การสร้างไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์: วิธีการและข้อดี

ไลโปโซมเป็นถุงทรงกลมที่ประกอบด้วยลิพิดสองชั้น ใช้กันอย่างแพร่หลายในการนำส่งยา อุตสาหกรรมเครื่องสำอาง และอุตสาหกรรมอาหาร เนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและสามารถห่อหุ้มสารได้ทั้งชนิดที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ การใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเพื่อสร้างไลโปโซมเป็นหนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการห่อหุ้มสารในไลโปโซม การใช้คลื่นเสียงเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพ ความสามารถในการขยายขนาดการผลิต และความสามารถในการผลิตไลโปโซมที่ควบคุมขนาดได้และมีประสิทธิภาพการห่อหุ้มสูง อีกทั้งยังมีข้อดีเพิ่มเติมอีกมากมายเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตไลโปโซมแบบอื่น บทความนี้แนะนำวิธีการสร้างไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์ ข้อดี และการประยุกต์ใช้ที่หลากหลายในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ผลิตภัณฑ์ยา ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา และอาหารฟังก์ชัน

การใช้คลื่นเสียงเพื่อสร้างไลโปโซม

เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการผลิตไลโปโซมที่บรรจุสารออกฤทธิ์ ในที่นี้ เราจะแนะนำวิธีการสร้างไลโปโซมและบรรจุสารด้วยวิธีที่ใช้อัลตราซาวนด์ช่วย

1. การเตรียมสารละลายลิพิด:
   กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเตรียมสารละลายลิพิด ลิพิดที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ phosphatidylcholine, cholesterol และฟอสโฟลิพิดชนิดอื่น ๆ ลิพิดเหล่านี้จะถูกละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น chloroform หรือ ethanol
2. การสร้างฟิล์มลิพิด:
   จากนั้นนำสารละลายลิพิดไประเหยภายใต้ความดันลดลง (สุญญากาศ) โดยใช้เครื่องระเหยแบบหมุน เพื่อสร้างฟิล์มลิพิดบางบนผนังขวดก้นกลม ขั้นตอนนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวทำละลายอินทรีย์ถูกกำจัดออก เหลือไว้เพียงฟิล์มลิพิดแห้ง
3. การเติมน้ำให้ฟิล์มลิพิด:
   เติมน้ำให้ฟิล์มลิพิดที่แห้งแล้วด้วยสารละลายในน้ำ ซึ่งอาจมีสารออกฤทธิ์ที่ต้องการห่อหุ้มอยู่ด้วย ขั้นตอนนี้ทำให้เกิดถุงที่มีลิพิดหลายชั้น (MLVs) โดยทั่วไป กระบวนการเติมน้ำจะใช้การผสมแบบวอร์เท็กซ์หรือการกวนเบา ๆ ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะของลิพิด
4. การใช้คลื่นเสียง:
   จากนั้นให้ MLVs สัมผัสกับอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบ คลื่นอัลตราซาวนด์เหนี่ยวนำให้เกิดคาวิเทชัน ก่อให้เกิดฟองขนาดจิ๋วที่ยุบตัวและสร้างแรงเฉือน กระบวนการนี้ทำให้เกิดการสร้างรูพรุนด้วยคลื่นเสียง จึงบรรจุสารเข้าในไลโปโซมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการกักเก็บสูง (EE%) ความสามารถในการซึมผ่านที่เพิ่มขึ้นจากการสร้างรูพรุนด้วยคลื่นเสียงช่วยให้สารที่จะห่อหุ้มแพร่เข้าสู่ไลโปโซมได้สะดวก เมื่อกระบวนการใช้คลื่นเสียงหยุดลง ลิพิดสองชั้นจะกลับมาจัดเรียงตัวอย่างรวดเร็วและกักสารที่ห่อหุ้มไว้ภายใน
   นอกจากนี้ การใช้คลื่นเสียงยังทำให้ MLVs แตกออกเป็นถุงที่มีลิพิดชั้นเดียวขนาดเล็กลง (ULVs) หรือถุงที่มีลิพิดชั้นเดียวขนาดเล็ก (SUVs) โดยทั่วไปมีขนาดตั้งแต่ 20 ถึง 200 nm พารามิเตอร์ เช่น ระยะเวลาการใช้คลื่นเสียง กำลัง และอุณหภูมิ จะได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ขนาดไลโปโซมและประสิทธิภาพการห่อหุ้มตามที่ต้องการ
5. การทำให้บริสุทธิ์และการวิเคราะห์คุณลักษณะ:
   หลังการใช้คลื่นเสียง มักนำสารแขวนลอยไลโปโซมไปกรองหรือปั่นเหวี่ยงเพื่อกำจัดสารที่ไม่ได้ถูกห่อหุ้มและถุงที่มีขนาดใหญ่กว่า ไลโปโซมที่ได้จะถูกวิเคราะห์คุณลักษณะด้วยเทคนิคต่าง ๆ เช่น การกระเจิงแสงแบบพลวัต (DLS) สำหรับการกระจายขนาด การวิเคราะห์ศักย์ซีตาสำหรับประจุที่ผิว และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) สำหรับสัณฐานวิทยา

หลังจากสร้างฟิล์มลิพิดและเติมน้ำกลับเข้าไปแล้ว จะใช้คลื่นเสียงเพื่อส่งเสริมการกักเก็บสารออกฤทธิ์ในไลโปโซม นอกจากนี้ การใช้คลื่นเสียงยังทำให้ได้ไลโปโซมที่มีขนาดตามต้องการ

ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์

เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วว่าเป็นเทคนิคที่เชื่อถือได้สำหรับการเตรียมไลโปโซม และปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไลโปโซมทั้งในงานวิจัยและการผลิตเชิงพาณิชย์ งานวิจัยเกี่ยวกับสูตรตำรับจำนวนมากได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการสร้างไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์และการบรรจุสารออกฤทธิ์ในไลโปโซม ด้านล่างนี้เป็นภาพรวมโดยสังเขปสองเรื่องเกี่ยวกับการห่อหุ้มสารในไลโปโซมโดยใช้คลื่นเสียงจากโพรบ
 
Hadian และคณะ (2014) ศึกษาประสิทธิภาพของการใช้คลื่นเสียงเพื่อห่อหุ้มกรดไขมันโอเมกา-3 จากน้ำมันปลา (DHA และ EPA) ในไลโปโซม เพื่อประเมินประสิทธิภาพและคุณภาพของการกักเก็บสาร พวกเขาเปรียบเทียบวิธีการเตรียมไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์กับการอัดไลโปโซมผ่านเมมเบรน เมื่อใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบ UP200S ของ Hielscher นักวิจัยพบว่าการใช้คลื่นเสียงจากโพรบ “กับไลโปโซมที่สร้างไว้ล่วงหน้าช่วยให้บรรจุ DHA และ EPA เข้าในเยื่อหุ้มของนาโนไลโปโซมได้ในปริมาณมาก เทคนิคการใช้คลื่นเสียงจากโพรบให้ผลดีกว่าวิธีอื่น ๆ” ไลโปโซมที่เตรียมด้วยการใช้คลื่นเสียงจากโพรบมีรูปร่างทรงกลมและคงความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ได้ในระดับสูง
 
Paini และคณะ (2015) พัฒนาวิธีที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูงโดยใช้คลื่นเสียงเพื่อเตรียมไลโปโซมที่บรรจุ apigenin ด้วยเลซิทินจากเมล็ดเรพซีดเกรดอาหารในตัวกลางที่เป็นน้ำ โดยไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ใด ๆ เมื่อใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบกำลัง 400 วัตต์ รุ่น UP400S (Hielscher Ultrasonics) สามารถทำให้มีประสิทธิภาพการห่อหุ้มมากกว่า 92% ได้ ขนาดของไลโปโซมสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยปรับแอมพลิจูดของการใช้คลื่นเสียงและระยะเวลาของกระบวนการ ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างไลโปโซมที่บรรจุ apigenin มีศักย์ซีตาสูง มีดัชนีการกระจายขนาดที่ดี และยังคงเสถียรหลังจากกระบวนการห่อหุ้ม

ข้อดีของการห่อหุ้มสารในไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์

เทคนิคการเตรียมไลโปโซมมีความหลากหลายมาก โดยแต่ละเทคนิคมีข้อดีและข้อจำกัดเฉพาะตัว การเตรียมไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์โดดเด่นด้วยเหตุผลหลายประการ เนื่องจากให้ประสิทธิภาพการกักเก็บสูงมาก (EE%) ควบคุมขนาดไลโปโซมได้อย่างดีเยี่ยม มีความน่าเชื่อถือในการให้ผลที่ทำซ้ำได้ ตลอดจนสามารถขยายขนาดสู่ปริมาตรที่มากขึ้นได้แบบเชิงเส้น

1. ประสิทธิภาพการห่อหุ้มที่เพิ่มขึ้น:
   การใช้อัลตราซาวนด์ให้ประสิทธิภาพการห่อหุ้มสูงสำหรับสารประกอบทั้งชนิดที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ แรงเฉือนที่รุนแรงและคาวิเทชันช่วยให้สารที่ห่อหุ้มกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในลิพิดสองชั้นหรือแกนกลางที่เป็นน้ำของไลโปโซม
2. การกระจายขนาดที่ควบคุมได้:
   ความสามารถในการควบคุมพารามิเตอร์ของการใช้คลื่นเสียงอย่างแม่นยำช่วยให้ผลิตไลโปโซมที่มีการกระจายขนาดในช่วงแคบได้ ซึ่งจำเป็นต่อการนำส่งยาและชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่สม่ำเสมอ
3. ความสามารถในการขยายขนาดและการทำซ้ำ:
   การสร้างไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์มีความสามารถในการขยายขนาดสูง จึงเหมาะสำหรับการผลิตทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม ความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการทำให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพจะสม่ำเสมอระหว่างรุ่นการผลิต
4. การใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ในปริมาณน้อยที่สุด:
   เมื่อเทียบกับวิธีการเตรียมไลโปโซมแบบอื่น การใช้อัลตราซาวนด์ต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์น้อยกว่าอย่างมีนัยสำคัญ จึงลดความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
5. ความหลากหลายในการใช้งาน:
   เทคนิคนี้ใช้งานได้หลากหลาย รองรับลิพิดและสารที่จะห่อหุ้มได้หลายชนิด จึงขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

การประยุกต์ใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ผลิตภัณฑ์ยา ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา และอาหารฟังก์ชัน

เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ใช้ในงานวิจัยและการผลิตเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตไลโปโซมที่มีคุณภาพระดับเกรดอาหารและเกรดเภสัชกรรม ไลโปโซมที่ผลิตด้วยอัลตราซาวนด์มีชีวปริมาณออกฤทธิ์สูง สามารถบรรจุสารออกฤทธิ์ได้ในปริมาณมาก มีประสิทธิภาพการห่อหุ้มสูง (EE%) และมีความเสถียร นอกจากนี้ การใช้คลื่นเสียงยังทำให้มีการกระจายขนาดที่สม่ำเสมอ ด้วยคุณสมบัติที่ตรงตามเกณฑ์คุณภาพเหล่านี้ทั้งหมด ไลโปโซมที่เตรียมด้วยอัลตราซาวนด์จึงเป็นตัวพาที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (APIs) และสารพฤกษเคมีในยา ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร อาหารฟังก์ชัน และแม้แต่เครื่องสำอาง

1. ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร:
   การห่อหุ้มสารในไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์ใช้เพื่อเพิ่มชีวปริมาณออกฤทธิ์ของผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและโภชนเภสัชภัณฑ์ วิตามิน แร่ธาตุ และสารสกัดสมุนไพรที่ห่อหุ้มในไลโปโซมมีการดูดซึมและความเสถียรดีขึ้น ส่งผลให้มีประสิทธิผลดีขึ้น ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารวิตามิน C และ curcumin ในรูปไลโปโซมได้รับความนิยมเนื่องจากให้ประโยชน์ทางการรักษาเพิ่มขึ้น
2. ผลิตภัณฑ์ยา:
   ในอุตสาหกรรมยา ไลโปโซมทำหน้าที่เป็นตัวพาสำหรับการนำส่งยา โดยช่วยเพิ่มความสามารถในการละลาย ความเสถียร และการนำยาไปยังเป้าหมาย สูตรตำรับไลโปโซมที่เตรียมด้วยอัลตราซาวนด์ใช้ในการนำส่งยาเคมีบำบัด ยาปฏิชีวนะ และวัคซีน ตัวอย่างเช่น doxorubicin ในรูปไลโปโซมช่วยลดความเป็นพิษต่อหัวใจที่เกี่ยวข้องกับการรักษาด้วย doxorubicin แบบทั่วไป
3. ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา:
   ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษาได้รับประโยชน์จากการห่อหุ้มในไลโปโซม โดยสามารถควบคุมการปลดปล่อยและนำส่งไปยังเป้าหมายได้ ไลโปโซมสามารถผ่านสิ่งกั้นทางชีวภาพ เช่น สิ่งกั้นระหว่างเลือดกับสมอง จึงช่วยให้นำส่งยาไปยังเนื้อเยื่อหรือเซลล์ที่เฉพาะเจาะจงได้ นาโนไลโปโซมที่ผลิตด้วยอัลตราซาวนด์มีชีวปริมาณออกฤทธิ์สูงมาก เนื่องจากขนาดระดับนาโนช่วยให้เข้าสู่เนื้อเยื่อและเซลล์เป้าหมายได้ ซึ่งเป็นข้อดีอย่างยิ่งในการรักษาความผิดปกติทางระบบประสาทและมะเร็ง
4. อาหารฟังก์ชัน:
   ในอุตสาหกรรมอาหารฟังก์ชัน ไลโปโซมช่วยเพิ่มการนำส่งสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น กรดไขมันโอเมกา-3 โพรไบโอติก และสารต้านอนุมูลอิสระ สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ห่อหุ้มเหล่านี้มีความเสถียรและชีวปริมาณออกฤทธิ์ดีขึ้น ส่งผลให้ผลลัพธ์ด้านสุขภาพดีขึ้น ตัวอย่างเช่น การห่อหุ้มพอลิฟีนอลในไลโปโซมโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยในเครื่องดื่ม ช่วยรักษาคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของสารเหล่านี้
5. เครื่องสำอาง:
   สูตรตำรับเครื่องสำอาง ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเวชสำอาง ได้รับประโยชน์จากเทคนิคการห่อหุ้มสารในไลโปโซม เนื่องจากไลโปโซมเพิ่มประสิทธิภาพการห่อหุ้มสารชะลอวัย เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ จึงให้การปกป้องจากภาวะเครียดออกซิเดชันได้ดีขึ้น โครงสร้างสองชั้นช่วยปกป้องสารประกอบที่ไวต่อปัจจัยแวดล้อม เช่น รังสี UV และมลพิษ ซึ่งสามารถทำให้สารต้านอนุมูลอิสระเสื่อมสภาพได้ สมรรถนะการห่อหุ้มที่เพิ่มขึ้นของไลโปโซมที่ผ่านการใช้คลื่นเสียงช่วยให้ผสมสารประกอบที่ระเหยง่ายและไวต่อปัจจัยต่าง ๆ เข้าในสูตรตำรับได้อย่างเสถียร ซึ่งหากไม่มีวิธีนี้ การนำส่งสารเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพจะทำได้ยาก

การสร้างไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคที่มีความทนทานในการใช้งานและประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย โดยมีข้อดีอย่างมีนัยสำคัญด้านประสิทธิภาพการห่อหุ้ม การควบคุมขนาด ความสามารถในการขยายขนาด และความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม การประยุกต์ใช้ครอบคลุมหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การเพิ่มชีวปริมาณออกฤทธิ์ของผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ไปจนถึงการปรับปรุงการนำส่งและประสิทธิผลของผลิตภัณฑ์ยาและผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา เมื่อการวิจัยและเทคโนโลยีก้าวหน้า ศักยภาพของการห่อหุ้มสารในไลโปโซมด้วยอัลตราซาวนด์ในการสร้างนวัตกรรมและปรับปรุงสูตรตำรับผลิตภัณฑ์ก็ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง โดยมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่พัฒนาการที่น่าตื่นเต้นในด้านสุขภาพ การแพทย์ โภชนาการ และเครื่องสำอาง

ตัวพาระดับนาโนที่เตรียมด้วยการใช้คลื่นเสียง

นอกจากไลโปโซมแล้ว การใช้คลื่นเสียงยังประสบความสำเร็จในการเตรียมและบรรจุสารในตัวพาระดับนาโนรูปแบบอื่น ๆ เช่น อนุภาคนาโนลิพิดแข็ง ตัวพาลิพิดที่มีโครงสร้างระดับนาโน และนาโนอิมัลชัน เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ส่งเสริมการสร้างตัวพาระดับนาโนเหล่านี้และการบรรจุสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher เป็นที่รู้จักในด้านเทคโนโลยีอันทันสมัย และใช้ทั่วโลกในการผลิตอาหาร ยา และเครื่องสำอาง