Moléculas bioativas encapsuladas em lipossomas com ultrassons

A ultrassonicação é reconhecida pela sua elevada eficiência na preparação de formulações lipossomais. As formulações lipossomais típicas encapsulam vitamina C, CBD, curcumina, quercitin, astaxantina, péptidos e muitos outros compostos bioativos através de ultrassonicação. A encapsulação em lipossomas por ultrassons é uma técnica simples, rápida e eficaz que permite produzir vesículas estáveis com elevada carga. Os nutrientes encapsulados por ultrassons destacam-se pela sua biodisponibilidade superior.

Visão geral: encapsulação lipossomal de compostos bioativos por sonicação

A encapsulação ultrassónica oferece um método altamente eficiente e controlável para incorporar compostos bioativos em lipossomas, melhorando a sua estabilidade, biodisponibilidade e desempenho funcional. A cavitação acústica gerada por ultrassons de alta intensidade promove a hidratação rápida dos lípidos, a redução do tamanho das vesículas e a dispersão uniforme, permitindo a formação de lipossomas pequenos e homogéneos com distribuições de tamanho estreitas. Esta técnica facilita uma elevada eficiência de encapsulação tanto de compostos hidrofílicos como lipofílicos, minimizando a necessidade de solventes orgânicos ou de condições de processamento agressivas. Além disso, o processamento ultrassónico permite um controlo preciso do tamanho das partículas e da lamelaridade, parâmetros fundamentais para otimizar a libertação controlada, a captação celular e a estabilidade a longo prazo de compostos bioativos sensíveis em aplicações farmacêuticas, nutracêuticas e cosméticas.

O que são lipossomas e quais são os seus benefícios?

Os lipossomas são vesículas constituídas por um núcleo aquoso envolvido por uma ou mais bicamadas fosfolipídicas. Como os lipossomas possuem um núcleo aquoso rodeado por uma camada lipídica e um invólucro externo hidrofílico, são solúveis em água e podem transportar compostos hidrossolúveis e lipossolúveis nos respetivos compartimentos da vesícula. Isto torna os lipossomas um sistema de veiculação altamente eficaz para moléculas terapeuticamente ativas. Os lipossomas formam-se através da rutura de membranas biológicas, um processo promovido e intensificado pela ultrassonicação. Os lipossomas são geralmente compostos por fosfolípidos, especialmente fosfatidilcolina, mas podem também incluir outros lípidos, como a fosfatidiletanolamina do ovo, desde que sejam compatíveis com a estrutura da bicamada lipídica. Os lipossomas formam-se espontaneamente quando os fosfolípidos são hidratados. Na primeira etapa – a fase de hidratação – utiliza-se a sonicação para nanoemulsionar os lípidos e a fase aquosa, de modo a promover a formação de vesículas multilamelares (MLVs) com elevada carga. Posteriormente, pode utilizar-se a sonicação para reduzir o tamanho dos lipossomas, se necessário. Para obter vesículas de menor tamanho, aplica-se a sonicação para dispersar e reduzir o tamanho dos lipossomas, obtendo vesículas unilamelares grandes (LUVs) monodispersas ou vesículas unilamelares pequenas (SUVs).
A técnica ultrassónica de formação de lipossomas e de redução do seu tamanho é fiável, rápida, eficiente, fácil e segura. Os lipossomas produzidos apresentam uma elevada carga de substâncias bioativas, elevada estabilidade e biodisponibilidade superior.

Porque é que os banhos de limpeza ultrassónica não são capazes de produzir lipossomas de alta qualidade?

A produção de lipossomas requer um dispositivo ultrassónico capaz de fornecer energia suficiente para criar partículas uniformes de tamanho nanométrico. Os lipossomas preparados em casa com um aparelho de limpeza ultrassónica de joias são habitualmente, em geral, ineficazes, uma vez que os lipossomas preparados não apresentam o tamanho nanométrico necessário nem encapsulam os nutrientes bioativos de forma eficaz e estável a longo prazo. Para preparar lipossomas de alta qualidade, um sonicador de sonda é a tecnologia preferida, uma vez que a sonda (sonotrodo) pode transmitir ao meio a energia acústica intensa necessária para a formação de lipossomas eficazes com elevada carga. Em geral, os lipossomas produzidos com uma sonda ultrassónica apresentam uma distribuição de tamanho das partículas de 100–500nm, que é ideal para cargas elevadas e biodisponibilidade superior.
A utilização de um reator ultrassónico com célula de fluxo permite preparar os lipossomas num ambiente sem oxigénio para evitar a degradação oxidativa.
Os sonicadores de sonda fornecem a energia necessária para produzir lipossomas de alta qualidade que são:

Após a formação de um filme lipídico e a subsequente reidratação, utiliza-se a sonicação para promover a retenção dos ingredientes ativos nos lipossomas. Além disso, a sonicação permite obter o tamanho de lipossoma pretendido.

Moléculas encapsuladas em lipossomas com ultrassons

A lista abaixo indica as substâncias que já foram encapsuladas com sucesso em formulações lipossomais através da preparação ultrassónica.

• antioxidantes como glutationa, vitamina C, vitaminas B metiladas, resveratrol, CoQ10, etc.
• compostos fenólicos: flavonoides como fisetina, quercitin, proantocianidinas oligoméricas (OPC); saponinas como astralgaloside; alcaloides
• minerais como quelatos de magnésio (p. ex., treonato de magnésio, orotato de magnésio), zinco, cobre, etc.
• terpenos como astaxantina, limoneno, pineno, humuleno, linalol, beta-cariofileno, fitol, geraniol, terpinoleno, etc.
• lípidos como os ácidos gordos ómega-3 EPA e DHA; dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPPC), etc.
• aminoácidos como creatina, glicina, 5-HTP (5-hidroxitriptofano), fenilalanina, L-teanina, GABA (ácido gama-aminobutírico), taurina, N-acetilcisteína (NAC), L-tirosina, etc.
• péptidos, p. ex., oxitocina, colagénio, péptidos GLP-1 etc.
• polissacáridos como ácido hialurónico, polissacáridos de cogumelos, etc.
• canabinoides como CBD, CBG, THC
• nootrópicos, fármacos para melhorar o desempenho intelectual e potenciadores cognitivos, que podem incluir as substâncias acima mencionadas, bem como outras moléculas

A formulação lipossomal de moléculas bioativas melhorada por nanotecnologia oferece uma taxa de absorção mais elevada, biodisponibilidade superior e pode permitir que as substâncias atravessem a barreira hematoencefálica.
Os sistemas alternativos de veiculação de fármacos à base de lípidos incluem nanoemulsões e transportadores coloidais à base de lípidos, como nanopartículas lipídicas sólidas (SLN) e transportadores lipídicos nanoestruturados (NLC). Todos eles, nanoemulsões, SLNs e NLCs, podem ser formados e carregados de forma fiável sob sonicação.
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Escolha o seu método preferido de formação de lipossomas

A sonicação é amplamente utilizada em vários métodos de preparação e processamento de lipossomas, uma vez que contribui tanto para a formação dos lipossomas como para o controlo do pós-processamento. Pode ser aplicada durante a formação direta de lipossomas, dispersando lecitina (fosfolípidos) numa fase aquosa para promover a formação rápida de vesículas, e é também frequentemente utilizada em técnicas estabelecidas, como a evaporação em fase inversa e a hidratação de filme fino, para melhorar a dispersão dos lípidos e acelerar a formação de vesículas. Para além da preparação inicial, a sonicação é frequentemente utilizada para carregar lipossomas pré-formados (vazios) através de sonoporação, permitindo a incorporação eficiente de compostos bioativos, e é uma ferramenta padrão para a redução do tamanho dos lipossomas, produzindo vesículas mais pequenas e uniformes com distribuições de tamanho mais estreitas, para melhorar a estabilidade e o desempenho de veiculação.
Saiba mais sobre os vários métodos de produção de lipossomas assistidos por ultrassons:

• Formação ultrassónica de lipossomas com lecitina
• Método ultrassónico de evaporação em fase inversa
• Hidratação ultrassónica de filme fino

Fatores que influenciam a qualidade dos lipossomas

A qualidade dos lipossomas é determinada pela uniformidade do tamanho das partículas e da lamelaridade, pela eficiência de retenção (%EE) / carga de encapsulação e pela estabilidade. O método de preparação, as condições de processamento, as matérias-primas e o armazenamento são fatores importantes que contribuem para a qualidade e, consequentemente, para a potência das formulações lipossomais. A imagem SEM à esquerda mostra os lipossomas preparados por ultrassons, carregados com os ácidos gordos DHA e EPA, utilizando um sonicador Hielscher UP200S (estudo e imagem: Hadian et al. 2014).
A preparação ultrassónica de lipossomas é uma técnica fiável que proporciona partículas lipossomais de tamanho pequeno e uniforme, com uma elevada carga de moléculas bioativas. Os parâmetros do processo ultrassónico (como amplitude, energia total, tempo, pulsação, temperatura e pressão) são ajustáveis com precisão. Como técnica de processamento não térmico, o princípio de funcionamento da sonicação baseia-se em cisalhamento puramente mecânico. O aumento de temperatura no líquido sonicado explica-se pela segunda lei da termodinâmica, que estabelece que qualquer energia aplicada acaba por ser convertida em calor. Para manter uma temperatura baixa e estável do meio lipossomal, a Hielscher Ultrasonics fornece soluções de arrefecimento sofisticadas, como banhos de gelo, bem como reatores e células de fluxo com camisas de arrefecimento. Os resultados da produção ultrassónica de lipossomas são reprodutíveis, o que é importante para um processo normalizado e uma qualidade do produto continuamente elevada.
Os fosfolípidos de alta qualidade com uma elevada percentagem de fosfatidilcolina e fosfatidiletanolamina proporcionam um invólucro lipossomal estável que impede a fuga de nutrientes. Um invólucro fosfolipídico resistente também protege os nutrientes encapsulados contra a degradação oxidativa e térmica. Por conseguinte, é essencial uma proporção equilibrada entre fosfolípidos, fase aquosa e nutrientes encapsulados (moléculas bioativas).

Sonicadores de alto desempenho para a produção de lipossomas

Os sistemas da Hielscher Ultrasonics são máquinas fiáveis utilizadas na produção farmacêutica e de suplementos para formular lipossomas de alta qualidade carregados com vitaminas, antioxidantes, flavonoides, péptidos, polifenóis e outros compostos bioativos / nutrientes. Para satisfazer as exigências dos seus clientes, a Hielscher fornece sonicadores que vão desde o homogeneizador de laboratório compacto e de mão e os sonicadores de bancada até aos sistemas ultrassónicos totalmente industriais para a produção de grandes volumes de formulações lipossomais. A formulação ultrassónica de lipossomas pode ser realizada em modo descontínuo ou como processo contínuo em linha, utilizando um reator ultrassónico de fluxo contínuo. Está disponível uma vasta gama de sonotrodos ultrassónicos (sondas) e recipientes de reator para assegurar uma configuração ideal para a sua produção de lipossomas. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em regime intensivo e em ambientes exigentes.
O controlo preciso de todos os parâmetros importantes do processo, como amplitude, pressão, temperatura e tempo de sonicação, torna o processo ultrassónico fiável e reprodutível. A Hielscher Ultrasonics conhece a importância de uma qualidade do produto continuamente elevada e apoia os fabricantes de suplementos e produtos terapêuticos na implementação da normalização dos processos e das GMP (Boas Práticas de Fabrico), através de software inteligente e registo automático de dados. Os nossos homogeneizadores ultrassónicos digitais registam automaticamente todos os parâmetros do processo ultrassónico num cartão SD integrado. Os ecrãs táteis digitais e o controlo remoto através do navegador permitem a monitorização contínua do processo e o ajuste preciso dos parâmetros do processo sempre que necessário. Isto facilita significativamente a monitorização do processo e o controlo de qualidade.
A tabela abaixo indica a capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: