Tạo liposome bằng siêu âm: Phương pháp và ưu điểm

Liposome là các túi hình cầu cấu tạo từ các lớp kép lipid, được sử dụng rộng rãi trong dẫn truyền thuốc, mỹ phẩm và ngành công nghiệp thực phẩm nhờ tính tương thích sinh học và khả năng bao gói cả các chất ưa nước lẫn kỵ nước. Sử dụng siêu âm cường độ cao để tạo liposome là một trong những kỹ thuật bao gói trong liposome phổ biến nhất. Được biết đến nhờ hiệu quả, khả năng mở rộng quy mô và khả năng tạo ra liposome có kích thước được kiểm soát cùng hiệu suất bao gói cao, xử lý siêu âm còn mang lại nhiều ưu điểm khác so với các phương pháp sản xuất liposome thay thế. Bài viết này giới thiệu phương pháp tạo liposome bằng siêu âm, các ưu điểm và những ứng dụng đa dạng trong sản phẩm bổ sung, dược phẩm, chế phẩm điều trị và thực phẩm chức năng.

Xử lý siêu âm để tạo liposome

Máy siêu âm dạng đầu dò là công cụ thiết yếu trong sản xuất liposome mang hoạt chất. Sau đây, chúng tôi giới thiệu cách tạo và nạp chất vào liposome bằng phương pháp có hỗ trợ siêu âm.

1. Chuẩn bị dung dịch lipid:
   Quy trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị dung dịch lipid. Các lipid thường được sử dụng bao gồm phosphatidylcholine, cholesterol và các phospholipid khác. Các lipid này được hòa tan trong dung môi hữu cơ như chloroform hoặc ethanol.
2. Tạo màng lipid:
   Sau đó, dung dịch lipid được cho bay hơi dưới áp suất giảm (chân không) bằng máy cô quay để tạo màng lipid mỏng trên thành bình cầu đáy tròn. Bước này đảm bảo loại bỏ dung môi hữu cơ, để lại màng lipid khô.
3. Hydrat hóa màng lipid:
   Màng lipid đã làm khô được hydrat hóa bằng dung dịch nước, có thể chứa hoạt chất cần bao gói. Bước này tạo ra các túi đa lớp (MLVs). Quá trình hydrat hóa thường bao gồm trộn xoáy hoặc khuấy nhẹ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha của lipid.
4. Xử lý siêu âm:
   Sau đó, các MLVs được xử lý bằng siêu âm sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò. Sóng siêu âm gây ra hiện tượng xâm thực, tạo các vi bọt khí sụp đổ và sinh ra lực cắt. Quá trình này gây tạo lỗ bằng siêu âm, giúp nạp chất vào liposome một cách hiệu quả, mang lại hiệu suất lưu giữ cao (EE%). Độ thấm tăng lên nhờ tạo lỗ bằng siêu âm tạo điều kiện cho các chất cần bao gói khuếch tán vào liposome. Khi quá trình xử lý siêu âm dừng lại, các lớp kép lipid nhanh chóng tái hợp, giữ các chất đã được bao gói bên trong.
   Ngoài ra, xử lý siêu âm phân tách các MLVs thành các túi đơn lớp nhỏ hơn (ULVs) hoặc các túi đơn lớp nhỏ (SUVs), với kích thước thường từ 20 đến 200 nm. Các thông số như thời gian xử lý siêu âm, công suất và nhiệt độ được tối ưu hóa để đạt được kích thước liposome và hiệu suất bao gói mong muốn.
5. Tinh sạch và xác định đặc tính:
   Sau khi xử lý siêu âm, hỗn dịch liposome thường được lọc hoặc ly tâm để loại bỏ vật liệu chưa được bao gói và các túi lớn hơn. Các liposome thu được được xác định đặc tính bằng các kỹ thuật như tán xạ ánh sáng động (DLS) để xác định phân bố kích thước, phân tích thế zeta để xác định điện tích bề mặt và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định hình thái.

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

Đã được khoa học chứng minh

Máy siêu âm dạng đầu dò đã nhanh chóng được ứng dụng như một công cụ đáng tin cậy để điều chế liposome và hiện được sử dụng rộng rãi trong sản xuất liposome phục vụ nghiên cứu và sản xuất thương mại. Hiệu quả và độ tin cậy của việc tạo liposome bằng siêu âm và nạp hoạt chất vào liposome đã được chứng minh qua các nghiên cứu trên nhiều công thức. Dưới đây là hai phần tổng quan ngắn về bao gói trong liposome bằng phương pháp siêu âm dạng đầu dò.
 
Hadian và cộng sự (2014) đã nghiên cứu hiệu quả của phương pháp siêu âm trong việc bao gói các axit béo omega-3 từ dầu cá (DHA và EPA) trong liposome. Để đánh giá hiệu suất và chất lượng bao giữ, họ đã so sánh phương pháp điều chế liposome bằng siêu âm với phương pháp đùn liposome. Sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò UP200S của Hielscher, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc xử lý bằng siêu âm dạng đầu dò “đối với các liposome đã hình thành sẵn tạo điều kiện nạp một lượng đáng kể DHA và EPA vào màng nanoliposome. Kỹ thuật siêu âm dạng đầu dò cho kết quả vượt trội so với các phương pháp khác.” Liposome được điều chế bằng siêu âm dạng đầu dò có hình cầu và duy trì tính toàn vẹn cấu trúc cao.
 
Paini và cộng sự (2015) đã phát triển một phương pháp đơn giản nhưng có hiệu quả cao, sử dụng siêu âm để điều chế liposome chứa apigenin với lecithin hạt cải dầu đạt tiêu chuẩn thực phẩm trong môi trường nước mà không sử dụng bất kỳ dung môi hữu cơ nào. Khi sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò công suất 400 oát, model UP400S (Hielscher Ultrasonics), hiệu suất bao gói đạt hơn 92%. Kích thước liposome có thể được kiểm soát chính xác bằng cách điều chỉnh biên độ siêu âm và thời gian xử lý. Phân tích cho thấy các cấu trúc liposome chứa apigenin có thế Zeta cao, chỉ số đa phân tán tốt và duy trì sự ổn định sau quá trình bao gói.

Ưu điểm của phương pháp bao gói trong liposome bằng siêu âm

Các kỹ thuật điều chế liposome rất đa dạng, mỗi kỹ thuật đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Phương pháp điều chế liposome bằng siêu âm nổi bật vì nhiều lý do: hiệu suất bao giữ rất cao (EE%), khả năng kiểm soát kích thước liposome tuyệt vời, độ tin cậy trong việc tạo ra kết quả có thể tái lập, cũng như khả năng mở rộng quy mô tuyến tính lên thể tích lớn hơn.

1. Nâng cao hiệu suất bao gói:
   Xử lý bằng siêu âm mang lại hiệu suất bao gói cao cho cả hợp chất ưa nước và kỵ nước. Lực cắt mạnh và hiện tượng xâm thực tạo điều kiện cho chất được bao gói phân bố đồng đều trong lớp kép hoặc lõi nước của liposome.
2. Kiểm soát phân bố kích thước:
   Khả năng kiểm soát chính xác các thông số siêu âm cho phép sản xuất liposome có phân bố kích thước hẹp, yếu tố thiết yếu để đảm bảo sự nhất quán trong phân phối thuốc và sinh khả dụng.
3. Khả năng mở rộng quy mô và tính tái lập:
   Quá trình tạo liposome bằng siêu âm có khả năng mở rộng quy mô cao, phù hợp cho cả sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp. Tính tái lập của quy trình đảm bảo chất lượng nhất quán giữa các mẻ.
4. Sử dụng tối thiểu dung môi hữu cơ:
   So với các phương pháp điều chế liposome khác, xử lý bằng siêu âm cần ít dung môi hữu cơ hơn đáng kể, giúp giảm độc tính tiềm ẩn và tác động đến môi trường.
5. Tính linh hoạt:
   Kỹ thuật này có tính linh hoạt, phù hợp với nhiều loại lipid và chất được bao gói, nhờ đó mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Ứng dụng trong sản phẩm bổ sung, dược phẩm, liệu pháp điều trị và thực phẩm chức năng

Máy siêu âm Hielscher được sử dụng trong nghiên cứu và sản xuất thương mại để tạo ra liposome đạt tiêu chuẩn thực phẩm và dược phẩm. Liposome được sản xuất bằng siêu âm có sinh khả dụng cao, có thể mang lượng lớn hoạt chất, có hiệu suất bao gói (EE%) và độ ổn định cao. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm tạo ra phân bố kích thước đồng đều. Đáp ứng tất cả các tiêu chí chất lượng này, liposome được bào chế bằng siêu âm là chất mang lý tưởng cho các hoạt chất dược phẩm (APIs) và hợp chất thực vật trong thuốc, liệu pháp điều trị, sản phẩm bổ sung dinh dưỡng, thực phẩm chức năng và cả mỹ phẩm.

1. Sản phẩm bổ sung:
   Bao gói trong liposome bằng siêu âm được sử dụng để tăng sinh khả dụng của thực phẩm bổ sung và các sản phẩm dinh dưỡng có tác dụng dược lý. Vitamin, khoáng chất và chiết xuất thảo dược được bao gói trong liposome có khả năng hấp thu và độ ổn định được cải thiện, mang lại hiệu quả tốt hơn. Chẳng hạn, các sản phẩm bổ sung vitamin C và curcumin dạng liposome được ưa chuộng nhờ lợi ích điều trị được tăng cường.
2. Dược phẩm:
   Trong ngành dược phẩm, liposome đóng vai trò là chất mang để phân phối thuốc, cải thiện độ tan, độ ổn định và khả năng hướng đích của thuốc. Các chế phẩm liposome được bào chế bằng siêu âm được sử dụng để phân phối các tác nhân hóa trị, kháng sinh và vắc-xin. Ví dụ, doxorubicin dạng liposome làm giảm độc tính trên tim liên quan đến liệu pháp doxorubicin thông thường.
3. Liệu pháp điều trị:
   Các liệu pháp điều trị được hưởng lợi từ việc bao gói trong liposome nhờ đạt được khả năng giải phóng có kiểm soát và phân phối hướng đích. Liposome có thể vượt qua các hàng rào sinh học, chẳng hạn như hàng rào máu não, cho phép đưa thuốc đến các mô hoặc tế bào cụ thể. Liposome nano được sản xuất bằng siêu âm có sinh khả dụng rất cao vì kích thước nano cho phép chúng đi vào các mô và tế bào đích. Điều này đặc biệt có lợi trong điều trị các rối loạn thần kinh và ung thư.
4. Thực phẩm chức năng:
   Trong ngành thực phẩm chức năng, liposome tăng cường khả năng phân phối các hợp chất có hoạt tính sinh học, chẳng hạn như axit béo omega-3, lợi khuẩn và chất chống oxy hóa. Các chất có hoạt tính sinh học được bao gói này có độ ổn định và sinh khả dụng được cải thiện, góp phần mang lại kết quả sức khỏe tốt hơn. Ví dụ, việc bao gói polyphenol trong liposome với sự hỗ trợ của siêu âm trong đồ uống giúp bảo toàn đặc tính chống oxy hóa của chúng.
5. Mỹ phẩm:
   Các công thức mỹ phẩm, còn được gọi là dược mỹ phẩm, được hưởng lợi từ kỹ thuật bao gói trong liposome, vì liposome tăng cường hiệu suất bao gói các chất chống lão hóa như chất chống oxy hóa, mang lại khả năng bảo vệ tốt hơn trước stress oxy hóa. Cấu trúc lớp kép bảo vệ các hợp chất nhạy cảm khỏi các yếu tố môi trường, chẳng hạn như bức xạ UV và ô nhiễm, vốn có thể làm phân hủy các chất chống oxy hóa. Hiệu năng bao gói được tăng cường của liposome được xử lý bằng siêu âm cho phép tích hợp ổn định các hợp chất dễ bay hơi và nhạy cảm, vốn khó được phân phối hiệu quả bằng cách khác.

Tạo liposome bằng siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy và đa năng với những ưu điểm đáng kể về hiệu suất bao gói, khả năng kiểm soát kích thước, khả năng mở rộng quy mô và tính bền vững về môi trường. Kỹ thuật này được ứng dụng trong nhiều ngành, từ tăng sinh khả dụng của thực phẩm bổ sung đến cải thiện khả năng phân phối và hiệu quả của dược phẩm và các liệu pháp điều trị. Khi nghiên cứu và công nghệ tiến bộ, tiềm năng đổi mới và cải thiện công thức sản phẩm thông qua bao gói trong liposome bằng siêu âm tiếp tục mở rộng, hứa hẹn những bước phát triển đầy hứng khởi trong các lĩnh vực sức khỏe, y học, dinh dưỡng và mỹ phẩm.

Các chất mang nano được bào chế bằng siêu âm

Bên cạnh liposome, xử lý bằng siêu âm cũng được sử dụng thành công để bào chế và nạp hoạt chất vào nhiều dạng chất mang nano khác, chẳng hạn như hạt nano lipid rắn, chất mang lipid có cấu trúc nano và nhũ tương nano. Máy siêu âm Hielscher thúc đẩy quá trình tạo các chất mang nano này và nạp các thành phần có hoạt tính sinh học vào chúng một cách hiệu quả. Nổi tiếng với công nghệ tiên tiến nhất, máy siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.