preparação de lipossomas por ultra-sons

Os lipossomas produzidos por ultra-sons apresentam uma eficiência de aprisionamento muito elevada, uma elevada capacidade de carga e um tamanho esférico uniformemente pequeno. Assim, os lipossomas ultra-sónicos oferecem uma excelente biodisponibilidade. Hielscher Ultrasonics oferece ultrasonicators para a produção confiável de lipossomas de grau farmacêutico em lote e modo contínuo.

Vantagens da produção de lipossomas por ultra-sons

O encapsulamento ultrassónico de lipossomas é uma técnica utilizada para encapsular fármacos ou outros agentes terapêuticos em lipossomas utilizando energia ultra-sónica. Quando comparado com outros métodos de encapsulamento de lipossomas, o encapsulamento ultrassónico tem várias vantagens que o tornam a técnica de produção superior.

• Alta carga, alta eficiência de aprisionamento: A produção de lipossomas por ultra-sons é bem conhecida por produzir lipossomas com uma elevada carga de ingredientes activos, por exemplo, vitamina C, moléculas de fármacos, etc. Ao mesmo tempo, o método de sonicação mostra uma elevada eficiência de aprisionamento. Isto significa que uma elevada percentagem da substância ativa é encapsulada por ultra-sons. Em conclusão, isso faz ultrasonication um método altamente eficiente para a produção de lipossomas.
• Lipossomas uniformemente pequenos: Uma vantagem do encapsulamento ultrassónico de lipossomas é a sua capacidade de produzir lipossomas altamente uniformes com uma distribuição de tamanho estreita. A energia ultra-sónica pode ser utilizada para dividir lipossomas maiores ou agregados lipídicos em lipossomas mais pequenos e mais uniformes. Isto leva a uma maior consistência no tamanho e na forma dos lipossomas, o que pode ser importante para aplicações de administração de medicamentos em que o tamanho das partículas pode ter impacto na sua farmacocinética e eficácia.
• Aplicável a todas as moléculas: Outra vantagem do encapsulamento de lipossomas por ultra-sons é a sua capacidade de encapsular uma vasta gama de fármacos e outros agentes terapêuticos. A técnica pode ser utilizada para encapsular tanto fármacos hidrofílicos como hidrofóbicos, o que pode ser difícil de fazer com outros métodos. Além disso, a energia ultra-sónica pode ser utilizada para encapsular macromoléculas e nanopartículas, que podem ser demasiado grandes para serem encapsuladas com outros métodos.
• Rápido e fiável: O encapsulamento ultrassónico de lipossomas é também um processo relativamente simples e rápido. Não requer a utilização de produtos químicos agressivos ou temperaturas elevadas, que podem ser prejudiciais para os agentes terapêuticos que estão a ser encapsulados.
• Aumento de escala: Além disso, a técnica pode ser facilmente ampliada para produção em grande escala, o que a torna uma opção económica para aplicações de administração de medicamentos.

Em resumo, o encapsulamento de lipossomas por ultra-sons é uma técnica superior para o encapsulamento de lipossomas devido à sua capacidade de produzir lipossomas uniformes com uma distribuição de tamanho estreita, encapsular uma vasta gama de agentes terapêuticos e a sua simplicidade e escalabilidade.

Após a formação de uma película lipídica e subsequente reidratação, a sonicação é utilizada para promover o aprisionamento de ingredientes activos no lipossoma. Além disso, a sonicação permite obter o tamanho de lipossoma desejado.

Preparação de lipossomas por ultra-sons para produtos farmacêuticos e cosméticos

Os lipossomas (vesículas à base de lípidos), os transferossomas (lipossomas ultradeformáveis), os etossomas (vesículas ultradeformáveis com elevado teor de álcool) e os niosomas (vesículas sintéticas) são vesículas microscópicas que podem ser preparadas artificialmente como transportadores globulares nos quais podem ser encapsuladas moléculas activas. Estas vesículas com diâmetros entre 25 e 5000 nm são frequentemente utilizadas como transportadores de fármacos na indústria farmacêutica e cosmética, como a administração oral ou tópica de fármacos, a geneterapia e a imunização. Ultrasonication é um método cientificamente comprovado para a produção de lipossomas altamente eficiente. Hielscher ultrasonicators produzir lipossomas com altas cargas de ingredientes ativos e biodisponibilidade superior.

Lipossomas e formulação lipossomal

Os lipossomas são sistemas vesiculares unilamelares, oligolamelares ou multilamelares e são compostos pelo mesmo material que a membrana celular (bicamada lipídica). Relativamente à sua composição e tamanho, os lipossomas são diferenciados da seguinte forma

• vesículas multi-lamelares (MLV, 0,1-10μm)
• pequenas vesículas unilamelares (SUV, <100 nm)
• grandes vesículas unilamelares (LUV, 100-500 nm)
• vesículas unilamelares gigantes (GUV, ≥1 μm)

A estrutura principal dos lipossomas é constituída por fosfolípidos. Os fosfolípidos têm um grupo de cabeça hidrofílico e um grupo de cauda hidrofóbico, que consiste numa longa cadeia de hidrocarbonetos.
A membrana dos lipossomas tem uma composição muito semelhante à da barreira cutânea, pelo que podem ser facilmente integrados na pele humana. À medida que os lipossomas se fundem com a pele, podem descarregar os agentes aprisionados diretamente para o destino, onde os activos podem cumprir as suas funções. Assim, os lipossomas criam um aumento da penetrabilidade/permeabilidade cutânea para os agentes farmacêuticos e cosméticos aprisionados. Também os lipossomas sem agentes encapsulados, as vesículas vazias, são activos potentes para a pele, uma vez que a fosfatidilcolina incorpora dois elementos essenciais que o organismo humano não consegue produzir por si só: o ácido linoleico e a colina.
Os lipossomas são utilizados como transportadores biocompatíveis de fármacos, péptidos, proteínas, ADN plasmático, oligonucleótidos anti-sentido ou ribozimas, para fins farmacêuticos, cosméticos e bioquímicos. A enorme versatilidade do tamanho das partículas e dos parâmetros físicos dos lípidos proporciona um potencial atrativo para a construção de veículos feitos à medida para uma vasta gama de aplicações. (Ulrich 2002)

Formação de lipossomas por ultra-sons

Os lipossomas podem ser formados através da utilização de ultra-sons. O material básico para a preparação de lipossomas são moléculas anfílicas derivadas ou baseadas em lípidos de membrana biológica. Para a formação de pequenas vesículas unilamelares (SUV), a dispersão lipídica é sonicada suavemente – Por exemplo, com o dispositivo ultrassónico portátil UP50H (50W, 30kHz), o VialTweeter ou o reator ultrassónico CupHorn – num banho de gelo. A duração deste tratamento ultrassónico é de cerca de 5 a 15 minutos. Outro método para produzir pequenas vesículas unilamelares é a sonicação dos lipossomas de vesículas multi-lamelares.
Dinu-Pirvu et al. (2010) relata a obtenção de transferossomas por sonicação de VLMs à temperatura ambiente.
Hielscher Ultrasonics oferece vários dispositivos ultra-sônicos, sonotrodes e acessórios e pode, assim, fornecer a configuração ultra-sônica mais adequada para um encapsulamento de lipossomas altamente eficiente em qualquer escala.

Encapsulamento ultrassónico de substâncias activas em lipossomas

Os lipossomas funcionam como transportadores de ingredientes activos, tais como vitaminas, moléculas terapêuticas, péptidos, etc. Os ultra-sons são uma ferramenta eficaz para preparar e formar lipossomas para o aprisionamento de agentes activos. Simultaneamente, a sonicação auxilia o processo de encapsulamento e aprisionamento, de modo a produzir lipossomas com uma elevada carga de ingredientes activos. Antes do encapsulamento, os lipossomas tendem a formar aglomerados devido à interação carga-carga superficial das cabeças polares dos fosfolípidos (cf. Míckova et al. 2008), além de terem de ser abertos. A título de exemplo, Zhu et al. (2003) descrevem o encapsulamento de pó de biotina em lipossomas por ultra-sons. À medida que o pó de biotina foi adicionado à solução de suspensão de vesículas, a solução foi sonicada. Após este tratamento, a biotina foi aprisionada nos lipossomas.

Emulsões lipossomais com ultrassom

Para aumentar o efeito nutritivo de cremes, loções, géis hidratantes ou anti-envelhecimento e outras formulações cosmecêuticas, são adicionados emulsionantes às dispersões lipossómicas para estabilizar quantidades mais elevadas de lípidos. Mas as investigações mostraram que a capacidade dos lipossomas é geralmente limitada. Com a adição de emulsionantes, este efeito aparece mais cedo e os emulsionantes adicionais causam um enfraquecimento da afinidade de barreira da fosfatidilcolina. Nanopartículas – compostas por fosfatidilcolina e lípidos - são a resposta a este problema. Estas nanopartículas são formadas por uma gotícula de óleo que é coberta por uma monocamada de fosfatidilcolina. A utilização de nanopartículas permite formulações capazes de absorver mais lípidos e de se manterem estáveis, pelo que não são necessários emulsionantes adicionais.
Ultrasonication é um método comprovado para a produção de nanoemulsões e nanodispersões. O ultrassom altamente intensivo fornece a energia necessária para dispersar uma fase líquida (fase dispersa) em pequenas gotículas numa segunda fase (fase contínua). Na zona de dispersão, as bolhas de cavitação implodidas causam ondas de choque intensas no líquido circundante e resultam na formação de jactos de líquido de alta velocidade. A fim de estabilizar as gotículas recém-formadas da fase dispersa contra a coalescência, são adicionados à emulsão emulsionantes (substâncias activas de superfície, tensioactivos) e estabilizadores. Como a coalescência das gotículas após a rutura influencia a distribuição final do tamanho das gotículas, são utilizados emulsionantes estabilizadores eficazes para manter a distribuição final do tamanho das gotículas a um nível igual ao da distribuição imediatamente após a rutura das gotículas na zona de dispersão ultra-sónica.

Dispersões lipossomais usando ultrassom

As dispersões lipossómicas, que são baseadas em fosfatidilclorina insaturada, carecem de estabilidade contra a oxidação. A estabilização da dispersão pode ser conseguida através de antioxidantes, como por exemplo um complexo de vitaminas C e E.
 

Formação de lipossomas através do método de evaporação de fase reversa com recurso à sonicação

 
Ortan et al. (2002) alcançaram no seu estudo sobre a preparação ultra-sónica do óleo essencial de Anethum graveolens em lipossomas bons resultados. Após a sonicação, a dimensão dos lipossomas situava-se entre 70-150 nm, e para o MLV entre 230-475 nm; estes valores eram aproximadamente constantes também após 2 meses, mas aumentaram após 12 meses, especialmente na dispersão SUV (ver histogramas abaixo). A medição da estabilidade, relativa à perda de óleo essencial e à distribuição do tamanho, também mostrou que as dispersões lipossómicas mantiveram o teor de óleo volátil. Isto sugere que o aprisionamento do óleo essencial em lipossomas aumentou a estabilidade do óleo.

Ortan et al. (2009): Estabilidade das dispersões MLV e SUV após 1 ano. As formulações lipossómicas foram armazenadas a 4±1 ºC.

Os processadores de ultra-sons Hielscher são os dispositivos ideais para aplicações na indústria cosmética e farmacêutica. Os sistemas constituídos por vários processadores ultra-sónicos de até 16 000 watts cada, fornecem a capacidade necessária para traduzir esta aplicação de laboratório num método de produção eficiente para obter emulsões finamente dispersas em fluxo contínuo ou em lote – alcançando resultados comparáveis aos dos melhores homogeneizadores de alta pressão disponíveis atualmente, tais como as válvulas de orifício. Para além desta elevada eficiência na emulsificação contínua, os dispositivos ultra-sónicos Hielscher requerem uma manutenção muito reduzida e são muito fáceis de operar e de limpar. O ultrassom realmente suporta a limpeza e enxaguamento. A potência ultra-sónica é ajustável e pode ser adaptada a produtos específicos e a requisitos de emulsificação. Também estão disponíveis reactores de células de fluxo especiais que satisfazem os requisitos avançados de CIP (limpeza no local) e SIP (esterilização no local).

Perguntas frequentes sobre lipossomas

Que tipos de lipossomas são diferenciados?

Os lipossomas são classificados em diferentes tipos com base no seu tamanho e no número de bicamadas que contêm. Estas categorias incluem:

• Pequenas Vesículas Unilamelares (SUV): Estes são os lipossomas mais pequenos com uma única bicamada lipídica.
• Grandes Vesículas Unilamelares (LUV): Maiores do que os SUV, estes também têm uma única bicamada.
• Vesículas Multilamelares (MLV): Estes contêm várias bicamadas concêntricas.
• Vesículas Multivesiculares (MVV): Estas são compostas por várias vesículas mais pequenas dentro de uma vesícula maior.

 
Outros tipos especializados incluem:

• Lipossomas PEGilados: Lipossomas modificados com polietilenoglicol (PEG) para aumentar a estabilidade e o tempo de circulação.
• Nanolipossomas: Lipossomas muito pequenos, normalmente utilizados para a administração de medicamentos específicos.

Que estruturas vesiculares podem apresentar os lipossomas?

Os lipossomas são ainda classificados em sete tipos principais com base na sua estrutura de vesícula:

• Grandes Vesículas Multilamelares (MLV): Contêm várias bicamadas.
• Vesículas Oligolamelares (OLV): Ter algumas bicamadas.
• Pequenas Vesículas Unilamelares (SUV): O mais pequeno com uma única bicamada.
• Vesículas unilamelares de tamanho médio (MUV): Tamanho intermédio com uma única bicamada.
• Grandes Vesículas Unilamelares (LUV): Maior com uma única bicamada.
• Vesículas unilamelares gigantes (GUV): Muito grande com uma única bicamada.
• Vesículas Multivesiculares (MVV): Múltiplas vesículas dentro de uma única vesícula grande.

Quais são as diferenças entre lipossomas e niosomas?

Os lipossomas e os niosomas diferem principalmente na sua composição:
Lipossomas: São constituídos por fosfolípidos de cadeia dupla, que podem ser neutros ou carregados.
Niosomas: Fabricado a partir de tensioactivos de cadeia simples não carregados e colesterol.
Ambas as estruturas são formadas através de sonicação, que promove a montagem das vesículas em duas camadas.

Qual é o tamanho ideal de um lipossoma?

Para a administração terapêutica, o tamanho ideal de um lipossoma situa-se teoricamente entre 50 e 200 nanómetros de diâmetro. Esta gama de tamanhos optimiza a estabilidade e a biodisponibilidade. A sonicação é normalmente utilizada para reduzir a vesícula ao tamanho desejado.

Os lipossomas podem transportar fármacos hidrofílicos?

Sim, os lipossomas podem transportar fármacos hidrofílicos. São valorizados em aplicações biomédicas pela sua capacidade de encapsular agentes hidrofóbicos e hidrofílicos. Além disso, oferecem uma elevada biocompatibilidade e biodegradabilidade, tornando-os sistemas de administração eficazes.

Como fazer lipossomas?

As técnicas mais comuns de preparação de lipossomas são o método de película fina e o método de evaporação em fase inversa.
Método de hidratação de película fina:

1. Dissolver os lípidos num solvente orgânico.
2. Evaporar o solvente para formar uma película lipídica fina.
3. Hidratar a película com uma solução aquosa por meio de sonicação, a fim de formar vesículas multilamelares.

Método de evaporação em fase inversa:

1. Dissolver os lípidos em água e etanol.
2. Sonicar a solução a 60°C durante cerca de 10 minutos para criar uma pasta lipídica.
3. Arrefecer a lama lipídica e adicionar água ou tampão gota a gota enquanto se agita.
4. Hidratar a suspensão durante 1 hora para formar vesículas multilamelares.
5. Reduzir o tamanho dos lipossomas através de sonicação adicional.

O que são os arqueossomas?

Os arqueossomas são lipossomas fabricados a partir de lípidos de arqueas, que são conhecidos pela sua estabilidade e resistência a condições extremas. Estas propriedades tornam os arqueossomas particularmente úteis para a administração de medicamentos e o desenvolvimento de vacinas em ambientes difíceis.

Como são preparados os arqueossomas?

Procedimento de sonicação de acordo com Pise (2022): Os arqueossomas podem ser produzidos a partir da fração lipídica polar “PLF” de Sulfolobussolfataricus por sonicação a 60°C sem necessidade de reposição externa de lípidos. A 0°C, os lípidos polares de Sulfolobusacidocaldarius foram eficazmente sonicados para formar arqueossomas. Os arqueossomas carregados com BMD e os lipossomas convencionais, bem como os lípidos arqueanos isolados da Archaea H. salinarum e enriquecidos com fosfatidilcolina, foram produzidos utilizando técnicas de sonicação. As vesículas sonicadas foram criadas para administração tópica através da sonicação de dispersões de MLV a 80% de amplitude durante 4 minutos utilizando um sonicador do tipo sonda Hielscher UP50H (ver imagem à esquerda).

Literatura/Referências