Bao gói các phân tử có hoạt tính sinh học trong liposome bằng siêu âm

Siêu âm được biết đến rộng rãi là có hiệu quả cao trong việc điều chế các công thức liposome. Các công thức liposome điển hình sử dụng siêu âm để bao gói vitamin C, CBD, curcumin, quercitin, astaxanthin, peptide và nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học khác. Bao gói trong liposome bằng siêu âm là một kỹ thuật đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả, cho phép tạo ra các túi ổn định với hàm lượng chất được bao gói cao. Các dưỡng chất được bao gói bằng siêu âm nổi bật nhờ sinh khả dụng vượt trội.

Tổng quan: Bao gói các hợp chất có hoạt tính sinh học trong liposome bằng siêu âm

Bao gói bằng siêu âm mang lại một phương pháp có hiệu quả cao và có thể kiểm soát để đưa các hợp chất có hoạt tính sinh học vào liposome, tăng cường độ ổn định, sinh khả dụng và hiệu quả chức năng của chúng. Hiện tượng xâm thực âm do siêu âm cường độ cao tạo ra thúc đẩy quá trình hydrat hóa lipid nhanh chóng, giảm kích thước túi và phân tán đồng đều, cho phép hình thành các liposome nhỏ, đồng nhất với phân bố kích thước hẹp. Kỹ thuật này giúp đạt hiệu suất bao gói cao đối với cả các hợp chất ưa nước và ưa lipid, đồng thời giảm thiểu nhu cầu sử dụng dung môi hữu cơ hoặc các điều kiện xử lý khắc nghiệt. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm cho phép kiểm soát chính xác kích thước hạt và số lớp màng, là những thông số quan trọng để tối ưu hóa khả năng giải phóng có kiểm soát, sự hấp thu vào tế bào và độ ổn định lâu dài của các chất có hoạt tính sinh học nhạy cảm trong các ứng dụng dược phẩm, dược phẩm dinh dưỡng và mỹ phẩm.

Liposome là gì và có những lợi ích nào?

Liposome là các túi gồm một lõi nước được bao bọc bởi một hoặc nhiều lớp kép phospholipid. Do có lõi nước được bao quanh bởi một lớp lipid và lớp vỏ ngoài ưa nước, liposome có khả năng hòa tan trong nước và có thể vận chuyển các hợp chất tan trong nước và tan trong chất béo trong các ngăn tương ứng của túi. Điều này khiến liposome trở thành một hệ dẫn truyền có hiệu quả cao đối với các phân tử có hoạt tính điều trị. Liposome được hình thành bằng cách phá vỡ màng sinh học, một quá trình được thúc đẩy và tăng cường nhờ siêu âm. Liposome thường được cấu tạo từ phospholipid, đặc biệt là phosphatidylcholine, nhưng cũng có thể chứa các lipid khác, chẳng hạn như phosphatidylethanolamine từ trứng, miễn là chúng tương thích với cấu trúc lớp kép lipid. Liposome tự hình thành khi phospholipid được hydrat hóa. Trong bước đầu tiên – giai đoạn hydrat hóa – siêu âm được sử dụng để nhũ hóa lipid và pha nước ở kích thước nano nhằm thúc đẩy sự hình thành các túi đa lớp có hàm lượng chất được bao gói cao (MLVs). Sau đó, có thể sử dụng siêu âm để giảm kích thước liposome nếu cần. Để thu được kích thước túi nhỏ hơn, siêu âm được áp dụng để phân tán và giảm kích thước liposome thành các túi đơn lớp lớn (LUVs) hoặc các túi đơn lớp nhỏ (SUVs) có kích thước đồng đều.
Kỹ thuật tạo liposome và giảm kích thước liposome bằng siêu âm đáng tin cậy, nhanh chóng, hiệu quả, dễ thực hiện và an toàn. Các liposome được tạo ra có hàm lượng chất có hoạt tính sinh học cao, độ ổn định cao và sinh khả dụng vượt trội.

Tại sao bể làm sạch siêu âm không thể tạo ra liposome chất lượng cao?

Việc sản xuất liposome đòi hỏi một thiết bị siêu âm có thể cung cấp đủ năng lượng để tạo ra các hạt đồng đều, có kích thước nano. Liposome tự làm bằng máy làm sạch trang sức siêu âm thường không hiệu quả vì các liposome được tạo ra không đạt kích thước nano cần thiết và cũng không bao gói được các dưỡng chất có hoạt tính sinh học một cách hiệu quả, ổn định lâu dài. Để tạo ra liposome chất lượng cao, máy siêu âm dạng đầu dò là công nghệ được ưu tiên vì đầu dò (sonotrode) có thể truyền vào môi trường năng lượng âm cường độ cao cần thiết để hình thành các liposome có tải lượng cao và hiệu quả tốt. Nhìn chung, liposome được sản xuất bằng đầu dò siêu âm có phân bố kích thước hạt trong khoảng 100–500nm, tối ưu cho tải lượng cao và sinh khả dụng vượt trội.
Việc sử dụng thiết bị phản ứng có buồng dòng chảy siêu âm cho phép tạo ra liposome trong môi trường không có oxy để ngăn ngừa sự phân hủy do oxy hóa.
Máy siêu âm dạng đầu dò cung cấp năng lượng cần thiết để sản xuất liposome chất lượng cao có các đặc tính sau:

Sau khi tạo màng lipid và tái hydrat hóa, quá trình xử lý siêu âm được sử dụng để thúc đẩy việc bao giữ các hoạt chất trong liposome. Ngoài ra, xử lý siêu âm còn giúp đạt được kích thước liposome mong muốn.

Các phân tử được bao gói trong liposome bằng siêu âm

Danh sách dưới đây cho biết những chất đã được bao gói thành công trong các công thức liposome bằng phương pháp điều chế sử dụng siêu âm.

• các chất chống oxy hóa như glutathione, vitamin C, các vitamin nhóm B được methyl hóa, resveratrol, CoQ10, v.v.
• các hợp chất phenolic: flavonoid như fisetin, quercitin, proanthocyanidin dạng oligomer (OPC); saponin như astralgaloside; alkaloid
• các khoáng chất như chelat magiê (ví dụ: magiê threonate, magiê orotate), kẽm, đồng, v.v.
• các terpene như astaxanthin, limonene, pinene, humulene, linalool, beta-caryophyllene, phytol, geraniol, terpinolene, v.v.
• các lipid như axit béo omega-3 EPA và DHA; dipalmitoyl-phosphatidylcholine (DPPC), v.v.
• các axit amin như creatine, glycine, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), phenylalanine, L-theanine, GABA (axit gamma-aminobutyric), taurine, N-acetylcysteine (NAC), L-tyrosine, v.v.
• các peptide, ví dụ: oxytocin, collagen, peptide GLP-1 v.v.
• các polysaccharide như axit hyaluronic, polysaccharide từ nấm, v.v.
• các cannabinoid như CBD, CBG, THC
• các chất hỗ trợ chức năng não, thuốc thông minh và các chất tăng cường nhận thức, có thể bao gồm những chất đã nêu ở trên cũng như các phân tử khác

Công thức liposome được cải tiến bằng công nghệ nano chứa các phân tử có hoạt tính sinh học mang lại tỷ lệ hấp thu cao hơn, sinh khả dụng vượt trội và có thể giúp các chất vượt qua hàng rào máu não.
Các hệ dẫn truyền thuốc dựa trên lipid khác bao gồm nhũ tương nano và các chất mang dạng keo dựa trên lipid như hạt nano lipid rắn (SLN) và chất mang lipid có cấu trúc nano (NLC). Tất cả các hệ này, gồm nhũ tương nano, SLN và NLC, đều có thể được tạo thành và nạp hoạt chất một cách đáng tin cậy bằng xử lý siêu âm.
Đọc thêm về lô hội được chiết xuất bằng siêu âm và bao gói ở kích thước nano!

Chọn phương pháp tạo liposome mà bạn ưu tiên

Xử lý bằng siêu âm được sử dụng rộng rãi trong nhiều phương pháp điều chế và xử lý liposome vì hỗ trợ cả quá trình hình thành liposome lẫn việc kiểm soát sau xử lý. Kỹ thuật này có thể được áp dụng trong quá trình hình thành liposome trực tiếp bằng cách phân tán lecithin (phospholipid) trong pha nước để thúc đẩy sự hình thành nhanh các túi, đồng thời cũng thường được sử dụng trong các kỹ thuật đã được thiết lập như bay hơi pha đảo và hydrat hóa màng mỏng để cải thiện sự phân tán lipid và đẩy nhanh quá trình hình thành túi. Sau bước điều chế ban đầu, xử lý bằng siêu âm thường được sử dụng để nạp các hợp chất có hoạt tính sinh học vào liposome (rỗng) đã hình thành sẵn thông qua cơ chế tạo lỗ bằng siêu âm, giúp đưa các hợp chất này vào một cách hiệu quả. Đây cũng là công cụ tiêu chuẩn để giảm kích thước liposome, tạo ra các túi nhỏ hơn, đồng đều hơn với phân bố kích thước hẹp hơn nhằm cải thiện độ ổn định và hiệu quả vận chuyển hoạt chất.
Tìm hiểu thêm về các phương pháp sản xuất liposome có hỗ trợ siêu âm:

• Tạo liposome bằng siêu âm sử dụng lecithin
• Phương pháp bay hơi pha đảo có hỗ trợ siêu âm
• Hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng liposome

Chất lượng liposome được quyết định bởi sự đồng đều về kích thước hạt và số lớp màng, hiệu suất giữ hoạt chất (%EE) / tải lượng bao gói và độ ổn định. Phương pháp điều chế, điều kiện xử lý, nguyên liệu và việc bảo quản là những yếu tố quan trọng góp phần quyết định chất lượng và qua đó là hiệu lực của các công thức liposome. Ảnh SEM bên trái cho thấy các liposome được điều chế bằng siêu âm, chứa các axit béo DHA và EPA, sử dụng thiết bị siêu âm UP200S của Hielscher (nghiên cứu và hình ảnh: Hadian và cộng sự 2014).
Điều chế liposome bằng siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy, tạo ra các hạt liposome có kích thước nhỏ, đồng đều với tải lượng phân tử có hoạt tính sinh học cao. Các thông số của quá trình siêu âm (như biên độ, tổng năng lượng, thời gian, chế độ xung, nhiệt độ, áp suất) có thể được điều chỉnh chính xác. Là một kỹ thuật xử lý phi nhiệt, nguyên lý hoạt động của xử lý bằng siêu âm dựa trên tác động cắt thuần túy cơ học. Sự gia tăng nhiệt độ trong chất lỏng được xử lý bằng siêu âm được giải thích bằng định luật thứ hai của nhiệt động lực học, theo đó mọi năng lượng đưa vào cuối cùng đều chuyển hóa thành nhiệt. Để duy trì nhiệt độ thấp ổn định cho môi trường liposome, Hielscher Ultrasonics cung cấp các giải pháp làm mát tinh vi, chẳng hạn như bể nước đá cũng như các thiết bị phản ứng và buồng dòng chảy có áo làm mát. Kết quả sản xuất liposome bằng siêu âm có thể tái lập, điều này rất quan trọng đối với một quy trình được tiêu chuẩn hóa và chất lượng sản phẩm luôn ở mức cao.
Phospholipid chất lượng cao với tỷ lệ phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine cao tạo nên lớp vỏ liposome ổn định, ngăn dưỡng chất rò rỉ. Lớp vỏ phospholipid bền chắc cũng bảo vệ các dưỡng chất được bao gói khỏi sự phân hủy do oxy hóa và nhiệt. Vì vậy, tỷ lệ cân đối giữa phospholipid, pha nước và các dưỡng chất được bao gói (các phân tử có hoạt tính sinh học) là thiết yếu.

Thiết bị siêu âm hiệu suất cao để sản xuất liposome

Các hệ thống của Hielscher Ultrasonics là những thiết bị đáng tin cậy được sử dụng trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm bổ sung để bào chế liposome chất lượng cao chứa vitamin, chất chống oxy hóa, flavonoid, peptide, polyphenol và các hợp chất có hoạt tính sinh học / dưỡng chất khác. Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, Hielscher cung cấp các thiết bị siêu âm từ máy đồng nhất hóa phòng thí nghiệm cầm tay nhỏ gọn và thiết bị siêu âm để bàn đến các hệ thống siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp để sản xuất lượng lớn chế phẩm liposome. Việc bào chế liposome bằng siêu âm có thể được thực hiện theo mẻ hoặc theo quy trình liên tục trên đường ống bằng thiết bị phản ứng siêu âm dòng chảy qua. Có nhiều loại đầu siêu âm sonotrode (đầu dò) và bình phản ứng để bảo đảm cấu hình tối ưu cho quá trình sản xuất liposome của bạn. Độ bền chắc của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong môi trường khắc nghiệt.
Khả năng kiểm soát chính xác tất cả các thông số quan trọng của quá trình như biên độ, áp suất, nhiệt độ và thời gian xử lý siêu âm giúp quá trình siêu âm trở nên đáng tin cậy và có khả năng tái lập. Hielscher Ultrasonics hiểu tầm quan trọng của việc duy trì chất lượng sản phẩm cao một cách liên tục và hỗ trợ các nhà sản xuất thực phẩm bổ sung và sản phẩm điều trị triển khai việc chuẩn hóa quy trình và GMP (Thực hành sản xuất tốt) thông qua phần mềm thông minh và ghi dữ liệu tự động. Các máy đồng nhất hóa siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi tự động ghi lại tất cả các thông số của quá trình siêu âm trên thẻ SD tích hợp. Màn hình cảm ứng kỹ thuật số và chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt cho phép giám sát quá trình liên tục và điều chỉnh chính xác các thông số của quá trình bất cứ khi nào cần. Điều này tạo thuận lợi đáng kể cho việc giám sát quá trình và kiểm soát chất lượng.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: