Formarea lipozomilor cu ultrasunete: Metodologie și avantaje

Lipozomii sunt vezicule sferice compuse din bistraturi lipidice, utilizate pe scară largă în administrarea de medicamente, în industria cosmetică și alimentară datorită biocompatibilității și capacității lor de a încapsula substanțe hidrofile și hidrofobe. Utilizarea ultrasunetelor de înaltă intensitate pentru formarea lipozomilor este una dintre cele mai comune tehnici de încapsulare lipozomală. Cunoscută pentru eficiența, scalabilitatea și capacitatea sa de a produce lipozomi cu dimensiuni controlate și o eficiență ridicată de încapsulare, sonicarea oferă numeroase avantaje suplimentare în comparație cu metodele alternative de producție a lipozomilor. Acest articol vă introduce în metodologia de formare a lipozomilor cu ultrasunete, avantajele sale și diverse aplicații în suplimente, produse farmaceutice, terapeutice și alimente funcționale.

Sonicare pentru formarea lipozomilor

Sonicatoarele de tip sondă sunt un instrument esențial atunci când vine vorba de producerea de lipozomi încărcați cu ingrediente active. Aici, vă oferim o introducere în modul în care lipozomii sunt formați și încărcați utilizând metoda asistată de ultrasunete.

1. Prepararea soluției de lipide:
   Procesul începe cu prepararea unei soluții lipidice. Lipidele utilizate în mod obișnuit includ fosfatidilcolina, colesterolul și alte fosfolipide. Aceste lipide sunt dizolvate într-un solvent organic, cum ar fi cloroformul sau etanolul.
2. Formarea peliculei lipidice:
   Soluția lipidică este apoi evaporată sub presiune redusă (vid) cu ajutorul unui evaporator rotativ pentru a forma o peliculă lipidică subțire pe pereții unui balon cu fund rotund. Această etapă asigură eliminarea solvenților organici, lăsând în urmă o peliculă lipidică uscată.
3. Hidratarea filmului lipidic:
   Filmul lipidic uscat este hidratat cu o soluție apoasă, care poate conține substanța activă care urmează să fie încapsulată. Această etapă duce la formarea de vezicule multilamelare (MLV). Procesul de hidratare implică de obicei vortexarea sau agitarea ușoară la o temperatură superioară temperaturii de tranziție a lipidelor.
4. Sonicare:
   MLV-urile sunt apoi supuse ultrasunetelor cu ajutorul unui sonicator de tip sondă. Undele ultrasonice induc cavitarea, creând microbulii care se prăbușesc și generează forțe de forfecare. Acest proces determină sonoporarea, astfel încât lipozomii sunt încărcați eficient, rezultând o eficiență ridicată de prindere (EE%). Permeabilitatea crescută datorată sonoporării facilitează difuzarea încapsulanților în lipozomi. Odată ce procesul de sonicare se oprește, bistraturile lipidice se reasamblează rapid, prinzând în interior substanțele încapsulate.
   În plus, sonicarea descompune MLV-urile în vezicule unilamelare mai mici (ULV) sau în vezicule unilamelare mici (SUV), cu dimensiuni care variază de obicei între 20 și 200 nm. Parametrii precum timpul de sonicare, puterea și temperatura sunt optimizați pentru a obține dimensiunea lipozomului dorit și eficiența încapsulării.
5. Purificare și caracterizare:
   După sonicare, suspensia de lipozomi este adesea filtrată sau centrifugată pentru a îndepărta materialul neincapsulat și veziculele mai mari. Lipozomii rezultați sunt caracterizați utilizând tehnici precum dispersia dinamică a luminii (DLS) pentru distribuția dimensiunilor, analiza potențialului zeta pentru sarcina de suprafață și microscopia electronică cu transmisie (TEM) pentru morfologie.

După formarea unui film lipidic rehidratare ulterioară, sonicare este utilizat pentru a promova prinderea ingredientelor active în lipozom. În plus, sonicare atinge dimensiunea lipozomilor dorită.

dovedit științific

Sonicatoarele de tip sondă au fost adoptate rapid ca tehnică fiabilă pentru prepararea lipozomilor și sunt utilizate pe scară largă în prezent în producția de lipozomi în cercetare și producție comercială. Eficiența și fiabilitatea formării lipozomilor cu ultrasunete și încărcarea lipozomilor cu ingrediente active a fost demonstrată în studiile de cercetare pentru multe formulări. Mai jos sunt prezentate două scurte sinteze privind încapsularea lipozomală prin sonicare de tip sondă.
 
Hadian et al. (2014) au investigat eficiența încapsulării prin sonicare a acizilor grași omega-3 din ulei de pește (DHA și EPA) în lipozomi. Pentru a evalua eficiența și calitatea captării, ei au comparat metoda de preparare a lipozomilor cu ultrasunete cu extrudarea lipozomilor. Folosind sonicatorul de tip sondă Hielscher UP200S, cercetătorii au constatat că sonicarea de tip sondă “a lipozomilor preformați facilitează o încărcare semnificativă a DHA și EPA în membrana nanoliposomală. Tehnica de sonicare cu sondă a depășit alte metode.” Lipozomii preparați prin sonicare de tip sondă aveau formă sferică și păstrau o integritate structurală ridicată.
 
Paini et al. (2015) au dezvoltat o metodă simplă, dar foarte eficientă, utilizând sonicarea pentru a pregăti lipozomi încărcați cu apigenină cu lecitină de rapiță de calitate alimentară într-un mediu apos fără a utiliza niciun solvent organic. Folosind sonicatorul de tip sondă de 400 de wați, modelul UP400S (Hielscher Ultrasonics), s-a obținut o eficiență de încapsulare de peste 92 %. Dimensiunea lipozomilor poate fi controlată cu precizie prin ajustarea amplitudinii sonicării și a timpului de procesare. Analiza a arătat că structurile lipozomale de apigenină aveau un potențial Zeta ridicat, un indice de polidispersie bun și se mențineau stabile după procesul de încapsulare.

Avantajele încapsulării lipozomale cu ultrasunete

Tehnicile de preparare a lipozomilor variază foarte mult, fiecare având propriul set de avantaje și limitări. Prepararea lipozomilor cu ultrasunete iese în evidență din mai multe motive, deoarece oferă o eficiență foarte ridicată de captare (EE%), un control excelent asupra dimensiunii lipozomilor, fiabilitatea sa în ceea ce privește rezultatele reproductibile, precum și scalabilitatea liniară la volume mai mari.

1. Eficiență îmbunătățită a încapsulării:
   Ultrasonizarea oferă o eficiență ridicată de încapsulare atât pentru compușii hidrofilici, cât și pentru cei hidrofobi. Forțele intense de forfecare și cavitația facilitează distribuția uniformă a încapsulantului în cadrul stratului lipozomal sau al miezului apos.
2. Distribuție controlată a dimensiunilor:
   Capacitatea de a controla cu precizie parametrii de sonicare permite producerea de lipozomi cu distribuții înguste ale dimensiunilor, esențiale pentru administrarea și biodisponibilitatea constantă a medicamentelor.
3. Scalabilitate și reproductibilitate:
   Formarea lipozomilor cu ultrasunete este foarte scalabilă, ceea ce o face potrivită atât pentru producția la scară de laborator, cât și la scară industrială. Caracterul reproductibil al procesului asigură o calitate constantă a loturilor.
4. Utilizare minimă de solvenți organici:
   Comparativ cu alte metode de preparare a lipozomilor, ultrasonizarea necesită mult mai puțini solvenți organici, reducând astfel potențiala toxicitate și impactul asupra mediului.
5. Versatilitate:
   Această tehnică este versatilă, putând acomoda o gamă largă de lipide și încapsulanți, extinzându-i astfel aplicabilitatea în diverse industrii.

Aplicații în suplimente, produse farmaceutice, terapeutice și alimente funcționale

Sonicatoarele Hielscher sunt utilizate în cercetare și în producția comercială pentru a produce lipozomi în calitate alimentară și farmaceutică. Lipozomii produși prin ultrasunete oferă biodisponibilitate ridicată, pot transporta încărcături mari de ingrediente active, eficiență ridicată de încapsulare (EE%) și stabilitate. În plus, sonicare duce la o distribuție uniformă a dimensiunii. Îndeplinind toate aceste criterii de calitate, lipozomii formulați cu ultrasunete sunt purtători ideali pentru ingrediente farmaceutice active (API) și fitochimicale în medicamente, produse terapeutice, suplimente alimentare, alimente funcționale și chiar cosmetice.

1. Suplimente:
   Încapsularea lipozomală ultrasonică este utilizată pentru a spori biodisponibilitatea suplimentelor alimentare și a produselor nutraceutice. Vitamine, minerale, și extracte din plante încapsulate în lipozomi arată absorbție îmbunătățită și stabilitate, ceea ce duce la o eficacitate mai bună. De exemplu, suplimentele lipozomale de vitamina C și curcumină sunt populare pentru beneficiile lor terapeutice sporite.
2. Produse farmaceutice:
   În industria farmaceutică, lipozomii servesc ca purtători pentru administrarea medicamentelor, îmbunătățind solubilitatea, stabilitatea și direcționarea medicamentelor. Preparate cu ultrasunete formulări lipozomale sunt utilizate pentru livrarea de agenți chimioterapeutici, antibiotice, și vaccinuri. Doxorubicina lipozomală, de exemplu, reduce cardiotoxicitatea asociată cu terapia convențională cu doxorubicină.
3. Terapeutică:
   Încapsularea lipozomală aduce beneficii terapeutice prin eliberarea controlată și administrarea direcționată. Lipozomii pot traversa barierele biologice, cum ar fi bariera hemato-encefalică, permițând livrarea de medicamente la țesuturi sau celule specifice. Nano-lipozomii produși cu ultrasunete au o biodisponibilitate foarte mare, deoarece dimensiunea lor nano le permite să intre în țesuturile și celulele vizate. Acest lucru este deosebit de avantajos în tratarea tulburărilor neurologice și a cancerelor.
4. Alimente funcționale:
   În industria alimentelor funcționale, lipozomii îmbunătățesc transmiterea compușilor bioactivi, cum ar fi acizii grași omega-3, probioticele și antioxidanții. Acești bioactivi încapsulați prezintă o stabilitate și o biodisponibilitate îmbunătățite, contribuind la rezultate mai bune pentru sănătate. De exemplu, încapsularea lipozomială asistată de ultrasunete a polifenolilor în băuturi contribuie la menținerea proprietăților antioxidante ale acestora.
5. Cosmetice:
   Formulările cosmetice, denumite și cosmeceutice, beneficiază de tehnica de încapsulare lipozomală, deoarece lipozomii sporesc eficiența de încapsulare a substanțelor anti-îmbătrânire, cum ar fi antioxidanții, oferind o protecție mai bună împotriva stresului oxidativ. Structura bistratificată protejează compușii sensibili de factorii de mediu, precum radiațiile UV și poluarea, care pot degrada antioxidanții. Performanța îmbunătățită de încapsulare a lipozomilor sonicați permite încorporarea stabilă a compușilor volatili și sensibili, care altfel sunt dificil de administrat eficient.

Formarea lipozomilor cu ultrasunete este o tehnică robustă și versatilă, cu avantaje semnificative în ceea ce privește eficiența încapsulării, controlul dimensiunii, scalabilitatea și durabilitatea mediului. Aplicarea sa acoperă diverse industrii, de la îmbunătățirea biodisponibilității suplimentelor la îmbunătățirea livrării și eficacității produselor farmaceutice și terapeutice. Pe măsură ce cercetarea și tehnologia avansează, potențialul încapsulării lipozomale ultrasonice pentru inovarea și îmbunătățirea formulărilor produselor continuă să se extindă, promițând evoluții interesante în domeniile sănătății, medicinei, nutriției și cosmeticelor.

Nanocarreți formulați prin sonicare

Pe lângă lipozomi, sonicarea este, de asemenea, utilizată cu succes pentru formularea și încărcarea diverselor alte forme de nanocarporți, cum ar fi nanoparticulele lipidice solide, purtătorii lipidici nanostructurați și nanoemulsiile. Sonicatoarele Hielscher favorizează formarea și încărcarea eficientă a acestor nanopurtători cu ingrediente bioactive. Cunoscute pentru tehnologia lor de ultimă generație, sonicatoarele Hielscher sunt utilizate în întreaga lume în producția alimentară, farmaceutică și cosmetică.