Förberedelse av ultraljud liposomer

Ultraljudsproducerade liposomer visar en mycket hög infångningseffektivitet, hög lastkapacitet och enhetligt liten sfärisk storlek. Därmed erbjuder ultraljudsliposomer utmärkt biotillgänglighet. Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsapparater för tillförlitlig produktion av farmaceutiska liposomer i batch och kontinuerligt läge.

Fördelar med ultraljud liposomproduktion

Ultraljud liposominkapsling är en teknik som används för att kapsla in läkemedel eller andra terapeutiska medel i liposomer med hjälp av ultraljudsenergi. Jämfört med andra metoder för liposominkapsling har ultraljudsinkapsling flera fördelar som gör det till den överlägsna produktionstekniken.

• Hög belastning, hög instängningseffektivitet: Ultraljud liposomproduktion är välkänt för att producera liposomer med hög belastning av aktiva ingredienser, t.ex. C-vitamin, läkemedelsmolekyler etc. Samtidigt visar ultraljudsbehandlingsmetoden en hög infångningseffektivitet. Detta innebär att en hög andel av den aktiva substansen är inkapslad av ultraljud. Sammanfattningsvis, Detta gör ultraljud en mycket effektiv metod för liposom produktion.
• Likformigt små liposomer: En fördel med ultraljud liposominkapsling är dess förmåga att producera mycket enhetliga liposomer med en smal storleksfördelning. Ultraljudsenergi kan användas för att bryta upp större liposomer eller lipidaggregat i mindre, mer enhetliga liposomer. Detta leder till större konsistens i storleken och formen på liposomerna, vilket kan vara viktigt för läkemedelsleveransapplikationer där storleken på partiklarna kan påverka deras farmakokinetik och effekt.
• Tillämpligt på alla molekyler: En annan fördel med ultraljud liposominkapsling är dess förmåga att kapsla in ett brett spektrum av läkemedel och andra terapeutiska medel. Tekniken kan användas för att kapsla in både hydrofila och hydrofoba läkemedel, vilket kan vara svårt att göra med andra metoder. Dessutom kan ultraljudsenergi användas för att kapsla in makromolekyler och nanopartiklar, som kan vara för stora för att kapslas in med andra metoder.
• Snabb och pålitlig: Ultraljud liposominkapsling är också en relativt enkel och snabb process. Det kräver inte användning av starka kemikalier eller höga temperaturer, vilket kan vara skadligt för de terapeutiska medel som kapslas in.
• Uppskalning: Dessutom kan tekniken enkelt skalas upp för storskalig produktion, vilket gör den till ett kostnadseffektivt alternativ för läkemedelstillförselapplikationer.

Sammanfattningsvis är ultraljud liposominkapsling en överlägsen teknik för liposominkapsling på grund av dess förmåga att producera enhetliga liposomer med en smal storleksfördelning, kapsla in ett brett spektrum av terapeutiska medel och dess enkelhet och skalbarhet.

Efter bildandet av en lipidfilm efterföljande rehydrering, ultraljudsbehandling används för att främja infångning av aktiva ingredienser i liposomen. Dessutom uppnår ultraljudsbehandling den önskade liposomstorleken.

Ultraljud liposom förberedelse för läkemedel och kosmetika

Liposomer (lipidbaserade vesiklar), transferosomer (ultradeformerbara liposomer), etosomer (ultradeformerbara vesiklar med hög alkoholhalt) och niosomer (syntetiska vesiklar) är mikroskopiska vesiklar, som kan framställas artificiellt som klotformiga bärare i vilka aktiva molekyler kan kapslas in. Dessa vesiklar med diametrar mellan 25 och 5000 nm används ofta som läkemedelsbärare inom läkemedels- och kosmetikindustrin, såsom oral eller topikal läkemedelstillförsel, genterapi och immunisering. Ultraljud är en vetenskapligt bevisad metod för mycket effektiv liposomproduktion. Hielscher ultraljudsapparater producerar liposomer med höga belastningar av aktiva ingredienser och överlägsen biotillgänglighet.

Liposomer och liposomal formulering

Liposomer är unilamellära vesikulära system och består av samma material som ett cellmembran (lipid bilayer). När det gäller deras sammansättning och storlek är liposomer differentierade enligt följande:

• vesiklar med flera lameller (MLV, 0,1-10 μm)
• små unilamellära vesiklar (SUV, <100 nm)
• stora unilamellära vesiklar (LUV, 100–500 nm)
• gigantiska unilamellära vesiklar (GUV, ≥1 μm)

Liposomernas huvudstruktur består av fosfolipider. Fosfolipider har en hydrofil huvudgrupp och en hydrofob svansgrupp, som består av en lång kolvätekedja.
Liposommembranet har en mycket liknande sammansättning som hudbarriären, så att de lätt kan integreras i den mänskliga huden. När liposomerna smälter samman med huden kan de lossa de instängda ämnena direkt till destinationen, där de aktiva ämnena kan uppfylla sina funktioner. Således skapar liposomerna en förbättring av hudens genomtränglighet/permeabilitet för de instängda farmaceutiska och kosmetiska medlen. Även liposomer utan inkapslade medel, de lediga vesiklarna, är potenta aktiva ämnen för huden, eftersom fosfatidylkolinet innehåller två essentiella ämnen, som den mänskliga organismen inte kan producera själv: linolsyra och kolin.
Liposomer används som biokompatibla bärare av läkemedel, peptider, proteiner, plasmatiskt DNA, antisense-oligonukleotider eller ribozymer, för farmaceutiska, kosmetiska och biokemiska ändamål. Den enorma mångsidigheten i partikelstorlek och i fysikaliska parametrar för lipiderna ger en attraktiv potential för att konstruera skräddarsydda fordon för ett brett spektrum av applikationer. (Ulrich 2002)

Bildning av ultraljudsliposomer

Liposomer kan bildas med hjälp av ultraljud. Grundmaterialet för liposomframställning är amfila molekyler som härrör från eller baseras på biologiska membranlipider. För bildandet av små unilamellära vesiklar (SUV) är lipiddispersionen sonikerad försiktigt – t.ex. med den handhållna ultraljudsenheten UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter eller ultraljudsreaktorn CupHorn – i ett isbad. Varaktigheten av en sådan ultraljudsbehandling varar ca 5 – 15 minuter. En annan metod för att producera små unilamellära vesiklar är ultraljudsbehandling av de multilamellära vesiklarna liposomer.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporterar erhållande av transferosomer genom ultraljudsbehandling av MLV vid rumstemperatur.
Hielscher Ultrasonics erbjuder olika ultraljudsenheter, sonotrodes och tillbehör och kan därmed ge den mest lämpliga ultraljudsinrättningen för en mycket effektiv liposominkapsling i alla skalor.

Ultraljud inkapsling av aktiva substanser i liposomer

Liposomer fungerar som bärare av aktiva ingredienser som vitaminer, terapeutiska molekyler, peptider etc. Ultraljud är ett effektivt verktyg för att förbereda och bilda liposomer för infångning av aktiva ämnen. Samtidigt, ultraljudsbehandling hjälper inkapsling och infångningsprocessen så att liposomer med en hög belastning av aktiva ingredienser produceras. Innan inkapsling tenderar liposomerna att bilda kluster på grund av ytladdnings-laddningsinteraktionen mellan fosfolipidpolära huvuden (jfr. Míckova et al. 2008), dessutom måste de öppnas. Som exempel beskriver Zhu et al. (2003) inkapslingen av biotinpulver i liposomer genom ultraljud. Eftersom biotinpulvret tillsattes i vesikelsuspensionslösningen har lösningen sonikerats. Efter denna behandling fångades biotin i liposomerna.

Liposomala emulsioner med ultraljud

För att förbättra den vårdande effekten av fuktgivande eller anti-aging krämer, lotioner, geler och andra cosmeceutical-formuleringar, tillsätts emulgeringsmedel till de liposomala dispersionerna för att stabilisera högre mängder lipider. Men undersökningar har visat att liposomernas förmåga generellt sett är begränsad. Med tillsats av emulgeringsmedel kommer denna effekt att visa sig tidigare och de ytterligare emulgeringsmedlen orsakar en försvagning av fosfatidylkolins barriäraffinitet. Nanopartiklar – består av fosfatidylkolin och lipider – är svaret på detta problem. Dessa nanopartiklar bildas av en oljedroppe som är täckt av ett monolager av fosfatidylkolin. Användningen av nanopartiklar möjliggör formuleringar som kan absorbera mer lipider och förbli stabila, så att ytterligare emulgeringsmedel inte behövs.
Ultraljud är en beprövad metod för produktion av nanoemulsioner och nanodispersioner. Högintensivt ultraljud levererar den kraft som behövs för att dispergera en vätskefas (dispergerad fas) i små droppar i en andra fas (kontinuerlig fas). I dispergeringszonen orsakar imploderande kavitationsbubblor intensiva chockvågor i den omgivande vätskan och resulterar i bildandet av vätskestrålar med hög vätskehastighet. För att stabilisera de nybildade dropparna i den dispergerade fasen mot koalescens tillsätts emulgeringsmedel (ytaktiva ämnen, ytaktiva ämnen) och stabilisatorer till emulsionen. Eftersom koalescensen av dropparna efter störning påverkar den slutliga droppstorleksfördelningen, används effektivt stabiliserande emulgeringsmedel för att upprätthålla den slutliga droppstorleksfördelningen på en nivå som är lika med fördelningen omedelbart efter droppstörningen i ultraljudsdispergeringszonen.

Liposomala dispersioner med hjälp av ultraljud

Liposomala dispersioner, som är baserade på omättat fosfatidylklor, saknar stabilitet mot oxidation. Stabiliseringen av dispersionen kan uppnås med hjälp av antioxidanter, t.ex. ett komplex av vitamin C och E.
 

Liposombildning via omvänd fas avdunstningsmetod med hjälp av ultraljudsbehandling

 
Ortan et al. (2002) uppnådde i sin studie om ultraljud beredning av Anethum graveolens eterisk olja i liposomer goda resultat. Efter ultraljudsbehandling var dimensionen av liposomer mellan 70-150 nm, och för MLV mellan 230-475 nm; Dessa värden var ungefär konstanta även efter 2 månader, men upphörde efter 12 månader, särskilt i SUV-dispersion (se histogram nedan). Stabilitetsmätningen, som rörde förlust och storleksfördelning av eteriska oljor, visade också att liposomala dispersioner bibehöll innehållet av flyktig olja. Detta tyder på att instängningen av den eteriska oljan i liposomer ökade oljans stabilitet.

Ortan et al. (2009): Stabilitet hos MLV- och SUV-dispersioner efter 1 år. Liposomala formuleringar förvarades vid 4±1 ºC.

Hielscher ultraljudsprocessorer är de idealiska enheterna för applikationer inom kosmetika- och läkemedelsindustrin. System som består av flera ultraljudsprocessorer på upp till 16 000 watt vardera, ger den kapacitet som behövs för att översätta denna laboratorieapplikation till en effektiv produktionsmetod för att erhålla finfördelade emulsioner i kontinuerligt flöde eller i en batch – Uppnå resultat som är jämförbara med de bästa högtryckshomogenisatorerna som finns tillgängliga, t.ex. öppningsventiler. Förutom denna höga effektivitet i den kontinuerliga emulgeringen kräver Hielscher ultraljudsenheter mycket lite underhåll och är mycket lätta att använda och rengöra. Ultraljudet stöder faktiskt rengöringen och sköljningen. Ultraljudseffekten är justerbar och kan anpassas till särskilda produkter och emulgeringskrav. Det finns också speciella flödescellsreaktorer som uppfyller de avancerade kraven på CIP (clean-in-place) och SIP (sterilize-in-place).

Vanliga frågor om liposomer

Vilka typer av liposomer är differentierade?

Liposomer klassificeras i olika typer baserat på deras storlek och antalet dubbelskikt de innehåller. Dessa kategorier inkluderar:

• Små unilamellära vesiklar (SUV): Dessa är de minsta liposomerna med ett enda lipiddubbellager.
• Stora unilamellära vesiklar (LUV): Dessa är större än stadsjeepar och har också ett enda dubbellager.
• Multilamellära vesiklar (MLV): Dessa innehåller flera koncentriska dubbellager.
• Multivesikulära vesiklar (MVV): Dessa består av flera mindre vesiklar i en större vesikel.

 
Andra specialiserade typer inkluderar:

• PEGylerade liposomer: Liposomer modifierade med polyetylenglykol (PEG) för att förbättra stabilitet och cirkulationstid.
• Nanoliposomer: Mycket små liposomer, som vanligtvis används för riktad läkemedelstillförsel.

Vilka vesikelstrukturer kan liposomer uppvisa?

Liposomer kategoriseras vidare baserat på deras vesikelstruktur i sju huvudtyper:

• Multilamellära stora vesiklar (MLV): Innehåller flera dubbellager.
• Oligolamellära vesiklar (OLV): Ha några dubbellager.
• Små unilamellära vesiklar (SUV): Minsta med ett enda dubbellager.
• Medelstora unilamellära vesiklar (MUV): Mellanstorlek med ett enda dubbellager.
• Stora unilamellära vesiklar (LUV): Större med ett enda dubbellager.
• Jättelika unilamellära vesiklar (GUV): Mycket stor med ett enda dubbellager.
• Multivesikulära vesiklar (MVV): Flera vesiklar i en enda stor vesikel.

Vad är skillnaderna mellan liposomer och niosomer?

Liposomer och niosomer skiljer sig främst åt i sin sammansättning:
Liposomer: Tillverkad av dubbelkedjiga fosfolipider, som kan vara antingen neutrala eller laddade.
Niosomer: Tillverkad av oladdade enkelkedjiga ytaktiva ämnen och kolesterol.
Båda strukturerna bildas genom ultraljudsbehandling, vilket främjar monteringen av de tvåskiktade vesiklarna.

Vad är den idealiska storleken på en liposom?

För terapeutisk tillförsel är den idealiska storleken på en liposom teoretiskt mellan 50 och 200 nanometer i diameter. Detta storleksintervall optimerar stabilitet och biotillgänglighet. Ultraljudsbehandling används ofta för att minska vesikeln till önskad storlek.

Kan liposomer bära hydrofila läkemedel?

Ja, liposomer kan bära hydrofila läkemedel. De värderas i biomedicinska tillämpningar för sin förmåga att kapsla in både hydrofoba och hydrofila medel. Dessutom erbjuder de hög biokompatibilitet och biologisk nedbrytbarhet, vilket gör dem till effektiva leveranssystem.

Hur gör man liposomer?

De vanligaste teknikerna för liposompreparation är tunnfilmsmetoden och avdunstningsmetoden med omvänd fas.
Metod för vätsketillförsel med tunn film:

1. Lös upp lipider i ett organiskt lösningsmedel.
2. Indunsta lösningsmedlet för att bilda en tunn lipidfilm.
3. Hydrera filmen med en vattenlösning med hjälp av ultraljudsbehandling för att bilda multilamellära vesiklar.

Avdunstningsmetod med omvänd fas:

1. Lös upp lipider i vatten och etanol.
2. Ultraljudsbehandla lösningen vid 60 ° C i cirka 10 minuter för att skapa en lipidpasta.
3. Kyl lipiduppslamningen och tillsätt vatten eller buffert droppvis under omrörning.
4. Hydrera suspensionen i 1 timme för att bilda multilamellära vesiklar.
5. Minska liposomstorleken genom ytterligare ultraljudsbehandling.

Vad är arkeosomer?

Arkeosomer är liposomer gjorda av arkeala lipider, som är kända för sin stabilitet och motståndskraft mot extrema förhållanden. Dessa egenskaper gör arkaeosomer särskilt användbara för läkemedelstillförsel och vaccinutveckling i utmanande miljöer.

Hur förbereds arkeosomer?

Ultraljudsbehandling enligt Pise (2022): Arkeosomer kan tillverkas av den polära lipidfraktionen “PLF (PLF)” av Sulfolobussolfataricus genom ultraljudsbehandling vid 60 ° C utan behov av extern lipidpåfyllning. Vid 0 °C sonikerades polära lipider från Sulfolobusacidocaldarius effektivt för att bilda arkeosomer. BMD-laddade arkeosomer och konventionella liposomer, såväl som arkeala lipider isolerade från Archaea H. salinarum och berikade med fosfatidylkolin, gjordes med hjälp av ultraljudsteknik. Ultraljudsbehandlade vesiklar skapades för lokal leverans genom ultraljudsbehandling av MLV-dispersioner vid 80 procent amplitud i 4 minuter med hjälp av en Hielscher UP50H sond-typ ultraljudsapparat (se bilden till vänster).

Litteratur/Referenser