Liposomska enkapsulacija bioaktivnih molekul z ultrazvokom

Znano je, da je ultrazvočna obdelava zelo učinkovita pri pripravi liposomskih formulacij. Tipične liposomske formulacije z ultrazvočno obdelavo enkapsulirajo vitamin C, CBD, kurkumin, quercitin, astaksantin, peptide in številne druge bioaktivne spojine. Ultrazvočna liposomska enkapsulacija je preprosta, hitra in učinkovita tehnika, ki omogoča izdelavo stabilnih veziklov z visoko vsebnostjo enkapsuliranih snovi. Ultrazvočno enkapsulirana hranila se odlikujejo z izjemno biološko uporabnostjo.

Pregled: liposomska enkapsulacija bioaktivnih spojin s sonikacijo

Ultrazvočna enkapsulacija je zelo učinkovita metoda za vključevanje bioaktivnih spojin v liposome, ki omogoča dobro nadzorovanje procesa ter izboljšuje njihovo stabilnost, biološko uporabnost in funkcionalno učinkovitost. Akustična kavitacija, ki jo ustvarja ultrazvok visoke intenzivnosti, spodbuja hitro hidratacijo lipidov, zmanjševanje velikosti veziklov in enakomerno dispergiranje, kar omogoča nastanek majhnih, homogenih liposomov z ozkimi porazdelitvami velikosti. Ta tehnika omogoča visoko učinkovitost enkapsulacije hidrofilnih in lipofilnih spojin, hkrati pa zmanjšuje potrebo po organskih topilih ali ostrih pogojih obdelave. Poleg tega ultrazvočna obdelava omogoča natančen nadzor velikosti delcev in lamelarnosti, ki sta ključna parametra za optimizacijo nadzorovanega sproščanja, privzema v celice in dolgoročne stabilnosti občutljivih bioaktivnih snovi v farmacevtskih, nutracevtskih in kozmetičnih aplikacijah.

Kaj so liposomi in kakšne so njihove prednosti?

Liposomi so vezikli, sestavljeni iz vodnega jedra, obdanega z enim ali več fosfolipidnimi dvosloji. Ker imajo liposomi vodno jedro, obdano z lipidnim slojem in hidrofilno zunanjo ovojnico, so topni v vodi in lahko v ustreznih predelih vezikla prenašajo spojine, topne v vodi, in spojine, topne v maščobah. Zato so liposomi zelo učinkovit dostavni sistem za terapevtsko aktivne molekule. Liposomi nastanejo z razgradnjo bioloških membran, kar je proces, ki ga ultrazvočna obdelava spodbuja in intenzivira. Liposomi so najpogosteje sestavljeni iz fosfolipidov, zlasti fosfatidilholina, lahko pa vsebujejo tudi druge lipide, kot je fosfatidiletanolamin iz jajc, če so združljivi s strukturo lipidnega dvosloja. Liposomi nastanejo spontano ob hidrataciji fosfolipidov. V prvem koraku – fazi hidratacije – se sonikacija uporablja za nanoemulgiranje lipidov in vodne faze, da se spodbudi nastanek večlamelarnih veziklov (MLVs) z visoko vsebnostjo enkapsuliranih snovi. Nato se lahko sonikacija po potrebi uporabi za zmanjšanje velikosti liposomov. Za pridobitev manjših veziklov se sonikacija uporablja za dispergiranje in zmanjševanje velikosti liposomov do monodisperznih velikih enolamelarnih veziklov (LUVs) ali majhnih enolamelarnih veziklov (SUVs).
Ultrazvočna tehnika tvorbe liposomov in zmanjševanja njihove velikosti je zanesljiva, hitra, učinkovita, preprosta in varna. Izdelani liposomi imajo visoko vsebnost bioaktivnih snovi, visoko stabilnost in izjemno biološko uporabnost.

Zakaj ultrazvočne čistilne kopeli ne morejo izdelati visokokakovostnih liposomov?

Izdelava liposomov zahteva ultrazvočno napravo, ki lahko dovede dovolj energije za tvorbo enakomernih delcev nanometrske velikosti. Doma izdelani liposomi, pripravljeni z ultrazvočnim čistilnikom nakita, so na splošno običajno neučinkoviti, saj pripravljeni liposomi nimajo zahtevane nanometrske velikosti niti bioaktivnih hranil ne enkapsulirajo učinkovito in dolgoročno stabilno. Za pripravo visokokakovostnih liposomov je prednostna tehnologija ultrazvočna naprava s sondo, saj lahko sonda (sonotroda) v medij prenese intenzivno akustično energijo, potrebno za tvorbo učinkovitih liposomov z visoko vsebnostjo enkapsuliranih snovi. Na splošno imajo liposomi, izdelani z ultrazvočno sondo, porazdelitev velikosti delcev v območju 100–500nm, kar je optimalno za visoko vsebnost enkapsuliranih snovi in izjemno biološko uporabnost.
Uporaba ultrazvočnega reaktorja s pretočno celico omogoča pripravo liposomov v okolju brez kisika, da se prepreči oksidativna razgradnja.
Ultrazvočne naprave s sondo zagotavljajo potrebno energijo za izdelavo visokokakovostnih liposomov, ki so:

Po tvorbi lipidnega filma in naknadni rehidraciji se sonikacija uporablja za spodbujanje ujetja učinkovin v liposome. Poleg tega se s sonikacijo doseže želena velikost liposomov.

Liposomska enkapsulacija molekul z ultrazvokom

Spodnji seznam prikazuje, katere snovi so že bile uspešno enkapsulirane v liposomske formulacije z ultrazvočnim postopkom priprave.

• antioksidanti, kot so glutation, vitamin C, metilirani vitamini skupine B, resveratrol, CoQ10 itd.
• fenolne spojine: flavonoidi, kot so fisetin, quercitin, oligomerni proantocianidini (OPC); saponini, kot je astralgaloside; alkaloidi
• minerali, kot so magnezijevi kelati (npr. magnezijev treonat, magnezijev orotat), cink, baker itd.
• terpeni, kot so astaksantin, limonen, pinen, humulen, linalol, beta-kariofilen, fitol, geraniol, terpinolen itd.
• lipidi, kot sta maščobni kislini omega-3 EPA in DHA; dipalmitoil-fosfatidilholin (DPPC) itd.
• aminokisline, kot so kreatin, glicin, 5-HTP (5-hidroksitriptofan), fenilalanin, L-teanin, GABA (gama-aminomaslena kislina), tavrin, N-acetilcistein (NAC), L-tirozin itd.
• peptidi, npr. oksitocin, kolagen, peptidi GLP-1 itd.
• polisaharidi, kot so hialuronska kislina, polisaharidi iz gob itd.
• kanabinoidi, kot so CBD, CBG, THC
• nootropiki, pametna zdravila in sredstva za izboljšanje kognitivnih sposobnosti, ki lahko vključujejo zgoraj navedene snovi in druge molekule

Liposomska formulacija bioaktivnih molekul, izboljšana z nanotehnologijo, zagotavlja višjo stopnjo absorpcije in izjemno biološko uporabnost ter lahko snovem omogoči prehod skozi krvno-možgansko pregrado.
Alternativni dostavni sistemi za zdravila na osnovi lipidov so nanoemulzije in koloidni nosilci na osnovi lipidov, kot so trdni lipidni nanodelci (SLN) in nanostrukturirani lipidni nosilci (NLC). Vse, tako nanoemulzije kot SLN in NLC, je mogoče s sonikacijo zanesljivo tvoriti in napolniti z učinkovinami.
Preberite več o ultrazvočno ekstrahirani in nanoenkapsulirani aloe veri!

Izberite želeno metodo tvorbe liposomov

Sonikacija se široko uporablja pri številnih metodah priprave in obdelave liposomov, saj podpira tako tvorbo liposomov kot nadzor pri naknadni obdelavi. Uporablja se lahko med neposredno tvorbo liposomov z dispergiranjem lecitina (fosfolipidov) v vodni fazi za spodbujanje hitrega nastajanja veziklov, pogosto pa se uporablja tudi pri uveljavljenih tehnikah, kot sta izparevanje z obratno fazo in hidratacija tankega filma, za izboljšanje dispergiranja lipidov in pospeševanje tvorbe veziklov. Poleg začetne priprave se sonikacija pogosto uporablja za polnjenje predhodno oblikovanih (praznih) liposomov s sonoporacijo, kar omogoča učinkovito vključevanje bioaktivnih spojin. Je tudi standardno orodje za zmanjševanje velikosti liposomov, s katerim nastanejo manjši, bolj enakomerni vezikli z ožjimi porazdelitvami velikosti za izboljšano stabilnost in učinkovitost dostave.
Preberite več o različnih metodah izdelave liposomov s pomočjo ultrazvoka:

• Ultrazvočna tvorba liposomov z lecitinom
• Ultrazvočna metoda izparevanja z obratno fazo
• Ultrazvočna hidratacija tankega filma

Dejavniki, ki vplivajo na kakovost liposomov

Kakovost liposomov določajo enakomernost velikosti delcev in lamelarnosti, učinkovitost ujetja (%EE) / vsebnost enkapsuliranih snovi ter stabilnost. Metoda priprave, pogoji obdelave, surovine in shranjevanje so pomembni dejavniki, ki prispevajo h kakovosti in s tem učinkovitosti liposomskih formulacij. Slika SEM na levi prikazuje liposome z enkapsuliranima maščobnima kislinama DHA in EPA, pripravljene z ultrazvočno napravo Hielscher UP200S (študija in slika: Hadian et al. 2014).
Ultrazvočna priprava liposomov je zanesljiva tehnika, ki zagotavlja majhne, enakomerno velike liposomske delce z visoko vsebnostjo enkapsuliranih bioaktivnih molekul. Parametre ultrazvočnega procesa (kot so amplituda, skupna energija, čas, pulziranje, temperatura, tlak) je mogoče natančno nastaviti. Kot tehnika netermične obdelave sonikacija deluje na osnovi povsem mehanskega striga. Povišanje temperature v sonikirani tekočini je mogoče pojasniti z drugim zakonom termodinamike, ki določa, da se vsa dovedena energija na koncu pretvori v toploto. Za vzdrževanje stabilne nizke temperature liposomskega medija Hielscher Ultrasonics zagotavlja dovršene rešitve za hlajenje, kot so ledene kopeli ter reaktorji in pretočne celice s hladilnimi plašči. Rezultati ultrazvočne izdelave liposomov so ponovljivi, kar je pomembno za standardiziran proces in stalno visoko kakovost izdelkov.
Visokokakovostni fosfolipidi z visokim deležem fosfatidilholina in fosfatidiletanolamina zagotavljajo stabilno liposomsko ovojnico, ki preprečuje uhajanje hranil. Močna fosfolipidna ovojnica enkapsulirana hranila ščiti tudi pred oksidativno in termično razgradnjo. Zato je uravnoteženo razmerje med fosfolipidi, vodno fazo in enkapsuliranimi hranili (bioaktivnimi molekulami) bistveno.

Visokozmogljive ultrazvočne naprave za izdelavo liposomov

Sistemi Hielscher Ultrasonics so zanesljive naprave, ki se uporabljajo pri proizvodnji farmacevtskih izdelkov in prehranskih dopolnil za pripravo visokokakovostnih liposomov z enkapsuliranimi vitamini, antioksidanti, flavonoidi, peptidi, polifenoli in drugimi bioaktivnimi spojinami / hranili. Za izpolnjevanje zahtev svojih strank Hielscher dobavlja ultrazvočne naprave od kompaktnega ročnega laboratorijskega homogenizatorja in namiznih ultrazvočnih naprav do povsem industrijskih ultrazvočnih sistemov za proizvodnjo velikih količin liposomskih formulacij. Ultrazvočna priprava liposomskih formulacij lahko poteka šaržno ali kot neprekinjen proces v liniji z ultrazvočnim pretočnim reaktorjem. Na voljo je širok izbor ultrazvočnih sonotrod (sond) in reaktorskih posod za zagotavljanje optimalne konfiguracije za vašo izdelavo liposomov. Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančen nadzor vseh pomembnih procesnih parametrov, kot so amplituda, tlak, temperatura in čas sonikacije, zagotavlja zanesljivost in ponovljivost ultrazvočnega procesa. Hielscher Ultrasonics se zaveda pomena stalno visoke kakovosti izdelkov in proizvajalcem prehranskih dopolnil ter terapevtskih izdelkov z inteligentno programsko opremo in samodejnim beleženjem podatkov pomaga pri uvajanju standardizacije procesov in GMP (dobre proizvodne prakse). Naši digitalni ultrazvočni homogenizatorji samodejno beležijo vse parametre ultrazvočnega procesa na vgrajeno kartico SD. Digitalni zasloni na dotik in daljinsko upravljanje prek brskalnika omogočajo neprekinjeno spremljanje procesa ter natančno prilagajanje procesnih parametrov, kadar je to potrebno. To znatno olajša spremljanje procesa in nadzor kakovosti.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: