Утворення ліпосом за допомогою ультразвуку: методологія та переваги

Ліпосоми – це сферичні везикули, що складаються з ліпідних бішарів, які широко використовуються у фармацевтичній, косметичній та харчовій промисловості завдяки своїй біосумісності та здатності інкапсулювати як гідрофільні, так і гідрофобні речовини. Використання ультразвуку високої інтенсивності для утворення ліпосом є одним із найпоширеніших методів ліпосомної інкапсуляції. Ультразвукова обробка, відома своєю ефективністю, масштабованістю та можливістю виробляти ліпосоми з контрольованим розміром і високою ефективністю інкапсуляції, має численні додаткові переваги порівняно з альтернативними методами виробництва ліпосом. Ця стаття знайомить із методологією утворення ліпосом за допомогою ультразвуку, її перевагами та різноманітними застосуваннями у добавках, фармацевтиці, терапії та функціональних продуктах харчування.

Ультразвукова обробка для утворення ліпосом

Зондові ультразвукові гомогенізатори є необхідним інструментом для виробництва ліпосом, навантажених активними інгредієнтами. Тут ми надаємо вступ до того, як ліпосоми утворюються та навантажуються за допомогою методу, що використовує ультразвук.

1. Приготування розчину ліпідів:
   Процес починається з приготування розчину ліпідів. До поширених ліпідів, що використовуються, належать фосфатидилхолін, холестерин та інші фосфоліпіди. Ці ліпіди розчиняють в органічному розчиннику, такому як хлороформ або етанол.
2. Утворення ліпідної плівки:
   Потім розчин ліпідів випаровують під зниженим тиском (вакуумом) за допомогою роторного випарника, щоб утворити тонку ліпідну плівку на стінках круглодонної колби. Цей етап забезпечує видалення органічних розчинників, залишаючи суху ліпідну плівку.
3. Гідратація ліпідної плівки:
   Висушену ліпідну плівку гідратують водним розчином, який може містити активну речовину, що підлягає інкапсуляції. Цей етап призводить до утворення багатошарових везикул (MLV). Процес гідратації зазвичай включає вібраційне перемішування або легке перемішування при температурі вище температури переходу ліпідів.
4. Ультразвукова обробка:
   Потім MLV піддають ультразвуковій обробці за допомогою зондового ультразвукового гомогенізатора. Ультразвукові хвилі спричиняють кавітацію, створюючи мікробульбашки, які колапсують і генерують зсувні сили. Цей процес викликає сонопорацію, так що ліпосоми ефективно навантажуються, що призводить до високої ефективності захоплення (EE%). Підвищена проникність завдяки сонопорації сприяє дифузії інкапсулянтів у ліпосоми. Після зупинки процесу ультразвукової обробки ліпідні бішари швидко перебудовуються, захоплюючи інкапсульовані речовини всередині.
   Додатково ультразвукова обробка руйнує MLV на менші одношарові везикули (ULV) або малі одношарові везикули (SUV), розміри яких зазвичай коливаються від 20 до 200 nm. Параметри, такі як час ультразвукової обробки, потужність та температура, оптимізуються для досягнення бажаного розміру ліпосом та ефективності інкапсуляції.
5. Очищення та характеризація:
   Після ультразвукової обробки суспензію ліпосом часто фільтрують або центрифугують для видалення неінкапсульованого матеріалу та більших везикул. Отримані ліпосоми характеризують за допомогою таких методів, як динамічне розсіювання світла (DLS) для розподілу за розміром, аналіз дзета-потенціалу для поверхневого заряду та трансмісійна електронна мікроскопія (TEM) для морфології.

Після утворення ліпідної плівки та подальшої гідратації ультразвукова обробка використовується для сприяння захопленню активних інгредієнтів у ліпосомах. Додатково ультразвукова обробка досягає бажаного розміру ліпосом.

Науково доведено

Соникатори зондового типу були швидко адаптовані як надійна техніка для підготовки ліпосом і наразі широко використовуються в дослідженнях і комерційному виробництві ліпосом. Ефективність і надійність ультразвукового утворення ліпосом та навантаження ліпосом активними інгредієнтами були продемонстровані в дослідницьких роботах для багатьох формуляцій. Нижче наведено два короткі огляди щодо ліпосомної інкапсуляції за допомогою ультразвукової обробки зондового типу.

Hadian et al. (2014) досліджували ефективність ультразвукової обробки для інкапсуляції омега-3 жирних кислот з риб’ячого жиру (DHA та EPA) у ліпосоми. Щоб оцінити ефективність і якість захоплення, вони порівняли метод ультразвукової підготовки ліпосом із екструзією ліпосом. Використовуючи соникатор зондового типу Hielscher UP200S, дослідники виявили, що ультразвукова обробка “попередньо сформованих ліпосом сприяє значному навантаженню DHA та EPA у наноліпосомну мембрану. Техніка ультразвукової обробки зондом перевершила інші методи”. Ліпосоми, підготовлені за допомогою ультразвукової обробки зондового типу, мали сферичну форму та зберігали високу структурну цілісність.

Paini et al. (2015) розробили простий, але дуже ефективний метод із використанням ультразвукової обробки для підготовки ліпосом, навантажених апігеном, із харчовим лецитином ріпаку у водному середовищі без використання будь-якого органічного розчинника. Використовуючи соникатор зондового типу потужністю 400 ватів моделі UP400S (Hielscher Ultrasonics), було досягнуто ефективності інкапсуляції понад 92%. Розмір ліпосом можна точно контролювати, регулюючи амплітуду ультразвукової обробки та тривалість процесу. Аналіз показав, що ліпосомні структури апігену мали високий дзета-потенціал, хороший індекс полідисперсності та залишалися стабільними після процесу інкапсуляції.

Переваги ультразвукової ліпосомної інкапсуляції

Техніки підготовки ліпосом значно відрізняються, кожна має свої переваги та обмеження. Ультразвукова підготовка ліпосом виділяється з кількох причин, оскільки забезпечує дуже високу ефективність захоплення (EE%), чудовий контроль над розміром ліпосом, їхню надійність щодо відтворюваних результатів, а також лінійну масштабованість до більших об’ємів.

1. Підвищена ефективність інкапсуляції:
   Ультразвукова обробка забезпечує високу ефективність інкапсуляції як для гідрофільних, так і для гідрофобних сполук. Інтенсивні зсувні сили та кавітація сприяють рівномірному розподілу інкапсуляту в ліпосомному бішарі або водному ядрі.
2. Контрольований розподіл за розміром:
   Можливість точно контролювати параметри ультразвукової обробки дозволяє виробляти ліпосоми з вузьким розподілом за розміром, що є необхідним для послідовної доставки ліків та біодоступності.
3. Масштабованість та відтворюваність:
   Ультразвукове утворення ліпосом є високомасштабованим, що робить його придатним як для лабораторного, так і для промислового виробництва. Відтворюваність процесу забезпечує послідовну якість між партіями.
4. Мінімальне використання органічних розчинників:
   У порівнянні з іншими методами підготовки ліпосом, ультразвукова обробка вимагає значно менше органічних розчинників, що зменшує потенційну токсичність та вплив на навколишнє середовище.
5. Універсальність:
   Ця техніка є універсальною, охоплюючи широкий спектр ліпідів та інкапсулянтів, що розширює її застосовність у різних галузях промисловості.

Застосування в добавках, фармацевтиці, терапії та функціональних продуктах харчування

Соникатори Hielscher використовуються в дослідженнях і комерційному виробництві для створення ліпосом харчової та фармацевтичної якості. Ліпосоми, вироблені за допомогою ультразвуку, пропонують високу біодоступність, можуть нести високі навантаження активних інгредієнтів, високу ефективність інкапсуляції (EE%) та стабільність. Крім того, ультразвукова обробка призводить до рівномірного розподілу за розміром. Відповідаючи всім цим критеріям якості, ліпосоми, сформульовані за допомогою ультразвуку, є ідеальним носієм для активних фармацевтичних інгредієнтів (API) та фітохімічних речовин у ліках, терапевтичних засобах, дієтичних добавках, функціональних продуктах харчування та навіть косметиці.

1. Добавки:
   Ультразвукова ліпосомна інкапсуляція використовується для підвищення біодоступності дієтичних добавок та нутрицевтиків. Вітаміни, мінерали та рослинні екстракти, інкапсульовані в ліпосоми, демонструють покращене засвоєння та стабільність, що призводить до кращої ефективності. Наприклад, ліпосомні добавки з вітаміном C та куркуміном популярні завдяки їхнім посиленим терапевтичним перевагам.
2. Фармацевтика:
   У фармацевтичній промисловості ліпосоми служать носіями для доставки ліків, покращуючи розчинність, стабільність та таргетну доставку препаратів. Ультразвуково підготовлені ліпосомні форми використовуються для доставки хіміотерапевтичних агентів, антибіотиків та вакцин. Наприклад, ліпосомний доксорубіцин зменшує кардіотоксичність, пов’язану зі стандартною терапією доксорубіцином.
3. Терапевтика:
   Терапевтичні засоби отримують переваги від ліпосомної інкапсуляції завдяки досягненню контрольованого вивільнення та таргетної доставки. Ліпосоми можуть долати біологічні бар’єри, такі як гематоенцефалічний бар’єр, забезпечуючи доставку ліків до специфічних тканин або клітин. Ультразвуково вироблені наноліпосоми мають дуже високу біодоступність, оскільки їхній нанорозмір дозволяє їм проникати в цільові тканини та клітини. Це особливо вигідно при лікуванні неврологічних розладів та раку.
4. Функціональні продукти харчування:
   У промисловості функціональних продуктів харчування ліпосоми покращують доставку біоактивних сполук, таких як омега-3 жирні кислоти, пробіотики та антиоксиданти. Ці інкапсульовані біоактивні речовини демонструють покращену стабільність та біодоступність, сприяючи кращим результатам для здоров’я. Наприклад, ультразвукова інкапсуляція поліфенолів у ліпосоми в напоях допомагає зберегти їхні антиоксидантні властивості.
5. Косметика:
   Косметичні формули, також відомі як космецевтики, отримують переваги від техніки ліпосомної інкапсуляції, оскільки ліпосоми підвищують ефективність інкапсуляції речовин проти старіння, таких як антиоксиданти, забезпечуючи кращий захист від оксидативного стресу. Бішарова структура захищає чутливі сполуки від факторів навколишнього середовища, таких як УФ-випромінювання та забруднення, які можуть руйнувати антиоксиданти. Покращена інкапсулююча ефективність сонікованих ліпосом дозволяє стабільно включати леткі та чутливі сполуки, які інакше важко ефективно доставити.

Ультразвукове утворення ліпосом є надійною та універсальною технікою зі значними перевагами в ефективності інкапсуляції, контролі розміру, масштабованості та екологічній сталості. Її застосування охоплює різні галузі, від підвищення біодоступності добавок до покращення доставки та ефективності фармацевтичних препаратів та терапевтичних засобів. Оскільки дослідження та технології розвиваються, потенціал ультразвукової ліпосомної інкапсуляції для інновацій та покращення формуляцій продуктів продовжує розширюватися, обіцяючи захопливі розробки в галузях здоров’я, медицини, харчування та косметики.

Наноконтейнери, сформовані за допомогою сонікації

Окрім ліпосом, сонікація також успішно використовується для формування та навантаження різноманітних інших форм наноконтейнерів, таких як твердо-ліпідні наночастинки, наноструктуровані ліпідні носії та наноемульсії. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher сприяють ефективному утворенню та навантаженню цих наноконтейнерів біоактивними інгредієнтами. Відомі своєю передовою технологією, ультразвукові гомогенізатори Hielscher використовуються у всьому світі у виробництві харчових продуктів, фармацевтичних засобів та косметики.