การสร้าง Ultrasonic Liposome: วิธีการและข้อดี

ลิโพโซมเป็นถุงทรงกลมที่ประกอบด้วยชั้นไขมันสองชั้น ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง และอาหาร เนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและสามารถห่อหุ้มสารทั้งที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำได้ การใช้คลื่นเสียงความเข้มสูงในการสร้างลิโพโซมเป็นหนึ่งในเทคนิคที่พบมากที่สุดสำหรับการห่อหุ้มสารในลิโพโซมโซนิเคชันเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพ ความสามารถในการขยายขนาด และความสามารถในการผลิตลิโพโซมที่มีขนาดควบคุมได้และมีประสิทธิภาพในการห่อหุ้มสูง ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตลิโพโซมทางเลือกอื่น ๆ แล้ว โซนิเคชันยังมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมอีกมากมาย บทความนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับวิธีการสร้างลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ข้อดี และหลากหลายการประยุกต์ใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ยา การรักษา และอาหารฟังก์ชัน

การโซนิเคชันเพื่อการสร้างลิโพโซม

เครื่องโซนิเคเตอร์แบบหัววัดเป็นเครื่องมือที่จำเป็นอย่างยิ่งในการผลิตไลโปโซมที่บรรจุสารออกฤทธิ์ ในที่นี้ เราจะแนะนำคุณเกี่ยวกับวิธีการที่ไลโปโซมถูกสร้างขึ้นและบรรจุสารโดยใช้วิธีการช่วยด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก

1. การเตรียมสารละลายไขมัน:
   กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเตรียมสารละลายไขมัน ไขมันที่ใช้ทั่วไปได้แก่ ฟอสฟาทิดิลโคลีน คอเลสเตอรอล และฟอสโฟลิพิดชนิดอื่น ๆ ไขมันเหล่านี้จะถูกละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น คลอโรฟอร์มหรือเอทานอล
2. การก่อตัวของฟิล์มไขมัน:
   จากนั้นสารละลายไขมันจะถูกระเหยภายใต้ความดันต่ำ (สุญญากาศ) โดยใช้เครื่องระเหยแบบหมุน เพื่อสร้างฟิล์มไขมันบางๆ บนผนังของขวดก้นกลม ขั้นตอนนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารละลายอินทรีย์จะถูกกำจัดออกหมด เหลือเพียงฟิล์มไขมันแห้งเท่านั้น
3. การให้ความชุ่มชื้นของฟิล์มไขมัน:
   ฟิล์มไขมันแห้งจะถูกเติมน้ำด้วยสารละลายน้ำ ซึ่งอาจมีส่วนประกอบของสารออกฤทธิ์ที่ต้องการห่อหุ้ม ขั้นตอนนี้จะส่งผลให้เกิดการสร้างถุงไขมันหลายชั้น (MLVs) กระบวนการเติมน้ำนี้มักเกี่ยวข้องกับการปั่นด้วยแรงหมุนหรือการกวนเบา ๆ ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของไขมัน
4. Sonication:
   จากนั้น MLVs จะถูกนำไปผ่านกระบวนการอัลตราซาวนด์โดยใช้โซนิเคเตอร์แบบหัวตรวจวัด คลื่นอัลตราโซนิกจะก่อให้เกิดปรากฏการณ์คาวิเตชัน ซึ่งสร้างฟองอากาศขนาดเล็กที่ยุบตัวลงและก่อให้เกิดแรงเฉือน กระบวนการนี้ทำให้เกิดโซโนโพเรชัน ส่งผลให้ลิโพโซมบรรจุสารได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการกักเก็บสาร (EE%) สูง การเพิ่มขึ้นของการซึมผ่านเนื่องจากโซโนโพเรชันช่วยให้สารห่อหุ้มแพร่ผ่านเข้าสู่ลิโพโซมได้ง่ายขึ้นเมื่อกระบวนการโซนิเคชันหยุดลง, ชั้นไขมันสองชั้นจะกลับมารวมตัวกันอย่างรวดเร็ว, ทำให้สารที่ถูกห่อหุ้มอยู่ภายในถูกกักเก็บไว้.
   นอกจากนี้ การโซนิคยังช่วยทำลาย MLVs ให้กลายเป็น vesicles แบบ unilamellar ขนาดเล็ก (ULVs) หรือ vesicles แบบ unilamellar ขนาดเล็กมาก (SUVs) โดยมีขนาดโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 20 ถึง 200 นาโนเมตร พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น เวลาในการโซนิค, กำลังไฟฟ้า, และอุณหภูมิ จะถูกปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ขนาดของลิโพโซมตามที่ต้องการและประสิทธิภาพในการห่อหุ้มสาร
5. การทำให้บริสุทธิ์และการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะ:
   หลังจากการโซนิคแล้ว มักจะมีการกรองหรือปั่นเหวี่ยงสารแขวนลอยลิโพโซมเพื่อกำจัดวัสดุที่ไม่ได้ถูกห่อหุ้มและถุงน้ำที่มีขนาดใหญ่กว่า ลิโพโซมที่ได้จะถูกนำมาวิเคราะห์ลักษณะโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การวัดการกระเจิงแสงแบบไดนามิก (DLS) เพื่อหาการกระจายขนาด การวิเคราะห์ศักย์เซต้าเพื่อหาประจุผิว และการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) เพื่อดูลักษณะทางสัณฐานวิทยา

หลังจากการก่อตัวของฟิล์มไขมันในภายหลังการให้น้ําในภายหลังการ sonication จะใช้เพื่อส่งเสริมการดักจับสารออกฤทธิ์ในไลโปโซม นอกจากนี้การ sonication ยังบรรลุขนาดไลโปโซมที่ต้องการ

พิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์

เครื่องโซนิเคเตอร์แบบหัววัดได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วว่าเป็นเทคนิคที่เชื่อถือได้สำหรับการเตรียมลิโพโซม และในปัจจุบันถูกใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตลิโพโซมทั้งในงานวิจัยและการผลิตเชิงพาณิชย์ ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการสร้างลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงและการบรรจุสารออกฤทธิ์ในลิโพโซมได้รับการพิสูจน์แล้วในงานวิจัยสำหรับสูตรหลายสูตร ด้านล่างนี้คือภาพรวมสั้นๆ สองภาพเกี่ยวกับการห่อหุ้มสารด้วยลิโพโซมโดยใช้การโซนิเคชันแบบหัววัด
 
Hadian และคณะ (2014) ได้ศึกษาประสิทธิภาพของการห่อหุ้มกรดไขมันโอเมก้า-3 จากน้ำมันปลา (DHA และ EPA) ในไลโปโซมด้วยวิธีโซนิเคชัน เพื่อประเมินประสิทธิภาพและคุณภาพของการกักเก็บ พวกเขาได้เปรียบเทียบวิธีการเตรียมไลโปโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงกับวิธีการอัดไลโปโซม โดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบ Hielscher รุ่น UP200S นักวิจัยพบว่าโซนิเคชันแบบโพรบ “ของไลโซโซมที่เตรียมไว้ล่วงหน้าช่วยเพิ่มการบรรจุ DHA และ EPA ลงในเยื่อหุ้มนาโนไลโซโซมได้อย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคการสั่นด้วยคลื่นเสียงของโพรบให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีอื่น” ลิโพโซมที่เตรียมโดยการโซนิคแบบโพรบมีรูปร่างเป็นทรงกลมและรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ได้สูง
 
Paini และคณะ (2015) ได้พัฒนาวิธีการที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูงโดยใช้การโซนิเคชันเพื่อเตรียมไลโปโซมบรรจุอะพิเจนินด้วยเลซิตินจากเมล็ดเรพซีดเกรดอาหารในตัวทำละลายที่เป็นน้ำ โดยไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ใดๆ โดยใช้โซนิเคเตอร์แบบโพรบกำลัง 400 วัตต์ รุ่น UP400S (Hielscher Ultrasonics) สามารถบรรลุประสิทธิภาพการห่อหุ้มมากกว่า 92%ขนาดของไลโปโซมสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยการปรับแอมพลิจูดของการโซนิคและเวลาของกระบวนการ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างของอะพิเจนิในไลโปโซมมีค่าศักย์เซตาสูง ดัชนีความหลากหลายของขนาดที่ดี และยังคงเสถียรหลังกระบวนการห่อหุ้ม

ข้อดีของการห่อหุ้มด้วยลิโปโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

เทคนิคการเตรียมลิโพโซมมีความหลากหลายมาก แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อจำกัดเฉพาะตัว การเตรียมลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงโดดเด่นด้วยเหตุผลหลายประการ เนื่องจากให้ประสิทธิภาพการกักเก็บสูงมาก (EE%) ควบคุมขนาดของลิโพโซมได้อย่างยอดเยี่ยม มีความน่าเชื่อถือเมื่อต้องการผลลัพธ์ที่ซ้ำได้ รวมถึงสามารถปรับขนาดเป็นปริมาณที่มากขึ้นได้อย่างเป็นเส้นตรง

1. ประสิทธิภาพการห่อหุ้มที่เพิ่มขึ้น:
   การใช้อัลตราโซนิกให้ประสิทธิภาพการห่อหุ้มสูงสำหรับสารประกอบทั้งที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ แรงเฉือนที่รุนแรงและการเกิดโพรงอากาศช่วยส่งเสริมการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของสารห่อหุ้มภายในชั้นสองของลิโพโซมหรือแกนน้ำ
2. การกระจายขนาดที่ควบคุมได้:
   ความสามารถในการควบคุมพารามิเตอร์การโซนิคได้อย่างแม่นยำช่วยให้สามารถผลิตไลโปโซมที่มีการกระจายขนาดแคบ ซึ่งมีความสำคัญต่อการนำส่งยาและการดูดซึมทางชีวภาพที่สม่ำเสมอ
3. ความสามารถในการปรับขนาดและการทําซ้ํา:
   การสร้างลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสามารถปรับขนาดการผลิตได้อย่างยืดหยุ่น ทำให้เหมาะสมทั้งสำหรับการผลิตในระดับห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม ความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพที่สม่ำเสมอในแต่ละชุดการผลิต
4. การใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ให้น้อยที่สุด:
   เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเตรียมลิโพโซมอื่น ๆ การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงต้องการตัวทำละลายอินทรีย์น้อยกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยลดความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
5. ความเก่งกาจ:
   เทคนิคนี้มีความหลากหลาย สามารถรองรับไขมันและสารห่อหุ้มได้หลากหลายประเภท จึงขยายขอบเขตการใช้งานให้ครอบคลุมอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากขึ้น

การใช้งานในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร, ยา, การรักษาโรค, และอาหารฟังก์ชัน

เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ถูกใช้ในงานวิจัยและการผลิตเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตลิโพโซมในคุณภาพระดับอาหารและยา ลิโพโซมที่ผลิตด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมีคุณสมบัติการดูดซึมทางชีวภาพสูง สามารถบรรจุสารออกฤทธิ์ในปริมาณสูง มีประสิทธิภาพในการห่อหุ้ม (EE%) สูง และมีความเสถียร นอกจากนี้ การโซนิเคชันยังช่วยให้ได้การกระจายขนาดที่สม่ำเสมอการปฏิบัติตามเกณฑ์คุณภาพทั้งหมดนี้ ลิโพโซมที่ผลิตด้วยวิธีอัลตราโซนิกจึงเป็นตัวพาที่เหมาะสมสำหรับสารออกฤทธิ์ทางยา (API) และสารพฤกษเคมีในยา การรักษา อาหารเสริม อาหารฟังก์ชัน และแม้กระทั่งเครื่องสำอาง

1. อาหาร เสริม:
   การห่อหุ้มด้วยลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มการดูดซึมของอาหารเสริมและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารทางโภชนาการ วิตามิน แร่ธาตุ และสารสกัดจากสมุนไพรที่ถูกห่อหุ้มในลิโพโซมแสดงให้เห็นถึงการดูดซึมและความเสถียรที่ดีขึ้น ส่งผลให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น อาหารเสริมวิตามินซีและเคอร์คูมินในรูปแบบลิโพโซมเป็นที่นิยมเนื่องจากมีประโยชน์ในการรักษาที่ดีขึ้น
2. ยา:
   ในอุตสาหกรรมเภสัชกรรม ลิโพโซมทำหน้าที่เป็นตัวนำส่งยา ช่วยปรับปรุงการละลาย ความคงตัว และการมุ่งเป้าของยา สูตรลิโพโซมที่เตรียมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงถูกนำมาใช้ในการนำส่งยาเคมีบำบัด ยาปฏิชีวนะ และวัคซีน ตัวอย่างเช่น ลิโพโซมโดโซรูบิซินช่วยลดความเป็นพิษต่อหัวใจที่เกี่ยวข้องกับการรักษาด้วยโดโซรูบิซินแบบดั้งเดิม
3. การรักษา:
   การบำบัดด้วยยาได้รับประโยชน์จากการห่อหุ้มด้วยไลโปโซมโดยการควบคุมการปลดปล่อยและการนำส่งเป้าหมาย ไลโปโซมสามารถข้ามอุปสรรคทางชีวภาพ เช่น กำแพงเลือดสมอง ทำให้สามารถนำส่งยาไปยังเนื้อเยื่อหรือเซลล์เฉพาะได้ ไลโปโซมนาโนที่ผลิตด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิกมีความสามารถในการดูดซึมสูงมากเนื่องจากขนาดนาโนที่ช่วยให้สามารถเข้าสู่เนื้อเยื่อและเซลล์เป้าหมายได้ นี่เป็นข้อได้เปรียบอย่างยิ่งในการรักษาความผิดปกติทางระบบประสาทและมะเร็ง
4. อาหารฟังก์ชัน:
   ในอุตสาหกรรมอาหารฟังก์ชัน ลิปโซมช่วยเพิ่มการส่งมอบสารชีวกิจกรรม เช่น กรดไขมันโอเมก้า-3 โพรไบโอติก และสารต้านอนุมูลอิสระ สารชีวกิจกรรมที่ถูกห่อหุ้มไว้ในลิปโซมมีความเสถียรภาพและสามารถดูดซึมได้ดีขึ้น ซึ่งช่วยให้เกิดผลลัพธ์ที่ดีต่อสุขภาพ ตัวอย่างเช่น การห่อหุ้มโพลีฟีนอลในเครื่องดื่มโดยใช้การช่วยด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (อัลตราโซนิก) ช่วยรักษาคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของโพลีฟีนอลไว้ได้
5. เครื่องสําอาง:
   สูตรเครื่องสำอาง ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเครื่องสำอางเชิงเภสัชกรรม ได้รับประโยชน์จากเทคนิคการห่อหุ้มด้วยไลโปโซม เนื่องจากไลโปโซมช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการห่อหุ้มสารต้านริ้วรอย เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ ทำให้ปกป้องผิวจากความเครียดออกซิเดทีฟได้ดีขึ้นโครงสร้างสองชั้นช่วยปกป้องสารประกอบที่ไวต่อปัจจัยแวดล้อม เช่น รังสี UV และมลภาวะ ซึ่งสามารถทำลายสารต้านอนุมูลอิสระได้ ประสิทธิภาพการห่อหุ้มที่เพิ่มขึ้นของไลโซโซมที่ถูกโซนิคเคชันช่วยให้สามารถรวมสารประกอบที่ระเหยง่ายและไวต่อปัจจัยแวดล้อมได้อย่างเสถียร ซึ่งโดยปกติแล้วจะยากต่อการส่งผ่านอย่างมีประสิทธิภาพ

การสร้างลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นเทคนิคที่แข็งแกร่งและหลากหลาย มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพการห่อหุ้ม การควบคุมขนาด ความสามารถในการปรับขนาด และความยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อม การประยุกต์ใช้ครอบคลุมหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การเพิ่มการดูดซึมของอาหารเสริมไปจนถึงการปรับปรุงการส่งมอบและประสิทธิภาพของยาและผลิตภัณฑ์รักษาโรค เมื่อการวิจัยและเทคโนโลยีก้าวหน้าไป ศักยภาพในการห่อหุ้มด้วยลิโพโซมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในการสร้างนวัตกรรมและปรับปรุงสูตรผลิตภัณฑ์ยังคงขยายตัวต่อไป ซึ่งสัญญาว่าจะมีการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นในด้านการแพทย์ สุขภาพ โภชนาการ และเครื่องสำอาง

นาโนแคริเออร์ที่สังเคราะห์ขึ้นโดยการโซนิค

นอกเหนือจากไลโปโซมแล้ว การโซนิเคชันยังถูกนำมาใช้สำเร็จในการผลิตและบรรจุสารนำส่งนาโนรูปแบบอื่น ๆ เช่น นาโนพาร์ติเคิลไขมันในรูปของแข็ง, สารนำส่งไขมันที่มีโครงสร้างนาโน และนาโนอิมัลชัน เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ช่วยส่งเสริมการก่อตัวและการบรรจุสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพลงในสารนำส่งนาโนเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher จึงถูกใช้ทั่วโลกในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และเครื่องสำอาง