Липосомальная инкапсуляция биоактивных молекул с помощью ультразвука

Обработка ультразвуком широко известна своей высокой эффективностью при приготовлении липосомальных составов. В типичных липосомальных составах с помощью ультразвука инкапсулируют витамин C, CBD, куркумин, quercitin, астаксантин, пептиды и множество других биоактивных соединений. Ультразвуковая липосомальная инкапсуляция – это простой, быстрый и эффективный метод, позволяющий получать стабильные везикулы с высокой загрузкой. Питательные вещества, инкапсулированные с помощью ультразвука, отличаются превосходной биодоступностью.

Обзор: липосомальная инкапсуляция биоактивных соединений с помощью обработки ультразвуком

Ультразвуковая инкапсуляция представляет собой высокоэффективный и контролируемый метод включения биоактивных соединений в липосомы, повышающий их стабильность, биодоступность и функциональную эффективность. Акустическая кавитация, создаваемая ультразвуком высокой интенсивности, способствует быстрой гидратации липидов, уменьшению размера везикул и равномерному диспергированию, обеспечивая образование небольших однородных липосом с узким распределением по размерам. Этот метод обеспечивает высокую эффективность инкапсуляции как гидрофильных, так и липофильных соединений, сводя к минимуму необходимость использования органических растворителей или жёстких условий обработки. Кроме того, ультразвуковая обработка позволяет точно контролировать размер частиц и ламеллярность – параметры, имеющие решающее значение для оптимизации контролируемого высвобождения, клеточного поглощения и долговременной стабильности чувствительных биоактивных веществ в фармацевтических, нутрицевтических и косметических применениях.

Что такое липосомы и каковы их преимущества?

Липосомы – это везикулы, состоящие из водного ядра, заключённого в один или несколько фосфолипидных бислоёв. Поскольку липосомы имеют водное ядро, окружённое липидным слоем и гидрофильной наружной оболочкой, они растворимы в воде и могут переносить водорастворимые и жирорастворимые соединения в соответствующих отсеках везикулы. Это делает липосомы высокоэффективной системой доставки терапевтически активных молекул. Липосомы образуются при разрушении биологических мембран – процессе, которому способствует и который усиливает обработка ультразвуком. Липосомы чаще всего состоят из фосфолипидов, особенно фосфатидилхолина, но могут также включать другие липиды, например фосфатидилэтаноламин яичного происхождения, при условии их совместимости со структурой липидного бислоя. Липосомы образуются самопроизвольно при гидратации фосфолипидов. На первом этапе – этапе гидратации – обработка ультразвуком используется для наноэмульгирования липидов и водной фазы, чтобы способствовать образованию многоламеллярных везикул с высокой загрузкой (MLVs). Впоследствии при необходимости обработку ультразвуком можно использовать для уменьшения размера липосом. Для получения везикул меньшего размера обработку ультразвуком применяют для диспергирования и уменьшения размера липосом до монодисперсных крупных униламеллярных везикул (LUVs) или мелких униламеллярных везикул (SUVs).
Ультразвуковой метод формирования липосом и уменьшения их размера надёжен, быстр, эффективен, прост и безопасен. Полученные липосомы характеризуются высокой загрузкой биоактивных веществ, высокой стабильностью и превосходной биодоступностью.

Почему ультразвуковые очистительные ванны не способны производить высококачественные липосомы?

Для производства липосом требуется ультразвуковое устройство, способное передавать достаточно энергии для создания однородных частиц наноразмера. Липосомы, изготовленные в домашних условиях с помощью ультразвукового очистителя ювелирных изделий, как правило, неэффективны, поскольку полученные липосомы не имеют необходимого наноразмера и не обеспечивают эффективной инкапсуляции биоактивных питательных веществ с долговременной стабильностью. Для приготовления высококачественных липосом предпочтителен ультразвуковой аппарат зондового типа, поскольку зонд (сонотрод) может передавать в среду интенсивную акустическую энергию, необходимую для формирования эффективных липосом с высокой загрузкой. Как правило, липосомы, полученные с помощью ультразвукового зонда, имеют распределение частиц по размерам в диапазоне 100–500nm, что оптимально для высокой загрузки и превосходной биодоступности.
Использование ультразвукового реактора с проточной ячейкой позволяет готовить липосомы в бескислородной среде для предотвращения окислительного разрушения.
Ультразвуковые аппараты зондового типа обеспечивают энергию, необходимую для производства высококачественных липосом, которые обладают следующими характеристиками:

После формирования липидной плёнки и последующей регидратации обработку ультразвуком используют для содействия включению активных ингредиентов в липосомы. Кроме того, обработка ультразвуком обеспечивает достижение желаемого размера липосом.

Липосомальная инкапсуляция молекул с помощью ультразвука

Приведённый ниже список показывает, какие вещества уже были успешно инкапсулированы в липосомальные составы с использованием ультразвукового метода приготовления.

• антиоксиданты, такие как глутатион, витамин C, метилированные витамины группы B, ресвератрол, CoQ10 и т. д.
• фенольные соединения: флавоноиды, такие как физетин, quercitin, олигомерные проантоцианидины (OPC); сапонины, такие как astralgaloside; алкалоиды
• минеральные вещества, такие как хелаты магния (например, треонат магния, оротат магния), цинк, медь и т. д.
• терпены, такие как астаксантин, лимонен, пинен, гумулен, линалоол, бета-кариофиллен, фитол, гераниол, терпинолен и т. д.
• липиды, такие как омега-3 жирные кислоты EPA и DHA; дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC) и т. д.
• аминокислоты, такие как креатин, глицин, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), фенилаланин, L-теанин, GABA (гамма-аминомасляная кислота), таурин, N-ацетилцистеин (NAC), L-тирозин и т. д.
• пептиды, например окситоцин, коллаген, пептиды GLP-1 и т. д.
• полисахариды, такие как гиалуроновая кислота, грибные полисахариды и т. д.
• каннабиноиды, такие как CBD, CBG, THC
• ноотропы, препараты для повышения умственных способностей и средства для улучшения когнитивных функций, которые могут включать перечисленные выше вещества, а также другие молекулы

Липосомальный состав биоактивных молекул, улучшенный за счёт нанотехнологии, обеспечивает более высокую скорость всасывания, превосходную биодоступность и может позволять веществам преодолевать гематоэнцефалический барьер.
Альтернативными системами доставки лекарственных веществ на основе липидов являются наноэмульсии и коллоидные носители на основе липидов, такие как твёрдые липидные наночастицы (SLN) и наноструктурированные липидные носители (NLC). Все они – наноэмульсии, SLN и NLC – могут надёжно формироваться и загружаться при обработке ультразвуком.
Узнайте больше об алоэ вера, экстрагированном с помощью ультразвука и инкапсулированном в нанокапсулы!

Выберите предпочтительный метод формирования липосом

Обработка ультразвуком широко используется в различных методах приготовления и обработки липосом, поскольку она способствует как формированию липосом, так и контролю последующей обработки. Её можно применять при непосредственном формировании липосом путём диспергирования лецитина (фосфолипидов) в водной фазе для быстрого образования везикул; она также широко используется в таких устоявшихся методах, как обращённо-фазовое испарение и гидратация тонкой плёнки, для улучшения диспергирования липидов и ускорения формирования везикул. Помимо первоначального приготовления, обработку ультразвуком часто применяют для загрузки предварительно сформированных (пустых) липосом посредством сонопорации, обеспечивая эффективное включение биоактивных соединений. Она также является стандартным инструментом для уменьшения размера липосом, позволяющим получать более мелкие и однородные везикулы с более узким распределением по размерам для повышения стабильности и эффективности доставки.
Узнайте больше о различных методах производства липосом с использованием ультразвука:

• Ультразвуковое формирование липосом с использованием лецитина
• Метод обращённо-фазового испарения с использованием ультразвука
• Гидратация тонкой плёнки с использованием ультразвука

Факторы, влияющие на качество липосом

Качество липосом определяется однородностью размера частиц и ламеллярности, эффективностью включения (%EE) / загрузкой при инкапсуляции и стабильностью. Метод приготовления, условия обработки, сырьё и хранение – важные факторы, определяющие качество и, следовательно, эффективность липосомальных составов. На изображении SEM слева показаны липосомы с загрузкой жирных кислот DHA и EPA, приготовленные с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200S (исследование и изображение: Hadian et al. 2014).
Ультразвуковое приготовление липосом – надёжный метод, обеспечивающий малый и однородный размер липосомальных частиц с высокой загрузкой биоактивных молекул. Параметры ультразвукового процесса (такие как амплитуда, общая энергия, время, пульсация, температура, давление) поддаются точной регулировке. Как метод нетермической обработки, обработка ультразвуком основана исключительно на механическом сдвиге. Повышение температуры жидкости при обработке ультразвуком объясняется вторым законом термодинамики, который гласит, что любая подведённая энергия в конечном счёте преобразуется в тепло. Для поддержания стабильно низкой температуры липосомальной среды Hielscher Ultrasonics предлагает передовые решения для охлаждения, такие как ледяные ванны, а также реакторы и проточные ячейки с охлаждающими рубашками. Результаты ультразвукового производства липосом воспроизводимы, что важно для стандартизированного процесса и стабильно высокого качества продукции.
Высококачественные фосфолипиды с высоким процентным содержанием фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина обеспечивают стабильную оболочку липосом, предотвращающую утечку питательных веществ. Прочная фосфолипидная оболочка также защищает инкапсулированные питательные вещества от окислительного и термического разрушения. Поэтому крайне важно сбалансированное соотношение фосфолипидов, водной фазы и инкапсулированных питательных веществ (биоактивных молекул).

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для производства липосом

Системы Hielscher Ultrasonics – это надёжные аппараты, используемые в производстве фармацевтической продукции и пищевых добавок для приготовления высококачественных липосом с загрузкой витаминов, антиоксидантов, флавоноидов, пептидов, полифенолов и других биоактивных соединений / питательных веществ. Для удовлетворения потребностей клиентов Hielscher поставляет ультразвуковые аппараты от компактного ручного лабораторного гомогенизатора и настольных ультразвуковых аппаратов до полностью промышленных ультразвуковых систем для производства больших объёмов липосомальных составов. Приготовление липосомальных составов с помощью ультразвука можно осуществлять в периодическом режиме или в виде непрерывного поточного процесса с использованием ультразвукового проточного реактора. Доступен широкий ассортимент ультразвуковых сонотродов (зондов) и реакционных сосудов, позволяющий подобрать оптимальную конфигурацию для вашего производства липосом. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Точный контроль всех важных параметров процесса, таких как амплитуда, давление, температура и время обработки ультразвуком, делает ультразвуковой процесс надёжным и воспроизводимым. Hielscher Ultrasonics понимает важность стабильно высокого качества продукции и помогает производителям пищевых добавок и терапевтических средств внедрять стандартизацию процессов и GMP (надлежащую производственную практику) с помощью интеллектуального программного обеспечения и автоматической регистрации данных. Наши цифровые ультразвуковые гомогенизаторы автоматически записывают все параметры ультразвукового процесса на встроенную SD-карту. Цифровые сенсорные дисплеи и дистанционное управление через браузер обеспечивают непрерывный мониторинг процесса и позволяют точно регулировать его параметры всякий раз, когда это необходимо. Это значительно упрощает мониторинг процесса и контроль качества.
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: