Liposomalt inkapslade bioaktiva molekyler med ultraljud

Ultraljudsbehandling är välkänd för att vara mycket effektiv vid framställning av liposomala formuleringar. Typiska liposomformuleringar kapslar in C-vitamin, CBD, kurkumin, kvercetin, astaxantin, peptider och många andra bioaktiva föreningar med hjälp av ultraljudsbehandling. Liposomal inkapsling med ultraljud är en enkel, snabb och verkningsfull teknik som gör det möjligt att framställa stabila vesiklar med högt innehåll av inkapslade ämnen. Ultraljudsinkapslade näringsämnen utmärker sig genom överlägsen biotillgänglighet.

Översikt: Liposomal inkapsling av bioaktiva föreningar med ultraljudsbehandling

Inkapsling med ultraljud erbjuder en mycket effektiv och kontrollerbar metod för att införliva bioaktiva föreningar i liposomer, vilket förbättrar deras stabilitet, biotillgänglighet och funktionella prestanda. Akustisk kavitation som genereras av högintensivt ultraljud främjar snabb hydratisering av lipider, minskning av vesikelstorleken och jämn dispergering, vilket möjliggör bildandet av små, homogena liposomer med smala storleksfördelningar. Denna teknik möjliggör hög inkapslingseffektivitet för både hydrofila och lipofila föreningar samtidigt som behovet av organiska lösningsmedel eller hårda processbetingelser minimeras. Dessutom möjliggör ultraljudsbehandling exakt kontroll över partikelstorlek och lamellaritet, vilka är avgörande parametrar för att optimera kontrollerad frisättning, cellulärt upptag och långtidsstabilitet hos känsliga bioaktiva ämnen i farmaceutiska, nutraceutiska och kosmetiska tillämpningar.

Vad är liposomer och vilka fördelar har de?

Liposomer är vesiklar som består av en vattenhaltig kärna omsluten av ett eller flera fosfolipiddubbelskikt. Eftersom liposomer har en vattenhaltig kärna omgiven av ett lipidskikt och ett hydrofilt yttre hölje är liposomer vattenlösliga och kan transportera vattenlösliga och fettlösliga föreningar i vesikelns respektive utrymmen. Detta gör liposomer till ett mycket effektivt leveranssystem för terapeutiskt aktiva molekyler. Liposomer bildas genom att biologiska membran bryts sönder, en process som främjas och intensifieras av ultraljudsbehandling. Liposomer består oftast av fosfolipider, särskilt fosfatidylkolin, men kan även innehålla andra lipider, såsom fosfatidyletanolamin från ägg, så länge de är förenliga med lipiddubbelskiktets struktur. Liposomer bildas spontant när fosfolipider hydratiseras. I det första steget – hydratiseringsfasen – används ultraljudsbehandling för att nanoemulgera lipiderna och vattenfasen i syfte att främja bildandet av multilamellära vesiklar (MLVs) med högt innehåll av inkapslade ämnen. Därefter kan ultraljudsbehandling användas för att vid behov minska liposomstorleken. För att erhålla en mindre vesikelstorlek används ultraljudsbehandling för att dispergera liposomerna och minska deras storlek till monodispersa stora unilamellära vesiklar (LUVs) eller små unilamellära vesiklar (SUVs).
Ultraljudstekniken för bildning av liposomer och minskning av liposomstorleken är tillförlitlig, snabb, effektiv, enkel och säker. De framställda liposomerna uppvisar ett högt innehåll av bioaktiva ämnen, hög stabilitet och överlägsen biotillgänglighet.

Varför kan ultraljudsrengöringsbad inte framställa högkvalitativa liposomer?

Framställning av liposomer kräver en ultraljudsapparat som kan tillföra tillräckligt med energi för att skapa enhetliga partiklar i nanostorlek. Hemgjorda liposomer som framställs med en ultraljudstvätt för smycken är i allmänhet ineffektiva, eftersom de framställda liposomerna varken har den nödvändiga nanostorleken eller kapslar in de bioaktiva näringsämnena på ett effektivt och långsiktigt stabilt sätt. För framställning av högkvalitativa liposomer är en ultraljudsapparat av sondtyp den föredragna tekniken, eftersom sonden (sonotroden) kan överföra den intensiva akustiska energi som krävs för att bilda högt laddade, verksamma liposomer till mediet. I allmänhet har liposomer som framställs med en ultraljudssond en partikelstorleksfördelning på 100–500nm, vilket är optimalt för hög laddning och överlägsen biotillgänglighet.
Användning av en ultraljudsreaktor med flödescell gör det möjligt att framställa liposomerna i en syrefri miljö för att förhindra oxidativ nedbrytning.
Ultraljudsapparater av sondtyp tillför den energi som krävs för att framställa högkvalitativa liposomer som är:

Efter att en lipidfilm har bildats och därefter återhydratiserats används ultraljudsbehandling för att främja inneslutningen av aktiva ingredienser i liposomerna. Dessutom ger ultraljudsbehandlingen den önskade liposomstorleken.

Molekyler inkapslade i liposomer med ultraljud

Listan nedan ger en indikation på vilka ämnen som redan framgångsrikt har kapslats in i liposomformuleringar med hjälp av ultraljudsbaserad framställning.

• antioxidanter såsom glutation, C-vitamin, metylerade B-vitaminer, resveratrol, CoQ10 etc.
• fenolföreningar: flavonoider såsom fisetin, quercitin, oligomera proantocyanidiner (OPC); saponiner såsom astralgaloside; alkaloider
• mineraler såsom magnesiumkelat (t.ex. magnesiumtreonat, magnesiumorotat), zink, koppar etc.
• terpener såsom astaxantin, limonen, pinen, humulen, linalool, beta-karyofyllen, fytol, geraniol, terpinolen etc.
• lipider såsom omega-3-fettsyrorna EPA och DHA; dipalmitoylfosfatidylkolin (DPPC) etc.
• aminosyror såsom kreatin, glycin, 5-HTP (5-hydrox tryptofan), fenylalanin, L-teanin, GABA (gamma-aminosmörsyra), taurin, N-acetylcystein (NAC), L-tyrosin etc.
• peptider, t.ex. oxytocin, kollagen, GLP-1-peptider etc.
• polysackarider såsom hyaluronsyra, polysackarider från svampar etc.
• cannabinoider såsom CBD, CBG, THC
• nootropika, smarta läkemedel och kognitionshöjande medel, som kan omfatta ovan nämnda ämnen samt andra molekyler

Den nanoförbättrade liposomala formuleringen av bioaktiva molekyler ger en högre absorptionshastighet, överlägsen biotillgänglighet och kan göra det möjligt för ämnen att passera blod–hjärnbarriären.
Alternativa lipidbaserade system för läkemedelstillförsel är nanoemulsioner och lipidbaserade kolloidala bärare såsom fasta lipidnanopartiklar (SLN) och nanostrukturerade lipidbärare (NLC). Samtliga, nanoemulsioner, SLN och NLC, kan bildas och laddas på ett tillförlitligt sätt under ultraljudsbehandling.
Läs mer om ultraljudsextraherad och nanoinkapslad Aloe Vera!

Välj den metod för liposombildning som du föredrar

Ultraljudsbehandling används i stor utsträckning i flera metoder för framställning och bearbetning av liposomer eftersom den underlättar både liposombildning och kontroll vid efterbearbetning. Den kan tillämpas vid direkt liposombildning genom att dispergera lecitin (fosfolipider) i en vattenfas för att främja snabb vesikelbildning, och används också ofta i etablerade tekniker som omvänd fasavdunstning och tunnfilmshydrering för att förbättra lipiddispergeringen och påskynda vesikelbildningen. Utöver den inledande framställningen används ultraljudsbehandling ofta för att ladda redan bildade (tomma) liposomer genom sonoporering, vilket möjliggör effektiv inneslutning av bioaktiva föreningar. Den är också ett standardverktyg för att minska liposomernas storlek och ger mindre, mer enhetliga vesiklar med snävare storleksfördelning för förbättrad stabilitet och effektivare leverans.
Läs mer om de olika ultraljudsassisterade metoderna för liposomframställning:

• Liposombildning med ultraljud med hjälp av lecitin
• Metod för omvänd fasavdunstning med ultraljud
• Tunnfilmshydrering med ultraljud

Faktorer som påverkar liposomernas kvalitet

Liposomernas kvalitet bestäms av enhetligheten i partikelstorlek och lamellaritet, inneslutningseffektiviteten (%EE) / mängden inkapslat material samt stabiliteten. Framställningsmetod, bearbetningsförhållanden, råvaror och lagring är viktiga faktorer som bidrar till liposomformuleringarnas kvalitet och därmed deras potens. SEM-bilden till vänster visar liposomer laddade med fettsyrorna DHA och EPA, framställda med ultraljud med hjälp av en Hielscher-ultraljudsapparat UP200S (studie och bild: Hadian et al. 2014).
Framställning av liposomer med ultraljud är en tillförlitlig teknik som ger en liten, enhetlig partikelstorlek hos liposomerna och ett högt innehåll av bioaktiva molekyler. Ultraljudets processparametrar (såsom amplitud, total energi, tid, pulsering, temperatur och tryck) kan ställas in exakt. Som en icke-termisk bearbetningsteknik bygger ultraljudsbehandlingens funktionsprincip på rent mekanisk skjuvning. Temperaturökningen i den ultraljudsbehandlade vätskan förklaras av termodynamikens andra huvudsats, som anger att all tillförd energi slutligen omvandlas till värme. För att upprätthålla en stabil låg temperatur i liposommediet tillhandahåller Hielscher Ultrasonics avancerade kyllösningar, såsom isbad samt reaktorer och flödesceller med kylmantlar. Resultaten från liposomframställning med ultraljud är reproducerbara, vilket är viktigt för en standardiserad process och en genomgående hög produktkvalitet.
Fosfolipider av hög kvalitet med en hög andel fosfatidylkolin och fosfatidyletanolamin ger ett stabilt liposomskal som förhindrar läckage av näringsämnen. Ett starkt fosfolipidskal skyddar också de inkapslade näringsämnena mot oxidativ och termisk nedbrytning. Därför är ett balanserat förhållande mellan fosfolipider, vattenfas och inkapslade näringsämnen (bioaktiva molekyler) avgörande.

Högpresterande ultraljudsapparater för liposomframställning

Hielscher Ultrasonics system är tillförlitliga maskiner som används inom läkemedels- och kosttillskottstillverkning för att framställa högkvalitativa liposomer laddade med vitaminer, antioxidanter, flavonoider, peptider, polyfenoler och andra bioaktiva föreningar / näringsämnen. För att uppfylla kundernas krav levererar Hielscher ultraljudsapparater från kompakta handhållna laboratoriehomogenisatorer och ultraljudsapparater för bänkplacering till helt industriella ultraljudssystem för produktion av stora volymer liposomala formuleringar. Framställning av liposomala formuleringar med ultraljud kan ske satsvis eller som en kontinuerlig inlineprocess med en ultraljudsgenomströmningsreaktor. Ett brett utbud av ultraljudssonotroder (sonder) och reaktorkärl finns tillgängligt för att säkerställa en optimal utrustningskonfiguration för din liposomproduktion. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, sju dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.
Den exakta kontrollen över alla viktiga processparametrar såsom amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandlingstid gör ultraljudsprocessen tillförlitlig och reproducerbar. Hielscher Ultrasonics känner till vikten av en genomgående hög produktkvalitet och hjälper tillverkare av kosttillskott och terapeutiska produkter att införa processstandardisering och GMP (god tillverkningssed) med hjälp av intelligent programvara och automatisk dataregistrering. Våra digitala ultraljudshomogenisatorer registrerar automatiskt alla ultraljudsprocessparametrar på ett inbyggt SD-kort. Digitala pekskärmar och fjärrstyrning via webbläsare möjliggör kontinuerlig processövervakning och exakt justering av processparametrarna när det behövs. Detta underlättar processövervakning och kvalitetskontroll avsevärt.
Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: