Pregătirea lipozomilor cu ultrasunete

Lipozomii produși ultrasonically arată o eficiență foarte mare de prindere, capacitate mare de încărcare și dimensiuni sferice uniform mici. Astfel, lipozomi cu ultrasunete oferă biodisponibilitate excelentă. Hielscher Ultrasonics oferă ultrasonicators pentru producția fiabilă de lipozomi de calitate farmaceutică în modul lot și continuu.

Avantajele producției de lipozomi cu ultrasunete

Încapsularea lipozomilor cu ultrasunete este o tehnică utilizată pentru a încapsula medicamente sau alți agenți terapeutici în lipozomi folosind energie cu ultrasunete. În comparație cu alte metode de încapsulare a lipozomilor, încapsularea cu ultrasunete are mai multe avantaje care o fac tehnica superioară de producție.

• Încărcare ridicată, eficiență ridicată de blocare: Producția de lipozomi cu ultrasunete este bine cunoscută pentru a produce lipozomi cu o încărcare mare de ingrediente active, de exemplu, vitamina C, molecule de droguri etc. În același timp, metoda sonicare arată o eficiență ridicată entrapment. Acest lucru înseamnă că un procent ridicat de substanță activă este încapsulat prin ultrasonication. În concluzie, acest lucru face ultrasonication o metodă extrem de eficientă pentru producția de lipozomi.
• Lipozomi uniform mici: Un avantaj al încapsulării lipozomilor cu ultrasunete este capacitatea sa de a produce lipozomi foarte uniformi, cu o distribuție îngustă a dimensiunilor. Energia cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a descompune lipozomi mai mari sau agregate lipidice în lipozomi mai mici, mai uniforme. Acest lucru duce la o mai mare consistență în dimensiunea și forma lipozomilor, ceea ce poate fi important pentru aplicațiile de livrare a medicamentelor în care dimensiunea particulelor poate afecta farmacocinetica și eficacitatea acestora.
• Aplicabil oricărei molecule: Un alt avantaj al încapsulării lipozomilor cu ultrasunete este capacitatea sa de a încapsula o gamă largă de medicamente și alți agenți terapeutici. Tehnica poate fi utilizată pentru a încapsula atât medicamente hidrofile, cât și hidrofobe, ceea ce poate fi dificil de făcut cu alte metode. În plus, energia cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a încapsula macromolecule și nanoparticule, care pot fi prea mari pentru a încapsula cu alte metode.
• Rapid și fiabil: Încapsularea lipozomilor cu ultrasunete este, de asemenea, un proces relativ simplu și rapid. Nu necesită utilizarea de substanțe chimice dure sau temperaturi ridicate, care pot fi în detrimentul agenților terapeutici încapsulați.
• Extindere: În plus, tehnica poate fi ușor extinsă pentru producția la scară largă, ceea ce o face o opțiune rentabilă pentru aplicațiile de livrare a medicamentelor.

În rezumat, încapsularea lipozomilor cu ultrasunete este o tehnică superioară pentru încapsularea lipozomilor datorită capacității sale de a produce lipozomi uniformi cu o distribuție îngustă a dimensiunilor, încapsulează o gamă largă de agenți terapeutici și simplitatea și scalabilitatea acesteia.

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.

Pregătirea lipozomilor cu ultrasunete pentru produse farmaceutice și cosmetice

Lipozomii (vezicule pe bază de lipide), transferozomii (lipozomi ultradeformabili), etozomii (vezicule ultradeformabile cu conținut ridicat de alcool) și niozomii (vezicule sintetice) sunt vezicule microscopice, care pot fi preparate artificial ca purtători globulari în care moleculele active pot fi încapsulate. Aceste vezicule cu diametre cuprinse între 25 și 5000 nm sunt adesea folosite ca purtători de medicamente în industria farmaceutică și cosmetică, cum ar fi administrarea orală sau topică a medicamentelor, geneterapia și imunizarea. Ultrasonication este o metodă dovedită științific pentru producția de lipozomi extrem de eficientă. Hielscher ultrasonicators produce lipozomi cu încărcături mari de ingrediente active și biodisponibilitate superioară.

Lipozomi și formulare lipozomală

Lipozomii sunt sisteme veziculare unilamelare, oligolelare sau multilamelare și sunt compuse din același material ca o membrană celulară (bistrat lipidic). În ceea ce privește compoziția și dimensiunea lor, lipozomii sunt diferențiați după cum urmează:

• vezicule multi-lamelare (MLV, 0,1-10μm)
• vezicule unilamelare mici (SUV, <100 nm)
• vezicule unilamelare mari (LUV, 100-500 nm)
• vezicule unilamelare gigant (GUV, ≥1 μm)

Structura principală a lipozomilor constă din fosfolipide. Fosfolipidele au un grup de cap hidrofil și un grup de coadă hidrofob, care constă dintr-un lanț lung de hidrocarburi.
Membrana lipozomilor are o compoziție foarte asemănătoare cu bariera pielii, astfel încât acestea să poată fi ușor integrate în pielea umană. Pe măsură ce lipozomii fuzionează cu pielea, ei pot descărca agenții prinși direct la destinație, unde activele își pot îndeplini funcțiile. Astfel, lipozomii creează o îmbunătățire a penetrabilității / permeabilității pielii pentru agenții farmaceutici și cosmetici prinși. De asemenea, lipozomii fără agenți încapsulați, veziculele vacante, sunt active puternice pentru piele, deoarece fosfatidilcolina încorporează două elemente esențiale, pe care organismul uman nu le poate produce singur: acidul linoleic și colina.
Lipozomii sunt utilizați ca purtători biocompatibili de medicamente, peptide, proteine, ADN plasmatic, oligonucleotide antisens sau ribozime, în scopuri farmaceutice, cosmetice și biochimice. Versatilitatea enormă în dimensiunea particulelor și în parametrii fizici ai lipidelor oferă un potențial atractiv pentru construirea de vehicule personalizate pentru o gamă largă de aplicații. (Ulrich 2002)

Formarea lipozomilor cu ultrasunete

Lipozomii pot fi formați prin utilizarea ultrasunetelor. Materialul de bază pentru prepararea lipozomilor sunt moleculele amfilice, derivate sau bazate pe lipidele membranei biologice. Pentru formarea veziculelor unilamelare mici (SUV), dispersia lipidelor este sonicated ușor – de exemplu, cu dispozitivul portabil cu ultrasunete UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter sau reactorul cu ultrasunete CupHorn – într-o baie de gheață. Durata unui astfel de tratament cu ultrasunete durează aproximativ 5 – 15 minute. O altă metodă de a produce vezicule unilamelare mici este sonicarea lipozomilor veziculelor multi-lamelare.
Dinu-Pirvu et al. (2010) raportează obținerea transferozomilor prin sonicarea MLV la temperatura camerei.
Hielscher Ultrasonics oferă diverse dispozitive cu ultrasunete, sonotrodes și accesorii și poate oferi astfel cea mai potrivită configurație cu ultrasunete pentru o încapsulare lipozomi extrem de eficientă la orice scară.

Încapsularea cu ultrasunete a substanțelor active în lipozomi

Lipozomii funcționează ca purtători pentru ingrediente active, cum ar fi vitamine, molecule terapeutice, peptide etc. Ecografia este un instrument eficient pentru pregătirea și formarea lipozomilor pentru prinderea agenților activi. În același timp, sonicare asistă procesul de încapsulare și prindere, astfel încât lipozomii cu o încărcare mare de ingrediente active sunt produse. Înainte de încapsulare, lipozomii tind să formeze clustere datorită interacțiunii sarcină-sarcină de suprafață a capetelor polare fosfolipide (cf. Míckova et al. 2008), în plus, acestea trebuie deschise. De exemplu, Zhu et al. (2003) descrie încapsularea pulberii de biotină în lipozomi prin ultrasonication. Ca pulbere de biotină a fost adăugat în soluția de suspensie veziculă, soluția a fost sonicated. După acest tratament, biotina a fost prinsă în lipozomi.

Emulsii lipozomale cu ultrasonication

Pentru a spori efectul hrănitor al cremelor, loțiunilor, gelurilor și altor formulări cosmeceutice hidratante sau anti-îmbătrânire, emulgatorul este adăugat la dispersiile lipozomale pentru a stabiliza cantități mai mari de lipide. Dar investigațiile au arătat că capacitatea lipozomilor este în general limitată. Odată cu adăugarea de emulgatori, acest efect va apărea mai devreme, iar emulgatorii suplimentari determină o slăbire a afinității barierei fosfatidilcolinei. Nanoparticule – compus din fosfatidilcolină și lipide – sunt răspunsul la această problemă. Aceste nanoparticule sunt formate dintr-o picătură de ulei care este acoperită de un monostrat de fosfatidilcolină. Utilizarea nanoparticulelor permite formulări care sunt capabile să absoarbă mai multe lipide și să rămână stabile, astfel încât nu sunt necesari emulgatori suplimentari.
Ultrasonication este o metodă dovedită pentru producerea de nanoemulsii și nanodispersii. Ultrasunetele foarte intensive furnizează puterea necesară pentru a dispersa o fază lichidă (faza dispersată) în picături mici într-o a doua fază (faza continuă). În zona de dispersie, bulele de cavitație care implodează provoacă unde de șoc intense în lichidul înconjurător și duc la formarea de jeturi lichide cu viteză mare a lichidului. Pentru a stabiliza picăturile nou formate ale fazei dispersate împotriva coalescenței, emulgatorii (substanțe active de suprafață, agenți tensioactivi) și stabilizatorii sunt adăugați la emulsie. Deoarece coalescența picăturilor după întrerupere influențează distribuția finală a dimensiunii picăturilor, emulgatorii stabilizatori eficienți sunt utilizați pentru a menține distribuția finală a dimensiunii picăturilor la un nivel egal cu distribuția imediat după întreruperea picăturilor în zona de dispersie cu ultrasunete.

Dispersii lipozomale folosind Ultrasonication

Dispersiile lipozomale, care se bazează pe fosfatidilclorură nesaturată, nu au stabilitate împotriva oxidării. Stabilizarea dispersiei poate fi realizată prin antioxidanți, cum ar fi printr-un complex de vitamine C și E.
 

Formarea lipozomilor prin metoda de evaporare în fază inversă folosind sonicare

 
Ortan et al. (2002) realizat în studiul lor privind prepararea cu ultrasunete a uleiului esențial Anethum graveolens în lipozomi rezultate bune. După sonicare, dimensiunea lipozomilor a fost între 70-150 nm, iar pentru MLV între 230-475 nm; aceste valori au fost aproximativ constante și după 2 luni, dar au încetat după 12 luni, în special în cazul dispersiei SUV (vezi histogramele de mai jos). Măsurarea stabilității, în ceea ce privește pierderea de ulei esențial și distribuția dimensiunilor, a arătat, de asemenea, că dispersiile lipozomale au menținut conținutul de ulei volatil. Acest lucru sugerează că prinderea uleiului esențial în lipozomi a crescut stabilitatea uleiului.

Ortan et al. (2009): Stabilitatea dispersiilor MLV și SUV după 1 an. Formulările lipozomale au fost păstrate la 4±1 °C.

Hielscher procesoare cu ultrasunete sunt dispozitivele ideale pentru aplicații în industria cosmetică și farmaceutică. Sistemele constând din mai multe procesoare cu ultrasunete de până la 16.000 wați fiecare, oferă capacitatea necesară pentru a traduce această aplicație de laborator într-o metodă eficientă de producție pentru a obține emulsii fin dispersate în flux continuu sau într-un lot – obținerea unor rezultate comparabile cu cele ale celor mai bune omogenizatoare de înaltă presiune disponibile astăzi, cum ar fi supapele cu orificiu. În plus față de această eficiență ridicată în emulsionarea continuă, Hielscher dispozitive cu ultrasunete necesită întreținere foarte scăzută și sunt foarte ușor de operat și de curățat. Ultrasunetele susțin de fapt curățarea și clătirea. Puterea cu ultrasunete este reglabilă și poate fi adaptată la anumite produse și cerințe de emulsionare. Sunt disponibile, de asemenea, reactoare speciale cu celule de flux care îndeplinesc cerințele avansate CIP (clean-in-place) și SIP (sterilizare pe loc).

Întrebări frecvente despre lipozomi

Ce tipuri de lipozomi sunt diferențiate?

Lipozomii sunt clasificați în diferite tipuri pe baza dimensiunii lor și a numărului de bistraturi pe care le conțin. Aceste categorii includ:

• Vezicule unilamelare mici (SUV): Acestea sunt cele mai mici lipozomi cu un singur bistrat lipidic.
• Vezicule unilamelare mari (LUV): Mai mari decât SUV-urile, acestea au, de asemenea, un singur bistrat.
• Vezicule multilamelare (MLV): Acestea conțin mai multe bistraturi concentrice.
• Vezicule multiveziculare (MVV): Acestea sunt compuse din mai multe vezicule mai mici într-o veziculă mai mare.

 
Alte tipuri specializate includ:

• Lipozomi PEGylați: Lipozomi modificați cu polietilenglicol (PEG) pentru a spori stabilitatea și timpul de circulație.
• Nanolipozomi: Lipozomi foarte mici, utilizați în mod obișnuit pentru livrarea de medicamente vizate.

Ce structuri veziculare pot expune lipozomii?

Lipozomii sunt clasificați în continuare pe baza structurii veziculelor lor în șapte tipuri principale:

• Vezicule mari multilamelare (MLV): Conține mai multe straturi bilayer.
• Vezicule oligolelare (OLV): Aveți câteva bilayere.
• Vezicule unilamelare mici (SUV): Cel mai mic cu un singur bistrat.
• Vezicule unilamelare de dimensiuni medii (MUV): Dimensiune intermediară cu un singur bistrat.
• Vezicule unilamelare mari (LUV): Mai mare cu un singur bistrat.
• Vezicule unilamelare gigant (GUV): Foarte mare, cu un singur bistrat.
• Vezicule multiveziculare (MVV): Vezicule multiple într-o singură veziculă mare.

Care sunt diferențele dintre lipozomi și niozomi?

Lipozomii și niozomii diferă în principal prin compoziția lor:
Lipozomi: Fabricat din fosfolipide cu lanț dublu, care pot fi neutre sau încărcate.
Niozomi: Fabricat din agenți tensioactivi cu un singur lanț neîncărcați și colesterol.
Ambele structuri sunt formate prin sonicare, care promovează asamblarea veziculelor bistrat.

Care este dimensiunea ideală a unui lipozom?

Pentru livrarea terapeutică, dimensiunea ideală a unui lipozom este teoretic între 50 și 200 nanometri în diametru. Această gamă de dimensiuni optimizează stabilitatea și biodisponibilitatea. Sonicare este frecvent utilizat pentru a reduce vezicula la dimensiunea dorită.

Lipozomii pot transporta medicamente hidrofile?

Da, lipozomii pot transporta medicamente hidrofile. Ele sunt evaluate în aplicațiile biomedicale pentru capacitatea lor de a încapsula atât agenți hidrofobi, cât și agenți hidrofili. În plus, acestea oferă biocompatibilitate și biodegradabilitate ridicate, ceea ce le face sisteme eficiente de livrare.

Cum se fac lipozomi?

Cele mai comune tehnici de preparare a lipozomilor sunt metoda filmului subțire și metoda evaporării în fază inversă.
Metoda de hidratare a filmului subțire:

1. Se dizolvă lipidele într-un solvent organic.
2. Se evaporă solventul pentru a forma o peliculă lipidică subțire.
3. Hidratați filmul cu o soluție apoasă folosind sonicare pentru a forma vezicule multilamelare.

Metoda evaporării în fază inversă:

1. Se dizolvă lipidele în apă și etanol.
2. Sonicate soluția la 60 ° C timp de aproximativ 10 minute pentru a crea o pastă lipidică.
3. Se răcește suspensia lipidică și se adaugă apă sau tampon prin picurare în timp ce se amestecă.
4. Hidratați suspensia timp de 1 oră pentru a forma vezicule multilamelare.
5. Reduceți dimensiunea lipozomilor prin sonicare suplimentare.

Ce sunt arheozomii?

Arheozomii sunt lipozomi obținuți din lipide arheale, care sunt cunoscuți pentru stabilitatea și rezistența lor la condiții extreme. Aceste proprietăți fac ca arheozomii să fie deosebit de utili pentru livrarea de medicamente și dezvoltarea vaccinurilor în medii dificile.

Cum sunt pregătiți Archaeosomes?

Procedura de sonicare conform Pise (2022): Arheozomii pot fi făcuți din fracțiunea lipidică polară “PLF” de Sulfolobussolfataricus prin sonicare la 60 ° C fără a fi nevoie de reaprovizionarea lipidelor externe. La 0 ° C, lipidele polare din Sulfolobusacidocaldarius au fost efectiv sonicated pentru a forma arheozomi. Arheozomii încărcați cu DMO și lipozomii convenționali, precum și lipidele arhaice izolate din Archaea H. salinarum și îmbogățite cu fosfatidilcolină, au fost realizate folosind tehnici de sonicare. Veziculele sonicate au fost create pentru livrare topică prin sonicarea dispersiilor MLV la 80% amplitudine timp de 4 minute folosind un sonicator de tip sondă Hielscher UP50H (vezi imaginea din stânga).

Literatură/Referințe