Ультразвуковое липосомное формирование: методика и преимущества

Липосомы - это сферические везикулы, состоящие из липидных бислоев, которые широко используются для доставки лекарств, в косметической и пищевой промышленности благодаря своей биосовместимости и способности инкапсулировать как гидрофильные, так и гидрофобные вещества. Использование высокоинтенсивного ультразвука для формирования липосом является одним из наиболее распространенных методов инкапсуляции липосом. Известная своей эффективностью, масштабируемостью и способностью производить липосомы с контролируемым размером и высокой эффективностью инкапсуляции, соникация предлагает множество дополнительных преимуществ по сравнению с альтернативными методами производства липосом. Эта статья познакомит вас с методикой ультразвукового формирования липосом, ее преимуществами и разнообразными областями применения в биологически активных добавках, фармацевтических препаратах, терапевтических средствах и функциональных продуктах питания.

Сонизация для формирования липосом

Зондовые соникаторы - незаменимый инструмент при производстве липосом с активными ингредиентами. Здесь мы расскажем вам о том, как формируются и загружаются липосомы с помощью ультразвукового метода.

1. Приготовление раствора липидов:
   Процесс начинается с приготовления липидного раствора. Обычно используются такие липиды, как фосфатидилхолин, холестерин и другие фосфолипиды. Эти липиды растворяют в органическом растворителе, таком как хлороформ или этанол.
2. Формирование липидной пленки:
   Затем раствор липидов выпаривают под пониженным давлением (в вакууме) с помощью роторного испарителя, чтобы образовалась тонкая липидная пленка на стенках круглодонной колбы. Этот этап обеспечивает удаление органических растворителей, оставляя после себя сухую липидную пленку.
3. Гидратация липидной пленки:
   Высушенная липидная пленка гидратируется водным раствором, который может содержать активное вещество, подлежащее инкапсуляции. В результате образуются мультиламеллярные везикулы (МЛВ). Процесс гидратации обычно включает в себя вихревое перемешивание или мягкое перемешивание при температуре выше температуры перехода липидов.
4. Ультразвуковая обработка:
   Затем МЛВ подвергаются ультразвуковому воздействию с помощью соникатора зондового типа. Ультразвуковые волны вызывают кавитацию, создавая микропузырьки, которые схлопываются и генерируют сдвиговые силы. Этот процесс вызывает сонопоризацию, благодаря чему липосомы эффективно загружаются, что приводит к высокой эффективности захвата (EE%). Повышенная проницаемость благодаря сонопорированию облегчает диффузию инкапсулянтов в липосомы. После прекращения процесса сонопирования липидные бислои быстро восстанавливаются, удерживая инкапсулированные вещества внутри.
   Кроме того, соникация разбивает МЛВ на более мелкие униламеллярные везикулы (УЛВ) или малые униламеллярные везикулы (МУВ), размер которых обычно варьируется от 20 до 200 нм. Такие параметры, как время соникации, мощность и температура, оптимизируются для достижения желаемого размера липосом и эффективности инкапсуляции.
5. Очистка и характеристика:
   После соникации суспензию липосом часто фильтруют или центрифугируют, чтобы удалить неинкапсулированный материал и более крупные везикулы. Полученные липосомы характеризуются с помощью таких методов, как динамическое рассеяние света (DLS) для определения распределения размеров, анализ дзета-потенциала для определения поверхностного заряда и просвечивающая электронная микроскопия (TEM) для определения морфологии.

После образования липидной пленки последующая регидратация, ультразвук используется для содействия захвату активных ингредиентов в липосоме. Кроме того, ультразвуковая обработка позволяет достичь желаемого размера липосом.

научно доказано

Ультразвуковые аппараты зондового типа были быстро признаны надежным методом получения липосом и в настоящее время широко используются для получения липосом в исследовательских и коммерческих производствах. Эффективность и надежность ультразвукового формирования липосом и загрузки липосом активными ингредиентами была продемонстрирована в научных исследованиях для многих составов. Ниже приведены два кратких обзора по липосомальному инкапсулированию с использованием зондовой соникации.
 
Hadian et al. (2014) исследовали эффективность инкапсуляции омега-3 жирных кислот из рыбьего жира (DHA и EPA) в липосомы с помощью ультразвука. Чтобы оценить эффективность и качество инкапсуляции, они сравнили ультразвуковой метод приготовления липосом с экструзией липосом. Используя зондовый соникатор UP200S компании Hielscher, исследователи обнаружили, что зондовый соникатор “Предварительно сформированные липосомы способствуют значительной загрузке ДГК и ЭПК в нанолипосомальную мембрану. Метод зондового озвучивания превзошел другие методы.” Липосомы, приготовленные с помощью зондового соника, имели сферическую форму и сохраняли высокую структурную целостность.
 
Paini et al. (2015) разработали простой, но высокоэффективный метод с использованием соникации для приготовления липосом, нагруженных апигенином, с пищевым рапсовым лецитином в водной среде без использования органического растворителя. Используя 400-ваттный соникатор зондового типа модели UP400S (Hielscher Ultrasonics), была достигнута эффективность инкапсуляции более 92 %. Размер липосом можно точно контролировать, регулируя амплитуду соникации и время процесса. Анализ показал, что липосомальные структуры апигенина имели высокий дзета-потенциал, хороший индекс полидисперсности и сохраняли стабильность после процесса инкапсуляции.

Преимущества ультразвуковой липосомальной инкапсуляции

Методы приготовления липосом широко варьируются, каждый из них имеет свой набор преимуществ и ограничений. Ультразвуковое приготовление липосом выделяется по нескольким причинам, поскольку оно обеспечивает очень высокую эффективность захвата (EE%), превосходный контроль над размером липосом, надежность при воспроизводимых результатах, а также линейную масштабируемость до больших объемов.

1. Повышенная эффективность инкапсуляции:
   Ультразвуковое воздействие обеспечивает высокую эффективность инкапсуляции как гидрофильных, так и гидрофобных соединений. Интенсивные силы сдвига и кавитация способствуют равномерному распределению инкапсулянта в липосомальном бислое или водном ядре.
2. Контролируемое распределение по размерам:
   Возможность точно контролировать параметры соникации позволяет получать липосомы с узким распределением по размерам, что необходимо для стабильной доставки лекарств и биодоступности.
3. Масштабируемость и воспроизводимость:
   Ультразвуковое образование липосом отличается высокой масштабируемостью, что позволяет использовать его как в лабораторных, так и в промышленных масштабах. Воспроизводимость процесса обеспечивает стабильное качество всех партий.
4. Минимальное использование органических растворителей:
   По сравнению с другими методами получения липосом, ультразвук требует значительно меньше органических растворителей, что снижает потенциальную токсичность и воздействие на окружающую среду.
5. Многосторонность:
   Эта техника универсальна и подходит для широкого спектра липидов и инкапсулянтов, что расширяет возможности ее применения в различных отраслях промышленности.

Применение в добавках, фармацевтике, терапии и функциональных продуктах питания

Ультразвуковые приборы Hielscher используются в научных исследованиях и в коммерческом производстве для получения липосом пищевого и фармацевтического качества. Липосомы, полученные ультразвуковым способом, отличаются высокой биодоступностью, способностью переносить большое количество активных ингредиентов, высокой эффективностью инкапсуляции (EE%) и стабильностью. Кроме того, соникация приводит к равномерному распределению размеров. Соответствуя всем этим критериям качества, липосомы, полученные ультразвуковым методом, являются идеальным носителем активных фармацевтических ингредиентов (API) и фитохимических веществ в лекарствах, терапевтических средствах, диетических добавках, функциональных продуктах питания и даже косметике.

1. Добавки:
   Ультразвуковая липосомальная инкапсуляция используется для повышения биодоступности диетических добавок и нутрицевтиков. Витамины, минералы и растительные экстракты, заключенные в липосомы, отличаются улучшенной абсорбцией и стабильностью, что приводит к повышению эффективности. Например, липосомальные добавки витамина С и куркумина популярны благодаря своим повышенным терапевтическим свойствам.
2. Фармацевтика:
   В фармацевтической промышленности липосомы служат носителями для доставки лекарств, улучшая их растворимость, стабильность и направленность действия. Приготовленные ультразвуком липосомальные составы используются для доставки химиотерапевтических агентов, антибиотиков и вакцин. Липосомальный доксорубицин, например, снижает кардиотоксичность, связанную с традиционной терапией доксорубицином.
3. Терапия:
   Липосомальное инкапсулирование позволяет добиться контролируемого высвобождения и адресной доставки лекарственных средств. Липосомы могут преодолевать биологические барьеры, такие как гематоэнцефалический барьер, обеспечивая доставку лекарств в определенные ткани или клетки. Нанолипосомы, полученные ультразвуком, обладают очень высокой биодоступностью, поскольку их наноразмер позволяет им проникать в ткани и клетки. Это особенно важно при лечении неврологических и онкологических заболеваний.
4. Функциональные продукты питания:
   В индустрии функциональных продуктов питания липосомы улучшают доставку биоактивных соединений, таких как омега-3 жирные кислоты, пробиотики и антиоксиданты. Эти инкапсулированные биоактивные вещества отличаются повышенной стабильностью и биодоступностью, способствуя улучшению здоровья. Например, липосомальная инкапсуляция полифенолов в напитках с помощью ультразвука помогает сохранить их антиоксидантные свойства.
5. Косметика:
   Косметические препараты, также называемые космецевтическими, выигрывают от применения липосомальной технологии инкапсуляции, поскольку липосомы повышают эффективность инкапсуляции антивозрастных веществ, таких как антиоксиданты, обеспечивая лучшую защиту от окислительного стресса. Бислойная структура защищает чувствительные соединения от воздействия факторов окружающей среды, таких как УФ-излучение и загрязнение, которые могут разрушить антиоксиданты. Повышенная эффективность инкапсуляции сонизированных липосом позволяет стабильно вводить летучие и чувствительные соединения, которые в противном случае трудно эффективно доставить.

Ультразвуковое формирование липосом - надежный и универсальный метод, обладающий значительными преимуществами в эффективности инкапсуляции, контроле размеров, масштабируемости и экологичности. Его применение охватывает различные отрасли промышленности, от повышения биодоступности пищевых добавок до улучшения доставки и эффективности фармацевтических и терапевтических препаратов. По мере развития исследований и технологий потенциал ультразвукового липосомального инкапсулирования для инноваций и улучшения рецептур продуктов продолжает расширяться, обещая захватывающие разработки в области здравоохранения, медицины, питания и косметики.

Наноносители, сформированные с помощью сонации

Помимо липосом, соникация также успешно используется для формулирования и загрузки различных других форм наноносителей, таких как твердолипидные наночастицы, наноструктурированные липидные носители и наноэмульсии. Соникаторы Hielscher способствуют эффективному формированию и загрузке этих наноносителей биологически активными ингредиентами. Известные своими передовыми технологиями, соникаторы Hielscher используются по всему миру в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.