Ultradźwiękowa enkapsulacja cząsteczek bioaktywnych w liposomach

Sonikacja jest znana z wysokiej skuteczności w przygotowywaniu formulacji liposomalnych. W typowych formulacjach liposomalnych za pomocą sonikacji enkapsuluje się witaminę C, CBD, kurkuminę, quercitin, astaksantynę, peptydy i wiele innych związków bioaktywnych. Ultradźwiękowa enkapsulacja w liposomach jest prostą, szybką i skuteczną techniką, która umożliwia wytwarzanie stabilnych pęcherzyków o wysokim stopniu załadowania. Składniki odżywcze enkapsulowane ultradźwiękowo wyróżniają się wyższą biodostępnością.

Przegląd: enkapsulacja związków bioaktywnych w liposomach za pomocą sonikacji

Enkapsulacja ultradźwiękowa stanowi wysoce wydajną i możliwą do kontrolowania metodę wprowadzania związków bioaktywnych do liposomów, zwiększając ich stabilność, biodostępność i właściwości funkcjonalne. Kawitacja akustyczna wytwarzana przez ultradźwięki o wysokiej intensywności sprzyja szybkiej hydratacji lipidów, zmniejszaniu rozmiaru pęcherzyków i równomiernemu rozpraszaniu, umożliwiając tworzenie małych, jednorodnych liposomów o wąskich rozkładach wielkości. Technika ta ułatwia osiągnięcie wysokiej wydajności enkapsulacji zarówno związków hydrofilowych, jak i lipofilowych, jednocześnie minimalizując potrzebę stosowania rozpuszczalników organicznych lub agresywnych warunków przetwarzania. Ponadto przetwarzanie ultradźwiękowe umożliwia precyzyjną kontrolę wielkości cząstek i liczby warstw, które są kluczowymi parametrami przy optymalizacji kontrolowanego uwalniania, wychwytu komórkowego i długotrwałej stabilności wrażliwych substancji bioaktywnych w zastosowaniach farmaceutycznych, nutraceutycznych i kosmetycznych.

Czym są liposomy i jakie są ich zalety?

Liposomy to pęcherzyki złożone z wodnego rdzenia otoczonego jedną lub kilkoma dwuwarstwami fosfolipidowymi. Ponieważ liposomy mają wodny rdzeń otoczony warstwą lipidową oraz hydrofilową otoczkę zewnętrzną, są rozpuszczalne w wodzie i mogą transportować związki rozpuszczalne w wodzie oraz w tłuszczach w odpowiednich przedziałach pęcherzyka. Dzięki temu liposomy stanowią wysoce skuteczny system dostarczania cząsteczek aktywnych terapeutycznie. Liposomy powstają w wyniku rozbijania błon biologicznych, a sonikacja wspomaga i intensyfikuje ten proces. Liposomy najczęściej składają się z fosfolipidów, zwłaszcza fosfatydylocholiny, ale mogą również zawierać inne lipidy, takie jak fosfatydyloetanoloamina z jaj, o ile są one zgodne ze strukturą dwuwarstwy lipidowej. Liposomy tworzą się spontanicznie podczas hydratacji fosfolipidów. W pierwszym etapie – fazie hydratacji – sonikację stosuje się do nanoemulgowania lipidów i fazy wodnej, aby wspomagać tworzenie pęcherzyków wielowarstwowych o wysokim stopniu załadowania (MLV). Następnie, w razie potrzeby, sonikację można wykorzystać do zmniejszenia rozmiaru liposomów. Aby uzyskać mniejsze pęcherzyki, sonikację stosuje się do rozpraszania i zmniejszania rozmiaru liposomów w celu uzyskania monodyspersyjnych dużych pęcherzyków jednowarstwowych (LUV) lub małych pęcherzyków jednowarstwowych (SUV).
Ultradźwiękowa technika tworzenia liposomów i zmniejszania ich rozmiaru jest niezawodna, szybka, wydajna, łatwa i bezpieczna. Wytworzone liposomy charakteryzują się wysoką zawartością substancji bioaktywnych, wysoką stabilnością i wyższą biodostępnością.

Dlaczego ultradźwiękowe kąpiele czyszczące nie są w stanie wytwarzać liposomów wysokiej jakości?

Produkcja liposomów wymaga urządzenia ultradźwiękowego, które może dostarczyć wystarczającą ilość energii do wytworzenia jednorodnych cząstek o rozmiarach nanometrycznych. Liposomy przygotowywane w warunkach domowych przy użyciu ultradźwiękowej myjki do biżuterii są zazwyczaj nieskuteczne, ponieważ otrzymane liposomy ani nie mają wymaganego rozmiaru nanometrycznego, ani nie enkapsulują bioaktywnych składników odżywczych w sposób skuteczny i zapewniający długotrwałą stabilność. Do przygotowywania liposomów wysokiej jakości preferowaną technologią jest sonikator z sondą, ponieważ sonda (sonotroda) może przekazywać do medium intensywną energię akustyczną wymaganą do tworzenia skutecznych liposomów o wysokim stopniu załadowania. Zasadniczo liposomy wytwarzane za pomocą sondy ultradźwiękowej mają rozkład wielkości cząstek w zakresie 100–500nm, który jest optymalny dla wysokiego stopnia załadowania i wyższej biodostępności.
Zastosowanie ultradźwiękowego reaktora z komorą przepływową umożliwia przygotowywanie liposomów w środowisku beztlenowym, aby zapobiec degradacji oksydacyjnej.
Sonikatory z sondą dostarczają energię wymaganą do wytwarzania liposomów wysokiej jakości, które są:

Po utworzeniu filmu lipidowego i jego późniejszej rehydratacji stosuje się sonikację, aby wspomagać zamykanie składników aktywnych w liposomach. Ponadto sonikacja pozwala uzyskać pożądany rozmiar liposomów.

Ultradźwiękowa enkapsulacja cząsteczek w liposomach

Poniższa lista wskazuje, które substancje zostały już z powodzeniem enkapsulowane w formulacjach liposomalnych przy użyciu ultradźwiękowej metody przygotowywania.

• przeciwutleniacze, takie jak glutation, witamina C, metylowane witaminy z grupy B, resweratrol, CoQ10 itp.
• związki fenolowe: flawonoidy, takie jak fisetyna, quercitin, oligomeryczne proantocyjanidyny (OPC); saponiny, takie jak astralgaloside; alkaloidy
• składniki mineralne, takie jak chelaty magnezu (np. treonian magnezu, orotan magnezu), cynk, miedź itp.
• terpeny, takie jak astaksantyna, limonen, pinen, humulen, linalol, beta-kariofilen, fitol, geraniol, terpinolen itp.
• lipidy, takie jak kwasy tłuszczowe omega-3 EPA i DHA; dipalmitoilofosfatydylocholina (DPPC) itp.
• aminokwasy, takie jak kreatyna, glicyna, 5-HTP (5-hydroksytryptofan), fenyloalanina, L-teanina, GABA (kwas gamma-aminomasłowy), tauryna, N-acetylocysteina (NAC), L-tyrozyna itp.
• peptydy, np. oksytocyna, kolagen, peptydy GLP-1 itp.
• polisacharydy, takie jak kwas hialuronowy, polisacharydy grzybowe itp.
• kannabinoidy, takie jak CBD, CBG, THC
• substancje nootropowe, leki poprawiające sprawność umysłową i środki wspomagające funkcje poznawcze, które mogą obejmować substancje wymienione powyżej, a także inne cząsteczki

Formulacja liposomalna cząsteczek bioaktywnych udoskonalona dzięki zastosowaniu nanotechnologii zapewnia wyższy stopień wchłaniania, wyższą biodostępność i może umożliwiać substancjom przekraczanie bariery krew–mózg.
Alternatywnymi systemami dostarczania leków opartymi na lipidach są nanoemulsje i lipidowe nośniki koloidalne, takie jak stałe nanocząstki lipidowe (SLN) oraz nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC). Wszystkie te systemy – nanoemulsje, SLN i NLC – można niezawodnie tworzyć i załadowywać podczas sonikacji.
Dowiedz się więcej o Aloe Vera ekstrahowanym ultradźwiękowo i poddawanym nanoenkapsulacji!

Wybierz preferowaną metodę tworzenia liposomów

Sonikacja jest szeroko stosowana w wielu metodach przygotowywania i przetwarzania liposomów, ponieważ wspomaga zarówno tworzenie liposomów, jak i kontrolę ich właściwości po przygotowaniu. Można ją stosować podczas bezpośredniego tworzenia liposomów poprzez rozpraszanie lecytyny (fosfolipidów) w fazie wodnej, aby wspomagać szybkie powstawanie pęcherzyków. Jest również powszechnie wykorzystywana w uznanych technikach, takich jak odparowanie w fazie odwróconej i hydratacja cienkiego filmu, w celu poprawy rozproszenia lipidów i przyspieszenia tworzenia pęcherzyków. Poza początkowym przygotowywaniem sonikacja jest często wykorzystywana do załadowywania wcześniej utworzonych (pustych) liposomów poprzez sonoporację, umożliwiając wydajne wprowadzanie związków bioaktywnych. Jest także standardowym narzędziem do zmniejszania rozmiaru liposomów, pozwalającym uzyskać mniejsze, bardziej jednorodne pęcherzyki o węższych rozkładach wielkości, co poprawia stabilność i skuteczność dostarczania substancji.
Dowiedz się więcej o różnych metodach produkcji liposomów wspomaganych ultradźwiękami:

