Ultradźwiękowa produkcja liposomalnych kwasów tłuszczowych omega-3
Nanoliposomy są wysoce skutecznymi nośnikami leków stosowanymi w celu zwiększenia biodostępności związków bioaktywnych, takich jak kwasy tłuszczowe omega-2, witaminy i inne substancje. Ultradźwiękowa enkapsulacja związków bioaktywnych jest szybką i prostą techniką przygotowywania nanoliposomów o wysokiej zawartości leków. Ultradźwiękowa enkapsulacja w liposomach zwiększa stabilność i biodostępność tych związków.
Liposomalne kwasy tłuszczowe omega-3
Kwasy tłuszczowe omega-3, takie jak kwas eikozapentaenowy (EPA) i kwas dokozaheksaenowy (DHA), odgrywają kluczową rolę w prawidłowym przebiegu wielu niezbędnych do życia reakcji biochemicznych w organizmie człowieka. EPA i DHA występują głównie w rybach zimnowodnych, wątrobie dorsza oraz skorupiakach i mięczakach. Ponieważ nie wszyscy spożywają zalecane dwie porcje ryb tygodniowo, olej rybi jest często stosowany w postaci suplementów diety. Ponadto kwasy tłuszczowe omega-3, takie jak EPA i DHA, są stosowane jako środki terapeutyczne w leczeniu chorób układu sercowo-naczyniowego i mózgu, a także w terapii nowotworów. Ultradźwiękowa enkapsulacja w liposomach jest szeroko i z powodzeniem stosowaną techniką poprawy biodostępności oraz szybkości wchłaniania.
Ultradźwiękowa enkapsulacja kwasów tłuszczowych omega-3 w liposomach
Ultradźwiękowa enkapsulacja jest niezawodną techniką przygotowywania liposomów o wysokiej zawartości substancji czynnych. Ultradźwiękowe nanoemulgowanie rozrywa dwuwarstwy fosfolipidowe i dostarcza energii sprzyjającej tworzeniu kulistych pęcherzyków amfifilowych, zwanych liposomami.
Sonikacja umożliwia kontrolowanie rozmiaru liposomów podczas procesu przygotowywania ich za pomocą ultradźwięków: rozmiar liposomów zmniejsza się wraz ze wzrostem energii ultradźwiękowej. Mniejsze liposomy zapewniają większą biodostępność na etapie uwalniania i mogą skuteczniej transportować cząsteczki kwasów tłuszczowych do miejsc docelowych, ponieważ mniejszy rozmiar ułatwia przenikanie przez błony komórkowe.
Liposomy są znane jako skuteczne nośniki leków, które dzięki amfifilowej strukturze swoich dwuwarstw można wypełniać zarówno substancjami lipofilowymi, jak i hydrofilowymi. Kolejną zaletą liposomów jest możliwość ich chemicznej modyfikacji poprzez włączenie do formulacji polimerów związanych z lipidami, co poprawia pobieranie zamkniętych w nich cząsteczek przez tkankę docelową oraz wydłuża uwalnianie leku, a tym samym jego okres półtrwania. Enkapsulacja liposomalna chroni związki bioaktywne również przed degradacją oksydacyjną, co jest istotne w przypadku wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, takich jak EPA i DHA, które są podatne na utlenianie.
Hadia i wsp. (2014) stwierdzili, że ultradźwiękowa enkapsulacja DHA i EPA z użyciem sonikatora sondowego UP200S zapewniła wyższą wydajność enkapsulacji (%EE), wynoszącą 56,9 ± 5,2% dla DHA i 38,6 ± 1,8% dla EPA. Wartość %EE dla DHA i EPA w liposomach znacznie wzrosła przy zastosowaniu sonikacji (wartość p mniejsza niż 0,05; wartości istotne statystycznie).
Liposomy przygotowane za pomocą ultradźwięków, zawierające kwasy tłuszczowe DHA i EPA.
Badanie i zdjęcie: Hadian i wsp. 2014
Porównanie wydajności: enkapsulacja ultradźwiękowa a ekstruzja liposomów
Porównanie enkapsulacji ultradźwiękowej z użyciem sondy z sonikacją w łaźni i techniką ekstruzji wykazuje, że sonikacja sondowa zapewnia lepsze tworzenie liposomów.
Hadia i wsp. (2014) porównali sonikację sondową (UP200S), sonikację w łaźni i ekstruzję jako techniki przygotowywania liposomów zawierających olej rybi bogaty w omega-3. Liposomy przygotowane za pomocą sonikacji sondowej miały kulisty kształt i zachowywały wysoką integralność strukturalną. W badaniu stwierdzono, że sonikacja sondowa wcześniej utworzonych liposomów ułatwia przygotowywanie liposomów o wysokiej zawartości DHA i EPA. Za pomocą sonikacji sondowej kwasy tłuszczowe omega-3 DHA i EPA zostały zamknięte w błonie nanoliposomalnej. Enkapsulacja zapewnia wysoką biodostępność kwasów tłuszczowych omega-3 i chroni je przed degradacją oksydacyjną.
Istotne czynniki zapewniające wysoką jakość liposomów
Po przygotowaniu liposomów stabilizacja i przechowywanie formulacji liposomalnych odgrywają kluczową rolę w uzyskaniu formulacji nośnikowej o długotrwałej stabilności i wysokiej skuteczności.
Do kluczowych czynników wpływających na stabilność liposomów należą wartość pH, temperatura przechowywania i materiały pojemników do przechowywania.
W przypadku gotowej formulacji wartość pH wynosząca około 6,5 jest uznawana za idealną, ponieważ przy pH 6,5 szybkość hydrolizy lipidów jest najniższa.
Ponieważ liposomy mogą ulegać utlenianiu i tracić zawarte w nich substancje, zaleca się temperaturę przechowywania wynoszącą około 2–8 °C. Liposomów zawierających substancje nie wolno poddawać zamrażaniu i rozmrażaniu, ponieważ obciążenia wywołane zamrażaniem i rozmrażaniem sprzyjają wyciekowi zamkniętych w nich związków bioaktywnych.
Pojemniki do przechowywania oraz ich zamknięcia należy starannie dobierać, ponieważ liposomy nie są kompatybilne z niektórymi tworzywami sztucznymi. Aby zapobiec degradacji liposomów, zawiesiny liposomów przeznaczone do wstrzykiwania należy przechowywać w szklanych ampułkach zamiast w fiolkach do wstrzykiwań zamykanych korkami. Należy zbadać kompatybilność z elastomerowymi korkami fiolek do wstrzykiwań. Aby uniknąć fotoutleniania kompozytów lipidowych, bardzo ważne jest przechowywanie ich z ochroną przed światłem, np. w butelce z ciemnego szkła i w ciemnym miejscu. W przypadku formulacji liposomalnych przeznaczonych do infuzji należy zapewnić kompatybilność zawiesin liposomów z przewodami do podawania dożylnego (wykonanymi z syntetycznego tworzywa sztucznego). Warunki przechowywania i kompatybilność materiałową należy określić na etykiecie formulacji liposomalnej. [por. Kulkarni i Shaw, 2016]
Po utworzeniu filmu lipidowego i jego późniejszym ponownym uwodnieniu stosuje się sonikację, aby wspomóc zamykanie substancji czynnych w liposomie. Ponadto sonikacja pozwala uzyskać pożądany rozmiar liposomów.
Sonikatory o wysokiej wydajności do formulacji liposomalnych
Sonikatory Hielscher są niezawodnymi urządzeniami stosowanymi w produkcji farmaceutyków i suplementów do przygotowywania wysokiej jakości liposomów zawierających kwasy tłuszczowe, witaminy, przeciwutleniacze, peptydy, polifenole i inne związki bioaktywne. 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 wsadowym lub jako ciągły proces w linii. Dostępna jest szeroka gama sonotrod ultradźwiękowych (sond) i zbiorników reaktorowych, umożliwiająca optymalne skonfigurowanie układu do produkcji liposomów. Wytrzymałość sonikatorów Hielscher umożliwia pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość wsadu | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Homogenizatory ultradźwiękowe o dużej mocy – od laboratoryjnej po pilotażową i przemysłową skalę.
Literatura / źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Czym są liposomy?
Liposom jest kulistym pęcherzykiem zawierającym co najmniej jedną dwuwarstwę lipidową. Liposomy są znane jako doskonałe nośniki leków i są stosowane do dostarczania składników odżywczych, suplementów i leków farmaceutycznych do tkanki docelowej.
Liposomy są zwykle wytwarzane z fosfolipidów, zwłaszcza fosfatydylocholiny, ale mogą również zawierać inne lipidy, takie jak fosfatydyloetanoloamina z jaj, o ile są one kompatybilne ze strukturą dwuwarstwy lipidowej.
Liposom składa się z wodnego rdzenia otoczonego hydrofobową błoną w postaci dwuwarstwy lipidowej; hydrofilowe substancje rozpuszczone w rdzeniu są w nim zamknięte i nie mogą łatwo przenikać przez dwuwarstwę. Cząsteczki hydrofobowe mogą być przechowywane w dwuwarstwie. Liposom może zatem zawierać cząsteczki hydrofobowe i/lub hydrofilowe. Aby dostarczyć cząsteczki do miejsca docelowego, dwuwarstwa lipidowa może łączyć się z innymi dwuwarstwami, takimi jak błona komórkowa, dostarczając w ten sposób substancje zamknięte w liposomie do komórek.
Ponieważ krew ssaków jest środowiskiem wodnym, liposomy skutecznie transportują substancję hydrofobową przez organizm do komórek docelowych. Liposomy są zatem stosowane w celu zwiększenia biodostępności cząsteczek nierozpuszczalnych w wodzie (np. CBD, kurkuminy, cząsteczek leków).
Liposomy są z powodzeniem przygotowywane za pomocą ultradźwiękowego nanoemulgowania i enkapsulacji.
Struktura liposomu: wodny rdzeń i dwuwarstwa fosfolipidowa z hydrofilowymi głowami oraz hydrofobowymi/lipofilowymi ogonami.
Kwasy tłuszczowe omega-3
Kwasy tłuszczowe omega-3 (ω-3) i omega-6 (ω-6) są wielonienasyconymi kwasami tłuszczowymi (PUFA) i uczestniczą w licznych funkcjach organizmu człowieka. Szczególnie kwasy tłuszczowe omega-3 są znane ze swoich właściwości przeciwzapalnych i prozdrowotnych.
Kwas eikozapentaenowy, czyli EPA (20:5n-3), jest prekursorem eikozanoidów: prostaglandyny-3 (która hamuje agregację płytek krwi), tromboksanu-3 i leukotrienu-5 oraz odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia układu sercowo-naczyniowego i mózgu.
Kwas dokozaheksaenowy, czyli DHA (22:6n-3), jest głównym składnikiem strukturalnym ośrodkowego układu nerwowego ssaków. DHA jest najliczniej występującym kwasem tłuszczowym omega−3 w mózgu i siatkówce, a oba te narządy wymagają dostarczania DHA z dietą, aby prawidłowo funkcjonować. DHA wspiera szeroki zakres właściwości błon komórkowych i sygnalizacji komórkowej, zwłaszcza w istocie szarej mózgu oraz w bogatych w błony segmentach zewnętrznych komórek fotoreceptorowych siatkówki.
Źródła kwasów tłuszczowych omega-3 w żywności
Do źródeł ω-3 w żywności należą ryby (np. ryby zimnowodne, takie jak łosoś, sardynki i makrela), olej z wątroby dorsza, skorupiaki i mięczaki, kawior, algi morskie, olej z wodorostów, nasiona lnu (siemię lniane), nasiona konopi, nasiona chia i orzechy włoskie.
Standardowa dieta zachodnia zwykle zawiera duże ilości kwasów tłuszczowych omega-6 (ω-6), ponieważ produkty takie jak zboża, oleje z nasion roślin, drób i jaja są bogate w lipidy omega-6. Z kolei kwasy tłuszczowe omega-3 (ω-3), występujące głównie w rybach zimnowodnych, są spożywane w znacznie mniejszych ilościach, przez co stosunek omega-3:omega-6 jest często całkowicie niezrównoważony.
Dlatego lekarze i inni pracownicy ochrony zdrowia często zalecają stosowanie suplementów diety zawierających omega-3.
Niezbędne kwasy tłuszczowe
Niezbędne kwasy tłuszczowe (EFA) to kwasy tłuszczowe, które ludzie i zwierzęta muszą przyjmować z pożywieniem, ponieważ organizm potrzebuje ich do prawidłowego przebiegu funkcji życiowych, ale nie potrafi ich syntetyzować. Ogólnie niezbędne kwasy tłuszczowe i ich pochodne mają kluczowe znaczenie dla mózgu i układu nerwowego, stanowiąc 15%–30% suchej masy mózgu. Niezbędne kwasy tłuszczowe dzieli się na nasycone, nienasycone i wielonienasycone. U ludzi za niezbędne uznaje się tylko dwa kwasy tłuszczowe: kwas alfa-linolenowy, który jest kwasem tłuszczowym omega-3, oraz kwas linolowy, który jest kwasem tłuszczowym omega-6. Istnieją również inne kwasy tłuszczowe, które można sklasyfikować jako „warunkowo niezbędne”, co oznacza, że mogą stać się niezbędne w określonych warunkach rozwojowych lub chorobowych; przykłady obejmują kwas dokozaheksaenowy, który jest kwasem tłuszczowym omega-3, oraz kwas gamma-linolenowy, będący kwasem tłuszczowym omega-6.