ultrasone apparaten, sonotroden en accessoires en kan zo de meest geschikte ultrasone opstelling leveren voor een zeer efficiënte inkapseling van liposomen op elke schaal.

Ultrasone inkapseling van werkzame stoffen in liposomen

Liposomen werken als dragers voor actieve ingrediënten zoals vitaminen, therapeutische moleculen, peptiden enz. Ultrasoon geluid is een effectief middel om liposomen te bereiden en te vormen voor de insluiting van actieve stoffen. Tegelijkertijd helpt sonicatie bij het inkapselen en insluiten, zodat liposomen met een hoge lading actieve ingrediënten worden geproduceerd. Vóór inkapseling hebben de liposomen de neiging om clusters te vormen door de interactie tussen oppervlaktelading en lading van de polaire koppen van de fosfolipiden (zie Míckova et al. 2008), bovendien moeten ze worden geopend. Zhu et al. (2003) beschrijven bijvoorbeeld de inkapseling van biotinepoeder in liposomen door middel van ultrasoonbehandeling. Terwijl het biotinepoeder werd toegevoegd aan de suspensieoplossing van de blaasjes, werd de oplossing gesoniseerd. Na deze behandeling werd biotine ingesloten in de liposomen.

Liposomale emulsies met ultrasoonbehandeling

Om het verzorgende effect van hydraterende of anti-verouderende crèmes, lotions, gels en andere cosmeceutische formules te versterken, worden emulgatoren toegevoegd aan de liposomale dispersies om grotere hoeveelheden lipiden te stabiliseren. Maar onderzoek heeft aangetoond dat de mogelijkheden van liposomen over het algemeen beperkt zijn. Met de toevoeging van emulgatoren treedt dit effect eerder op en de extra emulgatoren veroorzaken een verzwakking van de barrièreaffiniteit van fosfatidylcholine. Nanodeeltjes – samengesteld uit fosfatidylcholine en lipiden - zijn het antwoord op dit probleem. Deze nanodeeltjes worden gevormd door een oliedruppel die bedekt is met een monolaag van fosfatidylcholine. Het gebruik van nanodeeltjes maakt formules mogelijk die meer lipiden kunnen opnemen en stabiel blijven, zodat er geen extra emulgatoren nodig zijn.
Ultrasoon geluid is een beproefde methode voor de productie van nano-emulsies en nanodispersies. Zeer intensief ultrageluid levert het vermogen dat nodig is om een vloeibare fase (gedispergeerde fase) te dispergeren in kleine druppeltjes in een tweede fase (continue fase). In de dispergerende zone veroorzaken imploderende cavitatiebellen intensieve schokgolven in de omringende vloeistof en resulteren ze in de vorming van vloeistofstralen met een hoge vloeistofsnelheid. Om de nieuw gevormde druppels van de disperse fase te stabiliseren tegen coalescentie, worden emulgatoren (oppervlakteactieve stoffen, oppervlakteactieve stoffen) en stabilisatoren aan de emulsie toegevoegd. Aangezien coalescentie van de druppels na de verstoring de uiteindelijke druppelgrootteverdeling beïnvloedt, worden efficiënt stabiliserende emulgatoren gebruikt om de uiteindelijke druppelgrootteverdeling op een niveau te houden dat gelijk is aan de verdeling onmiddellijk na de druppelverstoring in de ultrasone dispergeerzone.

Liposomale dispersies met ultrasone trillingen

Liposomale dispersies op basis van onverzadigd fosfatidylchloor hebben een gebrek aan stabiliteit tegen oxidatie. De stabilisatie van de dispersie kan worden bereikt door antioxidanten, zoals een complex van vitamine C en E.
 

Liposoomvorming via omgekeerde-fase verdampingsmethode met Sonicatie

 
Ortan et al. (2002) behaalden in hun onderzoek naar de ultrasone bereiding van Anethum graveolens etherische olie in liposomen goede resultaten. Na sonicatie lagen de afmetingen van liposomen tussen 70-150 nm, en voor MLV tussen 230-475 nm; deze waarden waren ook na 2 maanden ongeveer constant, maar namen na 12 maanden af, vooral in de SUV-dispersie (zie histogrammen hieronder). De stabiliteitsmeting, met betrekking tot verlies van etherische olie en de grootteverdeling, toonde ook aan dat liposomale dispersies het gehalte aan vluchtige olie behielden. Dit suggereert dat de insluiting van de etherische olie in liposomen de stabiliteit van de olie verhoogde.

Ortan et al. (2009): Stabiliteit van MLV- en SUV-dispersies na 1 jaar. Liposomale formuleringen werden bewaard bij 4±1 ºC.

Hielscher ultrasone processoren zijn de ideale apparaten voor toepassingen in de cosmetische en farmaceutische industrie. Systemen die bestaan uit meerdere ultrasone processoren van elk maximaal 16.000 watt, bieden de capaciteit die nodig is om deze laboratoriumtoepassing te vertalen naar een efficiënte productiemethode voor het verkrijgen van fijn gedispergeerde emulsies in een continue stroom of in een batch. – resultaten die vergelijkbaar zijn met die van de beste hogedrukhomogenisatoren die tegenwoordig verkrijgbaar zijn, zoals orifice valves. Naast deze hoge efficiëntie in de continue emulgering vereisen Hielscher ultrasone apparaten zeer weinig onderhoud en zijn ze zeer eenvoudig te bedienen en te reinigen. Het ultrasone geluid ondersteunt namelijk het reinigen en spoelen. Het ultrasone vermogen is instelbaar en kan worden aangepast aan specifieke producten en emulsificatievereisten. Er zijn ook speciale doorstroomcelreactoren verkrijgbaar die voldoen aan de geavanceerde CIP (clean-in-place) en SIP (sterilize-in-place) vereisten.

Veelgestelde vragen over liposomen

Welke soorten liposomen worden onderscheiden?

Liposomen worden ingedeeld in verschillende types op basis van hun grootte en het aantal bilagen dat ze bevatten. Deze categorieën omvatten:

• Kleine unilamellaire blaasjes (SUV): Dit zijn de kleinste liposomen met een enkele lipidenbilaag.
• Grote unilamellaire blaasjes (LUV): Deze zijn groter dan SUV's en hebben ook een enkele dubbellaag.
• Multilamellaire deeltjes (MLV): Deze bevatten meerdere concentrische bilagen.
• Multivormige blaasjes (MVV): Deze bestaan uit meerdere kleinere blaasjes binnen een groter blaasje.

 
Andere gespecialiseerde types zijn onder andere:

• PEG-gelatineerde liposomen: Liposomen gemodificeerd met polyethyleenglycol (PEG) om de stabiliteit en circulatietijd te verbeteren.
• Nanoliposomen: Zeer kleine liposomen, meestal gebruikt voor gerichte toediening van geneesmiddelen.

Welke blaasjesstructuren kunnen liposomen vertonen?

Liposomen worden op basis van hun blaasjesstructuur verder onderverdeeld in zeven hoofdtypen:

• Multilamellaire Grote Deeltjes (MLV): Bevatten meerdere bilagen.
• Oligolamellaire deeltjes (OLV): Heb een paar bilayers.
• Kleine unilamellaire blaasjes (SUV): Kleinste met een enkele bilaag.
• Middelgrote unilamellaire blaasjes (MUV): Gemiddelde grootte met een enkele bilaag.
• Grote unilamellaire blaasjes (LUV): Groter met een enkele bilaag.
• Reuze unilamellaire blaasjes (GUV): Zeer groot met een enkele bilaag.
• Multivormige blaasjes (MVV): Meerdere blaasjes in één groot blaasje.

Wat zijn de verschillen tussen liposomen en niosomen?

Liposomen en niosomen verschillen voornamelijk in hun samenstelling:
Liposomen: Gemaakt van fosfolipiden met dubbele keten, die neutraal of geladen kunnen zijn.
Niosomen: Gemaakt van ongeladen oppervlakteactieve stoffen met één keten en cholesterol.
Beide structuren worden gevormd door sonicatie, wat de assemblage van de dubbelgelaagde blaasjes bevordert.

Wat is de ideale grootte van een liposoom?

Voor therapeutische toediening is de ideale grootte van een liposoom theoretisch tussen 50 en 200 nanometer in diameter. Deze grootte optimaliseert de stabiliteit en biologische beschikbaarheid. Sonicatie wordt vaak gebruikt om het blaasje te verkleinen tot de gewenste grootte.

Kunnen liposomen hydrofiele geneesmiddelen vervoeren?

Ja, liposomen kunnen hydrofiele geneesmiddelen vervoeren. Ze worden gewaardeerd in biomedische toepassingen vanwege hun vermogen om zowel hydrofobe als hydrofiele stoffen in te kapselen. Bovendien zijn ze zeer biocompatibel en biologisch afbreekbaar, waardoor ze effectieve afgiftesystemen zijn.

Hoe maak je liposomen?

De meest gebruikte technieken om liposomen te bereiden zijn de dunne-filmmethode en de omgekeerde-faseverdampingsmethode.
Hydratatiemethode met dunne film:

1. Los de lipiden op in een organisch oplosmiddel.
2. Verdamp het oplosmiddel om een dunne lipidelaag te vormen.
3. Hydrateer de film met een waterige oplossing door middel van sonicatie om multilamellaire blaasjes te vormen.

Methode van omgekeerde faseverdamping:

1. Los lipiden op in water en ethanol.
2. Sonificeer de oplossing ongeveer 10 minuten bij 60°C om een lipide pasta te maken.
3. Koel de lipidenslurry af en voeg al roerend druppelsgewijs water of buffer toe.
4. Hydrateer de suspensie gedurende 1 uur om multilamellaire blaasjes te vormen.
5. Verklein de liposoomgrootte door verdere sonicatie.

Wat zijn archeosomen?

Archeosomen zijn liposomen gemaakt van lipiden van archaea, die bekend staan om hun stabiliteit en weerstand tegen extreme omstandigheden. Deze eigenschappen maken archaeosomen bijzonder nuttig voor de toediening van medicijnen en de ontwikkeling van vaccins in moeilijke omgevingen.

Hoe worden archaeosomen bereid?

Sonificatieprocedure volgens Pise (2022): Archeosomen kunnen worden gemaakt van de polaire lipidenfractie “PLF” van Sulfolobussolfataricus door sonicatie bij 60°C zonder de noodzaak voor externe lipidensuppletie. Bij 0°C werden polaire lipiden van Sulfolobusacidocaldarius effectief gesoniseerd om archaeosomen te vormen. Met behulp van sonicatietechnieken werden BMD-geladen archaeosomen en conventionele liposomen gemaakt, evenals archaeale lipiden geïsoleerd uit archaea H. salinarum en verrijkt met fosfatidylcholine. Gesoniseerde blaasjes werden gemaakt voor topische toediening door MLV-dispersies gedurende 4 minuten te sonificeren bij een amplitude van 80 procent met een Hielscher UP50H sonicator van het sonde-type (zie afbeelding links).

Literatuur/referenties