Ультразвуковое производство липосомальных омега-3 жирных кислот
Нанолипосомы – высокоэффективные носители лекарственных веществ, используемые для повышения биодоступности биологически активных соединений, таких как омега-2 жирные кислоты, витамины и другие вещества. Ультразвуковая инкапсуляция биологически активных соединений – быстрый и простой метод получения нанолипосом с высоким содержанием лекарственных веществ. Ультразвуковая инкапсуляция в липосомы повышает стабильность и биодоступность соединений.
Липосомальные омега-3 жирные кислоты
Омега-3 жирные кислоты, такие как эйкозапентаеновая кислота (EPA) и докозагексаеновая кислота (DHA), играют жизненно важную роль в нормальном протекании многих жизненно важных биохимических реакций в организме человека. EPA и DHA содержатся преимущественно в холодноводной рыбе, печени трески и моллюсках и ракообразных. Поскольку не все употребляют рекомендуемые две порции рыбы в неделю, рыбий жир часто используют в виде пищевых добавок. Кроме того, омега-3 жирные кислоты, такие как EPA и DHA, применяют в качестве терапевтических средств для лечения сердечно-сосудистых заболеваний и заболеваний головного мозга, а также в терапии рака. Ультразвуковая инкапсуляция в липосомы – широко и успешно применяемый метод повышения биодоступности и скорости всасывания.
Ультразвуковая инкапсуляция омега-3 жирных кислот в липосомы
Ультразвуковая инкапсуляция – надежный метод получения липосом с высоким содержанием активных веществ. Ультразвуковое наноэмульгирование разрушает фосфолипидные бислои и подводит энергию, способствующую формированию амфифильных везикул сферической формы, известных как липосомы.
Обработка ультразвуком позволяет контролировать размер липосом в процессе их ультразвукового получения: размер липосом уменьшается с увеличением энергии ультразвука. Липосомы меньшего размера обеспечивают более высокую биодоступность для всасывания и могут успешнее доставлять молекулы жирных кислот к целевым участкам, поскольку меньший размер облегчает проникновение через клеточные мембраны.
Липосомы известны как эффективные носители лекарственных веществ, которые благодаря амфифильной структуре их бислоев можно загружать как липофильными, так и гидрофильными веществами. Еще одно преимущество липосом – возможность их химической модификации путем включения в состав полимеров, связанных с липидами, что улучшает поглощение заключенных в липосомы молекул целевой тканью и продлевает высвобождение лекарственного вещества, а следовательно, и период его полувыведения. Липосомальная инкапсуляция также защищает биологически активные соединения от окислительной деградации, что особенно важно для склонных к окислению полиненасыщенных жирных кислот, таких как EPA и DHA.
Hadia et al. (2014) установили, что ультразвуковая инкапсуляция DHA и EPA с использованием ультразвукового аппарата зондового типа UP200S обеспечивала более высокую эффективность инкапсуляции (%EE): 56,9 ± 5,2% для DHA и 38,6 ± 1,8% для EPA. При обработке ультразвуком %EE для DHA и EPA в липосомах значительно увеличивалась (значение p меньше 0,05; статистически значимые значения).
Липосомы, полученные с помощью ультразвука и загруженные жирными кислотами DHA и EPA.
Исследование и изображение: Hadian et al. 2014
Сравнение эффективности: ультразвуковая инкапсуляция и экструзия липосом
При сравнении ультразвуковой инкапсуляции с помощью зонда с обработкой в ультразвуковой ванне и методом экструзии лучшие результаты формирования липосом достигаются при обработке ультразвуковым зондом.
Hadia et al. (2014) сравнили обработку ультразвуковым зондом (UP200S), обработку в ультразвуковой ванне и экструзию как методы получения липосом с омега-3 жирными кислотами рыбьего жира. Липосомы, полученные при обработке ультразвуковым зондом, имели сферическую форму и сохраняли высокую структурную целостность. Исследование показало, что обработка предварительно сформированных липосом ультразвуковым зондом облегчает получение липосом с высоким содержанием DHA и EPA. При обработке ультразвуковым зондом омега-3 жирные кислоты DHA и EPA инкапсулировались в нанолипосомальную мембрану. Инкапсуляция обеспечивает высокую биодоступность омега-3 жирных кислот и защищает их от окислительной деградации.
Важные факторы получения высококачественных липосом
После получения липосом стабилизация и хранение липосомальных составов играют решающую роль в обеспечении долговременной стабильности и высокой эффективности состава-носителя.
К критическим факторам, влияющим на стабильность липосом, относятся значение pH, температура хранения и материалы емкостей для хранения.
Для готового состава идеальным считается значение pH около 6,5, поскольку при pH 6,5 скорость гидролиза липидов снижается до минимального уровня.
Поскольку липосомы могут окисляться и терять заключенные в них вещества, рекомендуется температура хранения около 2–8 °C. Загруженные липосомы нельзя подвергать замораживанию и оттаиванию, поскольку стресс, вызванный замораживанием и оттаиванием, способствует утечке инкапсулированных биологически активных соединений.
Емкости для хранения и их укупорочные средства следует тщательно выбирать, поскольку липосомы несовместимы с некоторыми пластмассовыми материалами. Для предотвращения деградации липосом инъекционные липосомальные суспензии следует хранить в стеклянных ампулах, а не в инъекционных флаконах с пробками. Совместимость с эластомерными пробками инъекционных флаконов необходимо проверять. Для предотвращения фотоокисления липидных композитов очень важно хранение с защитой от света, например использование бутылки из темного стекла и хранение в темном месте. Для липосомальных составов, предназначенных для инфузии, необходимо обеспечить совместимость липосомальных суспензий с трубками для внутривенного введения, изготовленными из синтетической пластмассы. Условия хранения и совместимость с материалами должны быть указаны на этикетке липосомального состава. [ср. Kulkarni and Shaw, 2016]
После формирования липидной пленки и последующей регидратации применяют обработку ультразвуком, чтобы способствовать заключению активных ингредиентов в липосому. Кроме того, обработка ультразвуком позволяет получить липосомы желаемого размера.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для липосомальных составов
Ультразвуковые аппараты Hielscher – надежные устройства, используемые в производстве фармацевтических препаратов и пищевых добавок для получения высококачественных липосом, загруженных жирными кислотами, витаминами, антиоксидантами, пептидами, полифенолами и другими биологически активными соединениями. 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 объемов липосомальных составов. Ультразвуковое получение липосомальных составов можно осуществлять в периодическом режиме или в виде непрерывного поточного процесса. Широкий ассортимент ультразвуковых сонотродов (зондов) и реакторных емкостей позволяет подобрать оптимальную конфигурацию оборудования для вашего производства липосом. Прочность и надежность ультразвуковых аппаратов Hielscher обеспечивают работу 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | группа аппаратов UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторного до пилотного и промышленного масштаба.
Литература / Источники
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- Zahra Hadian (2016): A Review of Nanoliposomal Delivery System for Stabilization of Bioactive Omega-3 Fatty Acids. Electron Physician. 2016 Jan; 8(1): 1776–1785.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, PharmDa, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
- Vitthal S. Kulkarni., Charles Shaw (2016): Formulating Creams, Gels, Lotions, and Suspensions. In: Essential Chemistry for Formulators of Semisolid and Liquid Dosages, 2016. 29-41.
Полезные сведения
Что такое липосомы?
Липосома – сферическая везикула, имеющая по меньшей мере один липидный бислой. Липосомы известны как превосходные носители лекарственных веществ и используются для доставки питательных веществ, добавок и фармацевтических препаратов в целевую ткань.
Липосомы обычно получают из фосфолипидов, особенно фосфатидилхолина, но они также могут содержать другие липиды, например фосфатидилэтаноламин из яиц, при условии их совместимости со структурой липидного бислоя.
Липосома состоит из водного ядра, окруженного гидрофобной мембраной в форме липидного бислоя; гидрофильные вещества, растворенные в ядре, заключены внутри и не могут свободно проходить через бислой. Гидрофобные молекулы могут размещаться в бислое. Таким образом, липосому можно загружать гидрофобными и/или гидрофильными молекулами. Для доставки молекул к целевому участку липидный бислой может сливаться с другими бислоями, например с клеточной мембраной, доставляя тем самым инкапсулированные в липосоме вещества в клетки.
Поскольку кровь млекопитающих имеет водную основу, липосомы эффективно транспортируют гидрофобное вещество по организму к целевым клеткам. Поэтому липосомы используют для повышения биодоступности нерастворимых в воде молекул, например CBD, куркумина и молекул лекарственных веществ.
Липосомы успешно получают с помощью ультразвукового наноэмульгирования и инкапсуляции.
Структура липосомы: водное ядро и фосфолипидный бислой с гидрофильными головками и гидрофобными/липофильными хвостами.
Омега-3 жирные кислоты
Омега-3 (ω-3) и омега-6 (ω-6) жирные кислоты относятся к полиненасыщенным жирным кислотам (ПНЖК) и участвуют в многочисленных функциях организма человека. Особенно известны противовоспалительные и полезные для здоровья свойства омега-3 жирных кислот.
Эйкозапентаеновая кислота, или EPA (20:5n-3), служит предшественником эйкозаноидов: prostaglandin-3, который ингибирует агрегацию тромбоцитов, thromboxane-3 и leukotriene-5, и играет решающую роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы и головного мозга.
Докозагексаеновая кислота, или DHA (22:6n-3), является основным структурным компонентом центральной нервной системы млекопитающих. DHA – наиболее распространенная омега-3 жирная кислота в головном мозге и сетчатке, причем оба органа, головной мозг и сетчатка, для нормального функционирования зависят от поступления DHA с пищей. DHA поддерживает широкий спектр свойств клеточных мембран и процессов клеточной сигнализации, особенно в сером веществе головного мозга, а также в богатых мембранами наружных сегментах фоторецепторных клеток сетчатки.
Пищевые источники омега-3 жирных кислот
К пищевым источникам ω-3 относятся рыба, например холодноводные виды, такие как лосось, сардины и скумбрия, жир печени трески, моллюски и ракообразные, икра, морские водоросли, масло из морских водорослей, семена льна, семена конопли, семена чиа и грецкие орехи.
Обычный западный рацион, как правило, содержит большое количество омега-6 (ω-6) жирных кислот, поскольку такие продукты, как зерновые, масла из семян растений, мясо птицы и яйца, богаты омега-6 липидами. С другой стороны, омега-3 (ω-3) жирные кислоты, которые содержатся преимущественно в холодноводной рыбе, потребляются в значительно меньших количествах, поэтому соотношение омега-3:омега-6 часто оказывается совершенно несбалансированным.
Поэтому врачи и другие медицинские специалисты часто рекомендуют употребление пищевых добавок с омега-3.
Незаменимые жирные кислоты
Незаменимые жирные кислоты (НЖК) – жирные кислоты, которые люди и животные должны получать с пищей, поскольку они необходимы организму для нормальной жизнедеятельности, но он не может их синтезировать. В целом незаменимые жирные кислоты и их производные критически важны для головного мозга и нервной системы и составляют 15%–30% сухой массы головного мозга. Незаменимые жирные кислоты подразделяются на насыщенные, ненасыщенные и полиненасыщенные. Для человека известны только две незаменимые жирные кислоты: альфа-линоленовая кислота, относящаяся к омега-3 жирным кислотам, и линолевая кислота, относящаяся к омега-6 жирным кислотам. Существуют и другие жирные кислоты, которые можно классифицировать как «условно незаменимые», то есть они могут становиться незаменимыми при определенных условиях развития или заболеваниях; к ним относятся, например, докозагексаеновая кислота, являющаяся омега-3 жирной кислотой, и гамма-линоленовая кислота, являющаяся омега-6 жирной кислотой.