Ultradźwiękowy preparat liposomowy

Produkowane ultradźwiękowo liposomy wykazują bardzo wysoką skuteczność uwięzienia, wysoką ładowność i równomiernie mały rozmiar sferyczny. W ten sposób liposomy ultradźwiękowe oferują doskonałą biodostępność. Hielscher Ultrasonics oferuje ultrasonografy do niezawodnej produkcji liposomów klasy farmaceutycznej w trybie wsadowym i ciągłym.

Zalety ultradźwiękowej produkcji liposomów

Ultradźwiękowa enkapsulacja liposomów jest techniką stosowaną do enkapsulacji leków lub innych środków terapeutycznych w liposomach przy użyciu energii ultradźwiękowej. W porównaniu z innymi metodami enkapsulacji liposomów, enkapsulacja ultradźwiękowa ma kilka zalet, które sprawiają, że jest to najlepsza technika produkcji.

• Wysokie obciążenie, wysoka skuteczność pochłaniania: Ultradźwiękowa produkcja liposomów jest dobrze znana z produkcji liposomów o wysokim obciążeniu składnikami aktywnymi, np. witaminą C, cząsteczkami leków itp. Jednocześnie metoda sonikacji wykazuje wysoką skuteczność uwięzienia. Oznacza to, że wysoki procent substancji czynnej jest kapsułkowany przez ultradźwięki. Podsumowując, sprawia to, że ultradźwięki są wysoce wydajną metodą produkcji liposomów.
• Jednolicie małe liposomy: Jedną z zalet ultradźwiękowej enkapsulacji liposomów jest jej zdolność do wytwarzania wysoce jednorodnych liposomów o wąskim rozkładzie wielkości. Energia ultradźwiękowa może być wykorzystywana do rozbijania większych liposomów lub agregatów lipidowych na mniejsze, bardziej jednolite liposomy. Prowadzi to do większej spójności rozmiaru i kształtu liposomów, co może być ważne dla zastosowań związanych z dostarczaniem leków, w których rozmiar cząstek może wpływać na ich farmakokinetykę i skuteczność.
• Ma zastosowanie do wszystkich cząsteczek: Kolejną zaletą ultradźwiękowej enkapsulacji liposomów jest jej zdolność do enkapsulacji szerokiej gamy leków i innych środków terapeutycznych. Technika ta może być stosowana do enkapsulacji zarówno leków hydrofilowych, jak i hydrofobowych, co może być trudne do wykonania innymi metodami. Dodatkowo, energia ultradźwiękowa może być wykorzystywana do enkapsulacji makrocząsteczek i nanocząsteczek, które mogą być zbyt duże, aby można je było enkapsulować innymi metodami.
• Szybki i niezawodny: Ultradźwiękowa enkapsulacja liposomów jest również stosunkowo prostym i szybkim procesem. Nie wymaga stosowania agresywnych chemikaliów ani wysokich temperatur, które mogą być szkodliwe dla kapsułkowanych środków terapeutycznych.
• Zwiększanie skali: Dodatkowo, technika ta może być łatwo skalowana do produkcji na dużą skalę, co czyni ją opłacalną opcją do zastosowań związanych z dostarczaniem leków.

Podsumowując, ultradźwiękowa enkapsulacja liposomów jest doskonałą techniką enkapsulacji liposomów ze względu na jej zdolność do wytwarzania jednorodnych liposomów o wąskim rozkładzie wielkości, enkapsulacji szerokiej gamy środków terapeutycznych oraz jej prostoty i skalowalności.

Po utworzeniu filmu lipidowego, a następnie nawodnieniu, stosuje się sonikację w celu promowania uwięzienia składników aktywnych w liposomie. Dodatkowo, sonikacja osiąga pożądany rozmiar liposomu.

Ultradźwiękowy preparat liposomowy dla farmaceutyków i kosmetyków

Liposomy (pęcherzyki na bazie lipidów), transferosomy (ultradeformowalne liposomy), etosomy (ultradeformowalne pęcherzyki o wysokiej zawartości alkoholu) i niosomy (syntetyczne pęcherzyki) to mikroskopijne pęcherzyki, które można sztucznie przygotować jako kuliste nośniki, w których można zamknąć aktywne cząsteczki. Pęcherzyki te o średnicy od 25 do 5000 nm są często stosowane jako nośniki leków w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym, takie jak doustne lub miejscowe podawanie leków, genoterapia i immunizacja. Ultradźwięki to naukowo sprawdzona metoda wysoce wydajnej produkcji liposomów. Ultradźwięki firmy Hielscher wytwarzają liposomy o wysokiej zawartości składników aktywnych i doskonałej biodostępności.

Liposomy i formulacja liposomalna

Liposomy są jednokomórkowymi, oligolamelarnymi lub wielokomórkowymi układami pęcherzykowymi i składają się z tego samego materiału co błona komórkowa (dwuwarstwa lipidowa). Ze względu na skład i rozmiar, liposomy rozróżnia się w następujący sposób:

• pęcherzyki wielokomórkowe (MLV, 0,1-10 μm)
• małe pęcherzyki jednokomórkowe (SUV), <100 nm)
• duże pęcherzyki jednokomórkowe (LUV, 100-500 nm)
• olbrzymie pęcherzyki jednokomórkowe (GUV, ≥1 μm)

Główna struktura liposomów składa się z fosfolipidów. Fosfolipidy mają hydrofilową grupę głowową i hydrofobową grupę ogonową, która składa się z długiego łańcucha węglowodorowego.
Błona liposomów ma bardzo podobny skład do bariery skórnej, dzięki czemu można je łatwo zintegrować z ludzką skórą. Gdy liposomy łączą się ze skórą, mogą rozładować uwięzione środki bezpośrednio do miejsca przeznaczenia, gdzie substancje czynne mogą spełniać swoje funkcje. W ten sposób liposomy zwiększają przenikalność / przepuszczalność skóry dla uwięzionych środków farmaceutycznych i kosmetycznych. Również liposomy bez kapsułkowanych środków, puste pęcherzyki, są silnymi substancjami czynnymi dla skóry, ponieważ fosfatydylocholina zawiera dwa niezbędne składniki, których organizm ludzki nie jest w stanie sam wytworzyć: kwas linolowy i cholinę.
Liposomy są stosowane jako biokompatybilne nośniki leków, peptydów, białek, plazmidowego DNA, antysensownych oligonukleotydów lub rybozymów do celów farmaceutycznych, kosmetycznych i biochemicznych. Ogromna wszechstronność w zakresie wielkości cząstek i parametrów fizycznych lipidów zapewnia atrakcyjny potencjał do konstruowania nośników dostosowanych do szerokiego zakresu zastosowań. (Ulrich 2002)

Ultradźwiękowe tworzenie liposomów

Liposomy mogą być formowane za pomocą ultradźwięków. Podstawowym materiałem do przygotowania liposomów są cząsteczki amfilowe pochodzące lub oparte na lipidach błon biologicznych. W celu utworzenia małych pęcherzyków jednokomórkowych (SUV), dyspersja lipidów jest delikatnie sonikowana – np. za pomocą ręcznego urządzenia ultradźwiękowego UP50H (50 W, 30 kHz), VialTweeter lub reaktora ultradźwiękowego CupHorn. – w kąpieli lodowej. Czas trwania takiej obróbki ultradźwiękowej wynosi ok. 5 - 15 minut. Inną metodą wytwarzania małych pęcherzyków jednokomórkowych jest sonikacja liposomów pęcherzyków wielokomórkowych.
Dinu-Pirvu i wsp. (2010) donoszą o uzyskaniu transferosomów poprzez sonikację MLV w temperaturze pokojowej.
Hielscher Ultrasonics oferuje różne urządzenia ultradźwiękowe, sonotrody i akcesoria, dzięki czemu może zapewnić najbardziej odpowiednią konfigurację ultradźwiękową dla wysoce wydajnej enkapsulacji liposomów w dowolnej skali.

Ultradźwiękowe kapsułkowanie substancji czynnych w liposomach

Liposomy działają jako nośniki składników aktywnych, takich jak witaminy, cząsteczki terapeutyczne, peptydy itp. Ultradźwięki są skutecznym narzędziem do przygotowywania i formowania liposomów w celu uwięzienia substancji czynnych. Jednocześnie sonikacja wspomaga proces enkapsulacji i uwięzienia, dzięki czemu wytwarzane są liposomy o wysokim obciążeniu składnikami aktywnymi. Przed enkapsulacją liposomy mają tendencję do tworzenia klastrów z powodu interakcji ładunku powierzchniowego z polarnymi głowicami fosfolipidów (por. Míckova et al. 2008), ponadto muszą zostać otwarte. Na przykład Zhu i wsp. (2003) opisują enkapsulację proszku biotyny w liposomach za pomocą ultradźwięków. Gdy proszek biotyny został dodany do roztworu zawiesiny pęcherzyków, roztwór został poddany działaniu ultradźwięków. Po tym zabiegu biotyna została uwięziona w liposomach.

Emulsje liposomalne z ultradźwiękami

Aby wzmocnić pielęgnujące działanie nawilżających lub przeciwstarzeniowych kremów, balsamów, żeli i innych preparatów kosmeceutycznych, do dyspersji liposomalnych dodaje się emulgator w celu stabilizacji większych ilości lipidów. Badania wykazały jednak, że możliwości liposomów są na ogół ograniczone. Po dodaniu emulgatorów efekt ten pojawia się wcześniej, a dodatkowe emulgatory powodują osłabienie powinowactwa barierowego fosfatydylocholiny. Nanocząsteczki – składające się z fosfatydylocholiny i lipidów - są odpowiedzią na ten problem. Nanocząsteczki te są tworzone przez kroplę oleju, która jest pokryta monowarstwą fosfatydylocholiny. Zastosowanie nanocząsteczek pozwala na tworzenie preparatów, które są w stanie wchłonąć więcej lipidów i pozostają stabilne, dzięki czemu dodatkowe emulgatory nie są potrzebne.
Ultradźwięki to sprawdzona metoda produkcji nanoemulsji i nanodyspersji. Wysoce intensywne ultradźwięki dostarczają mocy potrzebnej do rozproszenia fazy ciekłej (faza rozproszona) w małych kropelkach w drugiej fazie (faza ciągła). W strefie rozpraszania implodujące pęcherzyki kawitacyjne powodują intensywne fale uderzeniowe w otaczającej cieczy i powodują powstawanie strumieni cieczy o dużej prędkości. Aby ustabilizować nowo utworzone krople fazy rozproszonej przed koalescencją, do emulsji dodawane są emulgatory (substancje powierzchniowo czynne) i stabilizatory. Ponieważ koalescencja kropel po rozbiciu wpływa na końcowy rozkład wielkości kropel, skutecznie stabilizujące emulgatory są stosowane w celu utrzymania końcowego rozkładu wielkości kropel na poziomie równym rozkładowi bezpośrednio po rozbiciu kropel w strefie dyspergowania ultradźwiękowego.

Dyspersje liposomalne przy użyciu ultradźwięków

Dyspersje liposomalne, które są oparte na nienasyconej fosfatydylochlorynie, nie mają stabilności przed utlenianiem. Stabilizację dyspersji można osiągnąć za pomocą przeciwutleniaczy, takich jak kompleks witamin C i E.
 

Tworzenie liposomów za pomocą metody odwrotnego odparowania fazy z wykorzystaniem sonikacji

 
Ortan et al. (2002) osiągnęli w swoich badaniach dotyczących ultradźwiękowego przygotowania olejku eterycznego Anethum graveolens w liposomach dobre wyniki. Po sonikacji wymiary liposomów wynosiły 70-150 nm, a dla MLV 230-475 nm; wartości te były w przybliżeniu stałe również po 2 miesiącach, ale wzrosły po 12 miesiącach, zwłaszcza w dyspersji SUV (patrz histogramy poniżej). Pomiar stabilności, dotyczący utraty olejku eterycznego i rozkładu wielkości, wykazał również, że dyspersje liposomalne utrzymywały zawartość olejku lotnego. Sugeruje to, że uwięzienie olejku eterycznego w liposomach zwiększyło stabilność olejku.

Ortan et al. (2009): Stabilność dyspersji MLV i SUV po 1 roku. Preparaty liposomalne przechowywano w temperaturze 4±1 ºC.

Procesory ultradźwiękowe Hielscher są idealnymi urządzeniami do zastosowań w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. Systemy składające się z kilku procesorów ultradźwiękowych o mocy do 16 000 watów każdy, zapewniają wydajność potrzebną do przełożenia tej aplikacji laboratoryjnej na wydajną metodę produkcji w celu uzyskania drobno zdyspergowanych emulsji w przepływie ciągłym lub w partii. – osiągając wyniki porównywalne z najlepszymi obecnie dostępnymi homogenizatorami wysokociśnieniowymi, takimi jak zawory kryzowe. Oprócz wysokiej wydajności w ciągłej emulgacji, urządzenia ultradźwiękowe Hielscher wymagają bardzo niewielkiej konserwacji i są bardzo łatwe w obsłudze i czyszczeniu. Ultradźwięki faktycznie wspomagają czyszczenie i płukanie. Moc ultradźwięków jest regulowana i może być dostosowana do konkretnych produktów i wymagań emulgowania. Dostępne są również specjalne reaktory przepływowe spełniające zaawansowane wymagania CIP (czyszczenie na miejscu) i SIP (sterylizacja na miejscu).

Często zadawane pytania dotyczące liposomów

Jakie rodzaje liposomów są rozróżniane?

Liposomy są podzielone na różne typy w zależności od ich wielkości i liczby zawartych w nich dwuwarstw. Kategorie te obejmują:

• Małe pęcherzyki jednokomórkowe (SUV): Są to najmniejsze liposomy z pojedynczą dwuwarstwą lipidową.
• Duże pęcherzyki jednokomórkowe (LUV): Większe niż SUV-y, również mają pojedynczą dwuwarstwową powłokę.
• Pęcherzyki wielokomórkowe (MLV): Zawierają one wiele koncentrycznych dwuwarstw.
• Pęcherzyki wielopęcherzykowe (MVV): Składają się one z wielu mniejszych pęcherzyków wewnątrz większego pęcherzyka.

 
Inne wyspecjalizowane typy obejmują:

• Liposomy PEGylowane: Liposomy modyfikowane glikolem polietylenowym (PEG) w celu zwiększenia stabilności i czasu krążenia.
• Nanoliposomy: Bardzo małe liposomy, zwykle używane do ukierunkowanego dostarczania leków.

Jakie struktury pęcherzyków mogą wykazywać liposomy?

Liposomy są dalej kategoryzowane w oparciu o ich strukturę pęcherzykową na siedem głównych typów:

• Duże pęcherzyki wielokomórkowe (MLV): Zawierają wiele dwuwarstw.
• Pęcherzyki oligolamelarne (OLV): Posiadają kilka warstw.
• Małe pęcherzyki jednokomórkowe (SUV): Najmniejszy z pojedynczą dwuwarstwą.
• Średniej wielkości pęcherzyki jednokomórkowe (MUV): Rozmiar pośredni z pojedynczą dwuwarstwą.
• Duże pęcherzyki jednokomórkowe (LUV): Większy z pojedynczą dwuwarstwą.
• Olbrzymie pęcherzyki jednokomórkowe (GUV): Bardzo duży z pojedynczą dwuwarstwą.
• Pęcherzyki wielopęcherzykowe (MVV): Wiele pęcherzyków w jednym dużym pęcherzyku.

Jakie są różnice między liposomami a niosomami?

Liposomy i niosomy różnią się głównie składem:
Liposomy: Wykonane z dwułańcuchowych fosfolipidów, które mogą być obojętne lub naładowane.
Niosomy: Wykonany z nienaładowanych jednołańcuchowych środków powierzchniowo czynnych i cholesterolu.
Obie struktury są formowane poprzez sonikację, która promuje montaż dwuwarstwowych pęcherzyków.

Jaki jest idealny rozmiar liposomu?

Idealny rozmiar liposomu do celów terapeutycznych wynosi teoretycznie od 50 do 200 nanometrów średnicy. Ten zakres wielkości optymalizuje stabilność i biodostępność. Sonikacja jest powszechnie stosowana w celu zmniejszenia pęcherzyków do pożądanego rozmiaru.

Czy liposomy mogą przenosić leki hydrofilowe?

Tak, liposomy mogą przenosić leki hydrofilowe. Są one cenione w zastosowaniach biomedycznych ze względu na ich zdolność do enkapsulacji zarówno czynników hydrofobowych, jak i hydrofilowych. Ponadto oferują wysoką biokompatybilność i biodegradowalność, co czyni je skutecznymi systemami dostarczania leków.

Jak wytwarzać liposomy?

Najpopularniejszymi technikami przygotowania liposomów są metoda cienkowarstwowa i metoda odwrotnego odparowania fazy.
Metoda nawilżania cienkowarstwowego:

1. Rozpuścić lipidy w rozpuszczalniku organicznym.
2. Odparować rozpuszczalnik, aby utworzyć cienką warstwę lipidową.
3. Uwodnić folię roztworem wodnym za pomocą sonikacji w celu utworzenia pęcherzyków wielowarstwowych.

Metoda odparowania w fazie odwróconej:

1. Rozpuścić lipidy w wodzie i etanolu.
2. Sonikacja roztworu w temperaturze 60°C przez około 10 minut w celu utworzenia pasty lipidowej.
3. Schłodzić zawiesinę lipidów i mieszając dodawać kroplami wodę lub bufor.
4. Uwodnić zawiesinę przez 1 godzinę w celu utworzenia pęcherzyków wielokomórkowych.
5. Zmniejszyć rozmiar liposomu poprzez dalszą sonikację.

Czym są archeosomy?

Archeosomy to liposomy wykonane z lipidów archeonów, które są znane ze swojej stabilności i odporności na ekstremalne warunki. Właściwości te sprawiają, że archeosomy są szczególnie przydatne do dostarczania leków i opracowywania szczepionek w trudnych warunkach.

Jak przygotowywane są archeosomy?

Procedura sonikacji według Pise (2022): Archeosomy mogą być wytwarzane z polarnej frakcji lipidowej “PLF” Sulfolobusolfataricus przez sonikację w 60°C bez potrzeby zewnętrznego uzupełniania lipidów. W temperaturze 0°C polarne lipidy z Sulfolobusacidocaldarius były skutecznie sonikowane w celu utworzenia archeosomów. Archeosomy obciążone BMD i konwencjonalne liposomy, a także lipidy archeologiczne wyizolowane z Archaea H. salinarum i wzbogacone fosfatydylocholiną, zostały wykonane przy użyciu technik sonikacji. Sonikowane pęcherzyki zostały stworzone do miejscowego dostarczania przez sonikowanie dyspersji MLV przy 80-procentowej amplitudzie przez 4 minuty przy użyciu sonikatora typu Hielscher UP50H (patrz zdjęcie po lewej).

Literatura/Referencje