• Ultradźwiękowe tworzenie liposomów z użyciem lecytyny
• Ultradźwiękowa metoda odparowania w fazie odwróconej
• Ultradźwiękowa hydratacja cienkiego filmu

Czynniki wpływające na jakość liposomów

Jakość liposomów zależy od jednorodności wielkości cząstek i liczby warstw, wydajności zamykania substancji (%EE) / stopnia załadowania substancją enkapsulowaną oraz stabilności. Metoda przygotowywania, warunki przetwarzania, surowce i przechowywanie to ważne czynniki wpływające na jakość, a tym samym skuteczność formulacji liposomalnych. Obraz SEM po lewej stronie przedstawia liposomy załadowane kwasami tłuszczowymi DHA i EPA, przygotowane ultradźwiękowo przy użyciu sonikatora Hielscher UP200S (badanie i zdjęcie: Hadian i wsp. 2014).
Ultradźwiękowe przygotowywanie liposomów jest niezawodną techniką, która pozwala uzyskać małe cząstki liposomalne o jednorodnej wielkości i wysokim stopniu załadowania cząsteczkami bioaktywnymi. Parametry procesu ultradźwiękowego (takie jak amplituda, całkowita energia, czas, pulsacja, temperatura, ciśnienie) można precyzyjnie regulować. Jako nietermiczna technika przetwarzania sonikacja opiera się na czysto mechanicznym ścinaniu. Wzrost temperatury cieczy poddawanej sonikacji wyjaśnia druga zasada termodynamiki, zgodnie z którą każda dostarczona energia ostatecznie zostaje przekształcona w ciepło. Aby utrzymać stabilną, niską temperaturę medium liposomalnego, Hielscher Ultrasonics oferuje zaawansowane rozwiązania chłodzące, takie jak kąpiele lodowe oraz reaktory i komory przepływowe z płaszczami chłodzącymi. Wyniki ultradźwiękowej produkcji liposomów są powtarzalne, co jest ważne dla standaryzacji procesu i utrzymania stale wysokiej jakości produktu.
Wysokiej jakości fosfolipidy o dużej zawartości procentowej fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanoloaminy zapewniają stabilną otoczkę liposomu, która zapobiega wyciekowi składników odżywczych. Wytrzymała otoczka fosfolipidowa chroni również enkapsulowane składniki odżywcze przed degradacją oksydacyjną i termiczną. Dlatego niezbędne są zrównoważone proporcje fosfolipidów, fazy wodnej i enkapsulowanych składników odżywczych (cząsteczek bioaktywnych).

Wysokowydajne sonikatory do produkcji liposomów

Systemy Hielscher Ultrasonics to niezawodne urządzenia wykorzystywane w produkcji farmaceutycznej i produkcji suplementów do przygotowywania wysokiej jakości liposomów załadowanych witaminami, przeciwutleniaczami, flawonoidami, peptydami, polifenolami oraz innymi związkami bioaktywnymi / składnikami odżywczymi. Aby sprostać wymaganiom klientów, Hielscher dostarcza sonikatory – od kompaktowego, ręcznego homogenizatora laboratoryjnego i sonikatorów stołowych po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe do produkcji dużych ilości formulacji liposomalnych. Ultradźwiękowe przygotowywanie formulacji liposomalnych można prowadzić w trybie okresowym lub jako ciągły proces w linii, wykorzystując ultradźwiękowy reaktor przepływowy. Dostępna jest szeroka gama sonotrod ultradźwiękowych (sond) i naczyń reaktorowych, umożliwiająca zapewnienie optymalnej konfiguracji do produkcji liposomów. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher pozwala na pracę 24/7 pod dużym obciążeniem i w wymagających warunkach.
Precyzyjna kontrola wszystkich ważnych parametrów procesu, takich jak amplituda, ciśnienie, temperatura i czas sonikacji, sprawia, że proces ultradźwiękowy jest niezawodny i powtarzalny. Hielscher Ultrasonics rozumie znaczenie stale wysokiej jakości produktu i wspiera producentów suplementów oraz środków terapeutycznych we wdrażaniu standaryzacji procesów i GMP (Dobrej Praktyki Wytwarzania) dzięki inteligentnemu oprogramowaniu i automatycznemu rejestrowaniu danych. Nasze cyfrowe homogenizatory ultradźwiękowe automatycznie zapisują wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego na wbudowanej karcie SD. Cyfrowe wyświetlacze dotykowe i zdalne sterowanie przez przeglądarkę umożliwiają ciągłe monitorowanie procesu oraz precyzyjną regulację jego parametrów w razie potrzeby. Znacznie ułatwia to monitorowanie procesu i kontrolę jakości.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: