Ultrazvuková výroba lipozomálnych omega-3 mastných kyselín
Nanolipozómy sú vysoko účinné nosiče liečiv používané na zvýšenie biologickej dostupnosti bioaktívnych zlúčenín, ako sú omega-2 mastné kyseliny, vitamíny a ďalšie látky. Ultrazvuková enkapsulácia bioaktívnych zlúčenín je rýchla a jednoduchá technika prípravy nanolipozómov s vysokým obsahom liečiva. Ultrazvuková enkapsulácia do lipozómov zvyšuje stabilitu a biologickú dostupnosť týchto zlúčenín.
Lipozomálne omega-3 mastné kyseliny
Omega-3 mastné kyseliny, ako sú kyselina eikozapentaénová (EPA) a kyselina dokozahexaénová (DHA), zohrávajú zásadnú úlohu pri správnom priebehu mnohých životne dôležitých biochemických reakcií v ľudskom tele. EPA a DHA sa nachádzajú prevažne v rybách zo studených vôd, treščej pečeni a morských mäkkýšoch a kôrovcoch. Keďže nie každý konzumuje odporúčané dve porcie rýb týždenne, rybí olej sa často používa vo forme výživových doplnkov. Okrem toho sa omega-3 mastné kyseliny, ako sú EPA a DHA, používajú ako terapeutické látky na liečbu srdcovo-cievnych ochorení a ochorení mozgu, ako aj pri liečbe rakoviny. Ultrazvuková enkapsulácia do lipozómov je široko a úspešne používanou technikou na zlepšenie biologickej dostupnosti a rýchlosti vstrebávania.
Ultrazvuková enkapsulácia omega-3 mastných kyselín do lipozómov
Ultrazvuková enkapsulácia je spoľahlivá technika prípravy lipozómov s vysokým obsahom účinných látok. Ultrazvuková nanoemulgácia narúša fosfolipidové dvojvrstvy a dodáva energiu na podporu tvorby amfifilných vezikúl guľovitého tvaru, známych ako lipozómy.
Pôsobenie ultrazvuku umožňuje regulovať veľkosť lipozómov počas procesu ultrazvukovej prípravy: veľkosť lipozómov sa so zvyšujúcou sa energiou ultrazvuku zmenšuje. Menšie lipozómy poskytujú vyššiu bioprístupnosť a dokážu s vyššou úspešnosťou dopraviť molekuly mastných kyselín na cieľové miesta, pretože menšia veľkosť uľahčuje prestup cez bunkové membrány.
Lipozómy sú známe ako účinné nosiče liečiv, ktoré možno vďaka amfifilnej štruktúre ich dvojvrstiev naplniť lipofilnými aj hydrofilnými látkami. Ďalšou výhodou lipozómov je možnosť ich chemickej modifikácie začlenením polymérov viazaných na lipidy do formulácie, čím sa zlepšuje príjem zachytených molekúl v cieľovom tkanive a predlžuje sa uvoľňovanie liečiva, a tým aj jeho polčas. Lipozomálna enkapsulácia chráni bioaktívne zlúčeniny aj pred oxidačnou degradáciou, čo je dôležitý faktor pri polynenasýtených mastných kyselinách, ako sú EPA a DHA, ktoré sú náchylné na oxidáciu.
Hadia a kol. (2014) zistili, že pri ultrazvukovej enkapsulácii DHA a EPA pomocou sondového ultrazvukového prístroja UP200S sa dosiahla vyššia účinnosť enkapsulácie (%EE), a to 56,9 ± 5,2% pre DHA a 38,6 ± 1,8% pre EPA. Hodnota %EE pre DHA a EPA v lipozómoch sa pri použití ultrazvuku významne zvýšila (hodnota p menšia ako 0,05; štatisticky významné hodnoty).
Ultrazvukom pripravené lipozómy s obsahom mastných kyselín DHA a EPA.
Štúdia a obrázok: Hadian a kol. 2014
Porovnanie účinnosti: ultrazvuková enkapsulácia verzus extrúzia lipozómov
Pri porovnaní ultrazvukovej enkapsulácie pomocou sondy so sonikáciou v ultrazvukovom kúpeli a technikou extrúzie sa pomocou sondovej sonikácie dosahuje lepšia tvorba lipozómov.
Hadia a kol. (2014) porovnávali sondovú sonikáciu (UP200S), sonikáciu v ultrazvukovom kúpeli a extrúziu ako techniky prípravy lipozómov s obsahom omega-3 rybieho oleja. Lipozómy pripravené sondovou sonikáciou mali guľovitý tvar a zachovali si vysokú štrukturálnu integritu. Štúdia dospela k záveru, že sondová sonikácia vopred vytvorených lipozómov uľahčuje prípravu lipozómov s vysokým obsahom DHA a EPA. Pomocou sondovej sonikácie boli omega-3 mastné kyseliny DHA a EPA enkapsulované do nanolipozomálnej membrány. Enkapsulácia zabezpečuje vysokú biologickú dostupnosť omega-3 mastných kyselín a chráni ich pred oxidačnou degradáciou.
Dôležité faktory pre vysokú kvalitu lipozómov
Po príprave lipozómov zohrávajú stabilizácia a skladovanie lipozómových formulácií kľúčovú úlohu pri získavaní dlhodobo stabilnej a vysokoúčinnej nosičovej formulácie.
Medzi kritické faktory ovplyvňujúce stabilitu lipozómov patria hodnota pH, teplota skladovania a materiály skladovacích obalov.
Pre hotovú formuláciu sa za ideálnu považuje hodnota pH približne 6,5, pretože pri pH 6,5 sa rýchlosť hydrolýzy lipidov znižuje na najnižšiu úroveň.
Keďže lipozómy môžu oxidovať a strácať zachytené látky, odporúča sa teplota skladovania približne 2–8 °C. Naplnené lipozómy sa nesmú vystavovať zmrazovaniu a rozmrazovaniu, pretože namáhanie pri zmrazovaní a rozmrazovaní podporuje únik enkapsulovaných bioaktívnych zlúčenín.
Skladovacie obaly a ich uzávery by sa mali starostlivo vyberať, pretože lipozómy nie sú kompatibilné s niektorými plastovými materiálmi. Aby sa zabránilo degradácii lipozómov, injekčné lipozómové suspenzie by sa mali skladovať v sklenených ampulkách namiesto injekčných liekoviek so zátkami. Musí sa overiť kompatibilita s elastomérovými zátkami injekčných liekoviek. Na zabránenie fotooxidácii lipidových kompozitov je veľmi dôležité skladovanie s ochranou pred svetlom, napr. použitím fľaše z tmavého skla a skladovaním na tmavom mieste. Pri lipozómových formuláciách určených na infúziu sa musí zabezpečiť kompatibilita lipozómových suspenzií s intravenóznymi hadičkami (vyrobenými zo syntetického plastu). Podmienky skladovania a materiálová kompatibilita by mali byť uvedené na etikete lipozómovej formulácie. [porov. Kulkarni a Shaw, 2016]
Po vytvorení lipidového filmu a následnej rehydratácii sa sonikácia používa na podporu zachytávania účinných látok v lipozóme. Sonikáciou sa navyše dosahuje požadovaná veľkosť lipozómov.
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na lipozómové formulácie
Sonikátory Hielscher sú spoľahlivé zariadenia používané pri výrobe liekov a výživových doplnkov na prípravu vysokokvalitných lipozómov naplnených mastnými kyselinami, vitamínmi, antioxidantmi, peptidmi, polyfenolmi a ďalšími bioaktívnymi zlúčeninami. Na splnenie požiadaviek svojich zákazníkov dodáva Hielscher ultrazvukové prístroje od kompaktného ručného laboratórneho homogenizátora a stolových ultrazvukových prístrojov až po plne priemyselné ultrazvukové systémy na výrobu veľkých objemov lipozómových formulácií. Ultrazvuková príprava lipozómových formulácií môže prebiehať vsádzkovo alebo ako kontinuálny inline proces. Na zabezpečenie optimálneho usporiadania vašej výroby lipozómov je k dispozícii široký sortiment ultrazvukových sonotród (sond) a reaktorových nádob. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem vsádzky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zoskupenie zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórneho po poloprevádzkové a priemyselné meradlo.
Literatúra / referencie
- 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.
Čo sa oplatí vedieť
Čo sú lipozómy?
Lipozóm je guľovitá vezikula s aspoň jednou lipidovou dvojvrstvou. Lipozómy sú známe ako vynikajúce nosiče liečiv a používajú sa na dopravu živín, výživových doplnkov a liečiv do cieľového tkaniva.
Lipozómy sa bežne vyrábajú z fosfolipidov, najmä z fosfatidylcholínu, ale môžu obsahovať aj iné lipidy, napríklad vaječný fosfatidyletanolamín, pokiaľ sú kompatibilné so štruktúrou lipidovej dvojvrstvy.
Lipozóm pozostáva z vodného jadra, ktoré je obklopené hydrofóbnou membránou vo forme lipidovej dvojvrstvy; hydrofilné látky rozpustené v jadre sú v ňom zachytené a nemôžu ľahko prechádzať cez dvojvrstvu. Hydrofóbne molekuly sa môžu ukladať do dvojvrstvy. Lipozóm tak možno naplniť hydrofóbnymi a/alebo hydrofilnými molekulami. Na dopravu molekúl na cieľové miesto môže lipidová dvojvrstva splynúť s inými dvojvrstvami, napríklad s bunkovou membránou, čím sa látky zapuzdrené v lipozóme dostanú do buniek.
Keďže krv cicavcov má vodný základ, lipozómy účinne prepravujú hydrofóbnu látku cez telo do cieľových buniek. Lipozómy sa preto používajú na zvýšenie biologickej dostupnosti molekúl nerozpustných vo vode (napr. CBD, kurkumínu, molekúl liečiv).
Lipozómy sa úspešne pripravujú ultrazvukovou nanoemulgáciou a zapuzdrovaním.
Štruktúra lipozómu: Vodné jadro a fosfolipidová dvojvrstva s hydrofilnými hlavičkami a hydrofóbnymi/lipofilnými chvostíkmi.
Omega-3 mastné kyseliny
Omega-3 (ω-3) aj omega-6 (ω-6) mastné kyseliny sú polynenasýtené mastné kyseliny (PUFAs) a podieľajú sa na mnohých funkciách ľudského tela. Najmä omega-3 mastné kyseliny sú známe svojimi protizápalovými a zdraviu prospešnými vlastnosťami.
Kyselina eikozapentaénová alebo EPA (20:5n-3) pôsobí ako prekurzor eikozanoidov prostaglandínu-3 (ktorý inhibuje agregáciu krvných doštičiek), tromboxánu-3 a leukotriénu-5 a zohráva kľúčovú úlohu pri udržiavaní zdravia srdca, ciev a mozgu.
Kyselina dokozahexaénová alebo DHA (22:6n-3) je hlavnou štruktúrnou zložkou centrálnej nervovej sústavy cicavcov. DHA je najhojnejšie zastúpenou omega−3 mastnou kyselinou v mozgu a sietnici a oba orgány, mozog aj sietnica, sú pre svoje správne fungovanie závislé od príjmu DHA v potrave. DHA podporuje širokú škálu vlastností bunkových membrán a bunkovej signalizácie, najmä v sivej hmote mozgu, ako aj vo vonkajších segmentoch fotoreceptorových buniek sietnice, ktoré sú bohaté na membrány.
Potravinové zdroje omega-3 mastných kyselín
Medzi potravinové zdroje ω-3 patria ryby (napr. studenovodné ryby, ako sú losos, sardinky a makrela), olej z treščej pečene, mäkkýše a kôrovce, kaviár, morské riasy, olej z morských rias, ľanové semená (semená ľanu), konopné semená, chia semená a vlašské orechy.
Bežná západná strava zvyčajne obsahuje vysoké množstvá omega-6 (ω-6) mastných kyselín, pretože potraviny ako obilniny, oleje z rastlinných semien, hydina a vajcia sú bohaté na omega-6 lipidy. Na druhej strane sa omega-3 (ω-3) mastné kyseliny, ktoré sa nachádzajú najmä v studenovodných rybách, konzumujú vo výrazne menších množstvách, takže pomer omega-3:omega-6 je často úplne nevyvážený.
Lekári a zdravotnícki pracovníci preto často odporúčajú užívanie výživových doplnkov s obsahom omega-3.
Esenciálne mastné kyseliny
Esenciálne mastné kyseliny (EFA) sú mastné kyseliny, ktoré ľudia a zvieratá musia prijímať v potrave, pretože ich telo potrebuje na správne zabezpečenie životných funkcií, ale nedokáže ich syntetizovať. Vo všeobecnosti majú esenciálne mastné kyseliny a ich deriváty zásadný význam pre mozog a nervový systém a predstavujú 15%–30% suchej hmotnosti mozgu. Esenciálne mastné kyseliny sa delia na nasýtené, nenasýtené a polynenasýtené mastné kyseliny. U ľudí sú známe iba dve esenciálne mastné kyseliny, a to kyselina alfa-linolénová, ktorá je omega-3 mastnou kyselinou, a kyselina linolová, ktorá je omega-6 mastnou kyselinou. Existujú aj ďalšie mastné kyseliny, ktoré možno klasifikovať ako „podmienene esenciálne“, čo znamená, že sa môžu stať esenciálnymi za určitých vývinových alebo chorobných podmienok; príkladmi sú kyselina dokozahexaénová, ktorá je omega-3 mastnou kyselinou, a kyselina gama-linolénová, ktorá je omega-6 mastnou kyselinou.