Ultrasone productie van liposomale omega-3-vetzuren
Nanoliposomen zijn zeer effectieve geneesmiddeldragers die worden gebruikt om de biologische beschikbaarheid van bioactieve verbindingen zoals omega-2-vetzuren, vitaminen en andere stoffen te verbeteren. Ultrasone inkapseling van bioactieve verbindingen is een snelle en eenvoudige techniek om nanoliposomen met een hoge geneesmiddelbelading te bereiden. Ultrasone inkapseling in liposomen verbetert de stabiliteit en biologische beschikbaarheid van de verbindingen.
Liposomale omega-3-vetzuren
Omega-3-vetzuren zoals eicosapentaeenzuur (EPA) en docosahexaeenzuur (DHA) spelen een essentiële rol bij het goed verlopen van veel vitale biochemische reacties in het menselijk lichaam. EPA en DHA komen voornamelijk voor in koudwatervissen, kabeljauwlever en schaal- en schelpdieren. Omdat niet iedereen de aanbevolen twee porties vis per week eet, wordt visolie vaak gebruikt in de vorm van voedingssupplementen. Daarnaast worden omega-3-vetzuren zoals EPA en DHA gebruikt als therapeutische middelen voor de behandeling van hart- en vaatziekten en hersenaandoeningen, evenals bij kankertherapie. Om de biologische beschikbaarheid en de opnamesnelheid te verbeteren, wordt ultrasone inkapseling in liposomen veelvuldig en met succes toegepast.
Ultrasone inkapseling van omega-3-vetzuren in liposomen
Ultrasone inkapseling is een betrouwbare bereidingstechniek om liposomen met een hoge belading aan werkzame stoffen te vormen. Ultrasone nano-emulgering verstoort de fosfolipidendubbellagen en voert energie toe om de vorming van bolvormige amfifiele vesikels, bekend als liposomen, te bevorderen.
Met sonicatie kan de liposoomgrootte tijdens het ultrasone bereidingsproces worden geregeld: de liposoomgrootte neemt af naarmate de ultrasone energie toeneemt. Kleinere liposomen bieden een hogere biologische toegankelijkheid en kunnen de vetzuurmoleculen met een hoger succespercentage naar de doellocaties transporteren, omdat de kleinere afmetingen de doorgang door celmembranen vergemakkelijken.
Liposomen staan bekend als krachtige geneesmiddeldragers die dankzij de amfifiele structuur van hun dubbellagen met zowel lipofiele als hydrofiele stoffen kunnen worden beladen. Een ander voordeel van liposomen is dat ze chemisch kunnen worden gemodificeerd door aan lipiden gebonden polymeren in de formulering op te nemen, zodat de opname van ingesloten moleculen in het doelweefsel wordt verbeterd en de geneesmiddelafgifte en daarmee de halfwaardetijd worden verlengd. De liposomale inkapseling beschermt de bioactieve verbindingen ook tegen oxidatieve afbraak, wat een belangrijke factor is voor meervoudig onverzadigde vetzuren zoals EPA en DHA, die gevoelig zijn voor oxidatie.
Hadia et al. (2014) stelden vast dat bij ultrasone inkapseling van DHA en EPA met de sonicator met sonde UP200S een superieure inkapselingsefficiëntie (%EE) werd bereikt, met 56,9 ± 5,2% voor DHA en 38,6 ± 1,8% voor EPA. De %EE voor DHA en EPA in liposomen nam significant toe door toepassing van sonicatie (waarde van p kleiner dan 0,05; statistisch significante waarden).
Ultrasoon bereide liposomen beladen met de vetzuren DHA en EPA.
Onderzoek en afbeelding: Hadian et al. 2014
Vergelijking van de efficiëntie: ultrasone inkapseling versus liposoomextrusie
Vergeleken met sonicatie in een ultrasoonbad en de extrusietechniek levert ultrasone inkapseling met een sonde een superieure liposoomvorming op.
Hadia et al. (2014) vergeleken sonicatie met een sonde (UP200S), sonicatie in een ultrasoonbad en extrusie als technieken voor de bereiding van liposomen met omega-3-visolie. Liposomen die door sonicatie met een sonde werden bereid, waren bolvormig en behielden een hoge structurele integriteit. De studie concludeerde dat sonicatie van vooraf gevormde liposomen met een sonde de bereiding van sterk beladen liposomen met DHA en EPA vergemakkelijkt. Door sonicatie met een sonde werden de omega-3-vetzuren DHA en EPA ingekapseld in het nanoliposomale membraan. De inkapseling maakt de omega-3-vetzuren in hoge mate biologisch beschikbaar en beschermt ze tegen oxidatieve afbraak.
Belangrijke factoren voor liposomen van hoge kwaliteit
Na de bereiding van liposomen spelen stabilisatie en opslag van liposomale formuleringen een cruciale rol bij het verkrijgen van een langdurig stabiele en zeer krachtige dragerformulering.
Kritische factoren die de stabiliteit van liposomen beïnvloeden, zijn onder meer de pH-waarde, de opslagtemperatuur en de materialen van de opslagverpakking.
Voor een uiteindelijke formulering wordt een pH-waarde van ongeveer 6,5 als ideaal beschouwd, omdat bij pH 6,5 de snelheid van lipidenhydrolyse tot het laagste niveau wordt teruggebracht.
Omdat liposomen kunnen oxideren en hun belading aan ingesloten stoffen kunnen verliezen, wordt een opslagtemperatuur van ongeveer 2–8 °C aanbevolen. Beladen liposomen mogen niet worden blootgesteld aan bevriezing en ontdooiing, omdat de belasting door bevriezen en ontdooien het weglekken van ingekapselde bioactieve verbindingen bevordert.
Opslagverpakkingen en hun sluitingen moeten zorgvuldig worden geselecteerd, omdat liposomen niet compatibel zijn met bepaalde kunststoffen. Om afbraak van liposomen te voorkomen, moeten injecteerbare liposoomsuspensies worden opgeslagen in glazen ampullen in plaats van in injectieflacons met een stop. De compatibiliteit met de elastomeerstoppen van injectieflacons moet worden getest. Om foto-oxidatie van de lipidencomposieten te voorkomen, is opslag met bescherming tegen licht, bijvoorbeeld in een donkere glazen fles op een donkere plaats, zeer belangrijk. Voor liposomale formuleringen die via een infuus worden toegediend, moet de compatibiliteit van de liposoomsuspensies met intraveneuze slangen (gemaakt van synthetische kunststof) worden gewaarborgd. De opslagvoorschriften en materiaalcompatibiliteit moeten op het etiket van de liposomale formulering worden vermeld. [vgl. Kulkarni en Shaw, 2016]
Na de vorming van een lipidenfilm en de daaropvolgende rehydratatie wordt sonicatie gebruikt om de insluiting van werkzame bestanddelen in het liposoom te bevorderen. Daarnaast wordt met sonicatie de gewenste liposoomgrootte bereikt.
Sonicatoren met hoge prestaties voor liposomale formuleringen
Hielscher sonicatoren zijn betrouwbare apparaten die bij de productie van geneesmiddelen en supplementen worden gebruikt om hoogwaardige liposomen te formuleren die zijn beladen met vetzuren, vitaminen, antioxidanten, peptiden, polyfenolen en andere bioactieve verbindingen. Om aan de eisen van zijn klanten te voldoen, levert Hielscher sonicatoren variërend van de compacte in de hand te houden laboratoriumhomogenisator en tafelmodelsonicatoren tot volledig industriële ultrasone systemen voor de productie van grote volumes liposomale formuleringen. Ultrasone formulering van liposomen kan als batchproces of als continu inlineproces worden uitgevoerd. Er is een breed assortiment ultrasone sonotroden (sondes) en reactorvaten beschikbaar om een optimale opstelling voor uw liposoomproductie te garanderen. Dankzij hun robuustheid kunnen Hielscher sonicatoren 24/7 worden gebruikt onder zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | hoger | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Krachtige ultrasone homogenisatoren voor gebruik op laboratoriumschaal tot op pilotschaal en op industriële schaal.
Literatuur / referenties
- 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.
- Zahra Hadian (2016): A Review of Nanoliposomal Delivery System for Stabilization of Bioactive Omega-3 Fatty Acids. Electron Physician. 2016 Jan; 8(1): 1776–1785.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, PharmDa, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
- Vitthal S. Kulkarni., Charles Shaw (2016): Formulating Creams, Gels, Lotions, and Suspensions. In: Essential Chemistry for Formulators of Semisolid and Liquid Dosages, 2016. 29-41.
Wetenswaardigheden
Wat zijn liposomen?
Een liposoom is een bolvormig vesikel met ten minste één lipidendubbellaag. Liposomen staan bekend als uitstekende geneesmiddeldragers en worden gebruikt als transportmiddel om voedingsstoffen, supplementen en geneesmiddelen in het doelweefsel af te leveren.
Liposomen worden doorgaans gemaakt van fosfolipiden, met name fosfatidylcholine, maar kunnen ook andere lipiden bevatten, zoals fosfatidylethanolamine uit eieren, zolang deze compatibel zijn met de structuur van de lipidendubbellaag.
Een liposoom bestaat uit een waterige kern die wordt omgeven door een hydrofoob membraan in de vorm van een lipidendubbellaag; hydrofiele stoffen die in de kern zijn opgelost, zijn ingesloten en kunnen niet gemakkelijk door de dubbellaag heen. Hydrofobe moleculen kunnen in de dubbellaag worden opgeslagen. Een liposoom kan dus worden beladen met hydrofobe en/of hydrofiele moleculen. Om de moleculen naar een doellocatie te brengen, kan de lipidendubbellaag versmelten met andere dubbellagen, zoals het celmembraan, waardoor de stoffen die in het liposoom zijn ingekapseld in de cellen worden afgeleverd.
Omdat het bloed van zoogdieren op waterbasis is, transporteren liposomen de hydrofobe stof efficiënt door het lichaam naar de doelcellen. Liposomen worden daarom gebruikt om de biologische beschikbaarheid van in water onoplosbare moleculen te verhogen (bijvoorbeeld CBD, curcumine en geneesmiddelmoleculen).
Liposomen worden met succes bereid door ultrasone nano-emulgering en inkapseling.
Structuur van een liposoom: waterige kern en fosfolipidendubbellaag met hydrofiele koppen en hydrofobe/lipofiele staarten.
Omega-3-vetzuren
Omega-3-vetzuren (ω-3) en omega-6-vetzuren (ω-6) zijn beide meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA’s) en dragen bij aan talrijke functies in het menselijk lichaam. Vooral omega-3-vetzuren staan bekend om hun ontstekingsremmende en gezondheidsbevorderende eigenschappen.
Eicosapentaeenzuur of EPA (20:5n-3) fungeert als precursor voor prostaglandine-3 (dat de aggregatie van bloedplaatjes remt), tromboxaan-3 en leukotrieen-5-eicosanoïden en speelt een cruciale rol voor de gezondheid van hart, bloedvaten en hersenen.
Docosahexaeenzuur of DHA (22:6n-3) is een belangrijke structurele component van het centrale zenuwstelsel van zoogdieren. DHA is het meest voorkomende omega-3-vetzuur in de hersenen en het netvlies, en beide organen, de hersenen en het netvlies, zijn voor hun goede werking afhankelijk van de inname van DHA via de voeding. DHA ondersteunt een breed scala aan eigenschappen van celmembranen en celsignalering, met name in de grijze stof van de hersenen en in de buitenste segmenten van de fotoreceptorcellen van het netvlies, die rijk zijn aan membranen.
Voedingsbronnen van omega-3-vetzuren
Enkele voedingsbronnen van ω-3 zijn vis (bijvoorbeeld koudwatervissen zoals zalm, sardines en makreel), levertraan, schaal- en schelpdieren, kaviaar, zeealgen, zeewierolie, lijnzaad (vlaszaad), hennepzaad, chiazaad en walnoten.
Het standaard westerse voedingspatroon bevat doorgaans grote hoeveelheden omega-6-vetzuren (ω-6), omdat voedingsmiddelen zoals granen, plantaardige zaadoliën, gevogelte en eieren rijk zijn aan omega-6-lipiden. Daarentegen worden omega-3-vetzuren (ω-3), die voornamelijk in koudwatervissen voorkomen, in aanzienlijk kleinere hoeveelheden geconsumeerd, waardoor de verhouding omega-3:omega-6 vaak volledig uit balans is.
Daarom wordt het gebruik van voedingssupplementen met omega-3 vaak aanbevolen door artsen en zorgverleners.
Essentiële vetzuren
Essentiële vetzuren (EFA’s) zijn vetzuren die mensen en dieren via de voeding moeten innemen, omdat het lichaam ze nodig heeft voor het goed functioneren van vitale processen, maar ze niet zelf kan synthetiseren. In het algemeen zijn essentiële vetzuren en hun derivaten van cruciaal belang voor de hersenen en het zenuwstelsel en vertegenwoordigen ze 15%–30% van het drooggewicht van de hersenen. Essentiële vetzuren worden onderverdeeld in verzadigde, onverzadigde en meervoudig onverzadigde vetzuren. Voor mensen zijn slechts twee vetzuren bekend als essentieel, namelijk alfa-linoleenzuur, een omega-3-vetzuur, en linolzuur, een omega-6-vetzuur. Er zijn enkele andere vetzuren die als “voorwaardelijk essentieel” kunnen worden geclassificeerd, wat betekent dat ze essentieel kunnen worden onder bepaalde ontwikkelings- of ziekteomstandigheden; voorbeelden zijn docosahexaeenzuur, een omega-3-vetzuur, en gamma-linoleenzuur, een omega-6-vetzuur.