Liposomalt inkapslade bioaktiva molekyler med ultraljud

Ultraljud är välkänt för att vara mycket effektivt vid framställning av liposomala formuleringar. Typiska liposomformuleringar kapslar in C-vitamin, CBD, curcumin, quercitin, astaxantin, peptider och många andra bioaktiva föreningar med hjälp av ultraljud. Ultraljud liposominkapsling är en enkel, snabb och effektiv teknik som gör det möjligt att producera stabila, högt belastade vesiklar. Ultraljudsinkapslade näringsämnen utmärker sig med överlägsen biotillgänglighet.

Översikt: Liposomal inkapsling av bioaktiva föreningar med hjälp av ultraljudsbehandling

Ultraljud inkapsling erbjuder en mycket effektiv och kontrollerbar metod för att införliva bioaktiva föreningar i liposomer, förbättra deras stabilitet, biotillgänglighet och funktionella prestanda. Akustisk kavitation som genereras av högintensivt ultraljud främjar snabb lipidhydrering, vesikelstorleksminskning och enhetlig dispersion, vilket möjliggör bildandet av små, homogena liposomer med smala storleksfördelningar. Denna teknik underlättar hög inkapslingseffektivitet för både hydrofila och lipofila föreningar samtidigt som behovet av organiska lösningsmedel eller hårda bearbetningsförhållanden minimeras. Dessutom möjliggör ultraljudsbehandling exakt kontroll över partikelstorlek och lamellaritet, vilket är kritiska parametrar för att optimera kontrollerad frisättning, cellulärt upptag och långsiktig stabilitet av känsliga bioaktiva ämnen i farmaceutiska, nutraceutiska och kosmetiska applikationer.

Vad är liposomer och vilka är deras fördelar?

Liposomer är vesiklar som består av en vattenhaltig kärna innesluten i ett eller flera fosfolipiddubbellager. Eftersom liposomer har en vattenhaltig kärna omgiven av ett lipidskikt och ett hydrofilt yttre skal, är liposomer vattenlösliga och kan transportera vattenlösliga och fettlösliga föreningar i respektive fack i vesikeln. Detta gör liposomer till ett mycket effektivt leveranssystem för terapeutiskt aktiva molekyler. Liposomer bildas genom att störa biologiska membran, en process som främjas och intensifieras av ultraljud. Liposomer består oftast av fosfolipider, särskilt fosfatidylkolin, men kan också innehålla andra lipider, såsom äggfosfatidyletanolamin, så länge de är kompatibla med lipiddubbelskiktsstrukturen. Liposomer bildas spontant när fosfolipider hydreras. I det första steget – Hydreringsfasen – Ultraljudsbehandling används för att nano-emulgera lipiderna och vattenfasen för att främja bildandet av högt belastade multilamellära vesiklar (MLV). Därefter kan sonifiering användas för att minska liposomstorleken om det behövs. För att erhålla en mindre vesikelstorlek, ultraljudsbehandling tillämpas för att dispergera och minska liposomstorleken till till monodispergerade stora uni-lamellära vesiklar (LUV) eller små uni-lamellära vesiklar (SUV).
Ultraljudstekniken för liposombildning och minskning av liposomstorlek är pålitlig, snabb, effektiv, enkel och säker. De producerade liposomerna uppvisar en hög belastning av bioaktiva ämnen, hög stabilitet och överlägsen biotillgänglighet.

Varför kan ultraljudsrengöringsbad inte producera liposomer av hög kvalitet?

Produktionen av liposomer kräver en ultraljudsanordning som kan leverera tillräckligt med energi för att skapa enhetliga partiklar i nanostorlek. Hemgjorda liposomer med hjälp av en ultraljudsrengöringsmedel är vanligtvis i allmänhet ineffektiva eftersom de beredda liposomerna varken uppvisar den nödvändiga nanostorleken eller kapslar in de bioaktiva näringsämnena på ett effektivt och långsiktigt stabilt sätt. För att förbereda liposomer av hög kvalitet är en ultraljudsapparat av sondtyp den föredragna tekniken eftersom sonden (sonotrode) kan överföra den intensiva akustiska energi som krävs för bildandet av högt belastade effektiva liposomer i mediet. I allmänhet har liposomer som produceras med en ultraljudssond en partikelstorleksfördelning på 100-500 nm, vilket är optimalt för höga belastningar och överlägsen biotillgänglighet.
Användningen av en ultraljudsflödescellreaktor gör det möjligt att förbereda liposomerna i en syrefri miljö för att förhindra oxidativ nedbrytning.
Ultraljudsmaskiner av sondtyp ger den energi som krävs för att producera högkvalitativa liposomer som är:

Efter bildandet av en lipidfilm och efterföljande rehydrering används ultraljudsbehandling för att främja inneslutningen av aktiva ingredienser i liposomerna. Dessutom uppnår ultraljudsbehandling den önskade liposomstorleken.

Liposomalt inkapslade molekyler med ultraljud

Listan nedan ger en indikation på vilka ämnen som redan framgångsrikt har inkapslats i liposomformuleringar med hjälp av ultraljudsberedningsvägen.

• antioxidanter som glutation, C-vitamin, metylerade B-vitaminer, resveratrol, CoQ10 etc.
• fenoler: flavonoider såsom fisetin, quercitin, oligomera proantocyanidiner (OPC); saponiner såsom astralgalosid; Alkaloider
• mineraler som magnesiumkelater (t.ex. magnesiumtreonat, magnesiumorotat), zink, koppar etc.
• terpener som astaxanthin, 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-hydroxitryptofan), fenylalanin, L-teanin, GABA (gamma-aminosmörsyra), taurin, N-acetylcystein (NAC), L-tyrosin, etc.
• peptider, t.ex. oxytocin, kollagen, GLP-1-peptider etc.
• polysackarider som hyaluronsyra, svamppolissackarider etc.
• cannabinoider som CBD, CBG, THC
• nootropika, smarta droger och kognitiva förstärkare, som kan inkludera ämnen som nämns ovan såväl som andra molekyler

Den nanoförbättrade liposomala formuleringen av bioaktiva molekyler erbjuder 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). Alla av dem, nano-emulsioner, SLN och NLC kan på ett tillförlitligt sätt bildas och laddas under ultraljudsbehandling.
Läs mer om ultraljudsextraherad och nanoinkapslad Aloe Vera!

Välj din föredragna metod för liposombildning

Sonikering används ofta i flera liposomberednings- och bearbetningsmetoder eftersom det stöder både liposombildning och efterbehandlingskontroll. Den kan användas under direkt liposombildning genom att dispergera lecitin (fosfolipider) i en vattenfas för att främja snabb vesikelgenerering, och den används också ofta i etablerade tekniker som omvänd fasindunstning och tunnfilmhydrering för att förbättra lipiddispersionen och påskynda vesikelbildningen. Utöver den inledande beredningen används ultraljudsbehandling ofta för att ladda förformade (tomma) liposomer via ultraljudsbehandling, vilket möjliggör effektiv inkorporering av bioaktiva föreningar, och det är ett standardverktyg för reduktion av liposomstorlek, vilket ger mindre, mer enhetliga vesiklar med smalare storleksfördelning för förbättrad stabilitet och leveransprestanda.
Läs mer om de olika ultraljudsassisterade metoderna för liposomproduktion:

• Ultraljudsbildning av liposomer med hjälp av lecitin
• Ultraljudsmetod för indunstning med omvänd fas
• Ultraljud Hydrering av tunn film

Faktorer som påverkar liposomkvaliteten

Liposomkvaliteten bestäms av enhetlighet i partikelstorlek och lamellaritet, instängningseffektivitet (�) / inkapslingsbelastning och stabilitet. Beredningsmetod, bearbetningsförhållanden, råvaror och lagring är viktiga faktorer som bidrar till kvaliteten och därmed styrkan hos liposomala formuleringar. SEM-bilden till vänster visar de ultraljudsberedda liposomerna laddade med DHA och EPA-fettsyror med hjälp av en Hielscher ultraljudsapparat UP200S (studie och bild: Hadian et al. 2014).
Ultraljudsberedningen av liposomer är en pålitlig teknik som ger en liten, enhetlig liposomal partikelstorlek med en hög belastning av bioaktiva molekyler. Ultraljudsprocessparametrar (såsom amplitud, total energi, tid, pulsation, temperatur, tryck) är exakt justerbara. Som en icke-termisk bearbetningsteknik är arbetsprincipen för sonifiering baserad på rent mekanisk skjuvning. Temperaturökningen i den sonikerade vätskan ska förklaras av termodynamikens andra lag, som säger att all energi som slutligen appliceras omvandlas till värme. För att upprätthålla en stabil låg temperatur på det liposomala mediet tillhandahåller Hielscher Ultrasonics sofistikerade kyllösningar, såsom isbad samt reaktorer och flödesceller med kylmantel. Resultaten av ultraljud liposomproduktion är reproducerbara, vilket är viktigt för en standardiserad process och en kontinuerligt 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 det viktigt med ett balanserat förhållande mellan fosofolipider och vattenfas och inkapslade näringsämnen (bioaktiva molekyler).

Högpresterande ultraljudsapparater för liposomproduktion

Hielscher Ultrasonics’ system är tillförlitliga maskiner som används inom läkemedels- och kosttillskottsproduktionen för att formulera högkvalitativa liposomer laddade med vitaminer, antioxidanter, flavonoider, peptider, polyfenoler och andra bioaktiva föreningar/näringsämnen. För att möta sina kunder’ krav levererar Hielscher ultraljudsmaskiner från den kompakta handhållna labbhomogenisatorn och bänkultraljudsmaskiner till helt industriella ultraljudssystem för produktion av stora volymer liposomala formuleringar. Ultraljud liposom formulering kan köras som batch eller som kontinuerlig inline process med hjälp av en ultraljud genomströmningsreaktor. Ett brett utbud av ultraljud sonotroder (sonder) och reaktorkärl finns tillgängliga för att säkerställa en optimal inställning för din liposomproduktion. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Den exakta kontrollen över alla viktiga processparametrar såsom amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandling tid gör ultraljudsprocessen tillförlitlig och reproducerbar. Hielscher Ultrasonics vet om vikten av kontinuerligt hög produktkvalitet och stöder kosttillskott och terapeutiska tillverkare att genomföra processstandardisering och GMP (Good Manufacturing Practices) genom intelligent programvara och automatisk dataregistrering. Våra digitala ultraljudshomogenisatorer registrerar automatiskt alla ultraljudsprocessparametrar på ett inbyggt SD-kort. Digitala pekskärmar och webbläsarens fjärrkontroll möjliggör kontinuerlig processövervakning och gör det möjligt att justera processparametrarna exakt när det behövs. Detta underlättar processövervakning och kvalitetskontroll avsevärt.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: