Hình thành liposome siêu âm: phương pháp và ưu điểm

Liposome là các vesicle hình cầu được cấu tạo từ hai lớp lipid, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực vận chuyển thuốc, mỹ phẩm và công nghiệp thực phẩm nhờ tính tương thích sinh học và khả năng bao bọc cả các chất hydrophilic và hydrophobic. Sử dụng sóng siêu âm cường độ cao để tạo liposome là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất cho quá trình bao bọc liposome. Được biết đến với hiệu quả, khả năng mở rộng quy mô và khả năng sản xuất liposome có kích thước được kiểm soát và hiệu suất bao bọc cao, siêu âm mang lại nhiều lợi ích bổ sung so với các phương pháp sản xuất liposome khác. Bài viết này giới thiệu cho bạn về phương pháp hình thành liposome bằng siêu âm, các ưu điểm của nó và các ứng dụng đa dạng trong thực phẩm bổ sung, dược phẩm, liệu pháp điều trị và thực phẩm chức năng.

Sonication để tạo liposome

Các thiết bị siêu âm dạng đầu dò là công cụ không thể thiếu trong quá trình sản xuất liposome chứa các thành phần hoạt tính. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu về cách liposome được hình thành và tải các thành phần hoạt tính bằng phương pháp siêu âm hỗ trợ.

1. Chuẩn bị dung dịch lipid:
   Quá trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị dung dịch lipid. Các lipid thông 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. Quá trình hình thành màng lipid:
   Dung dịch lipid sau đó được bay hơi dưới áp suất giảm (chân không) bằng máy bay hơi quay để tạo thành một lớp màng lipid mỏng trên thành của bình đáy tròn. Bước này đảm bảo loại bỏ hoàn toàn dung môi hữu cơ, để lại một lớp màng lipid khô.
3. Quá trình hydrat hóa của màng lipid:
   Màng lipid khô được hydrat hóa bằng dung dịch nước, có thể chứa chất hoạt tính cần bao bọc. Bước này dẫn đến sự hình thành các vesicle đa lớp (MLVs). Quá trình hydrat hóa thường bao gồm khuấy trộn bằng vortex hoặc khuấy nhẹ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha của lipid.
4. Sonication:
   Các MLVs sau đó được xử lý bằng siêu âm sử dụng một thiết bị siêu âm dạng đầu dò. Sóng siêu âm gây ra hiện tượng cavitation, tạo ra các bong bóng siêu nhỏ (microbubbles) vỡ ra và sinh ra lực cắt. Quá trình này gây ra hiện tượng sonoporation, giúp liposomes được tải hiệu quả, dẫn đến hiệu suất bao bọc cao (EE%). Sự gia tăng độ thấm do sonoporation giúp các chất được bao bọc khuếch tán vào bên trong liposomes. Khi quá trình siêu âm dừng lại, các lớp lipid kép nhanh chóng tái tổ chức, giữ các chất được bao bọc bên trong.
   Ngoài ra, quá trình siêu âm phân hủy các MLVs thành các vesicle đơn lớp nhỏ (ULVs) hoặc vesicle đơn lớp nhỏ (SUVs), với kích thước thường dao động từ 20 đến 200 nm. Các thông số như thời gian siêu âm, công suất và nhiệt độ được tối ưu hóa để đạt được kích thước liposome mong muốn và hiệu suất bao bọc.
5. Làm sạch và đặc trưng hóa:
   Sau khi siêu âm, dung dịch liposome thường được lọc hoặc ly tâm để loại bỏ các chất không được bao bọc và các vesicle lớn hơn. Các liposome thu được được đặc trưng bằng các kỹ thuật như tán xạ ánh sáng động (DLS) để phân bố kích thước, phân tích tiềm năng zeta để xác định điện tích bề mặt và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để nghiên cứu hình thái.

Sau khi hình thành màng lipid bù nước tiếp theo, sonication được sử dụng để thúc đẩy sự bẫy của các hoạt chất trong liposome. Ngoài ra, sonication đạt được kích thước liposome mong muốn.

Đã được khoa học chứng minh

Các thiết bị siêu âm dạng đầu dò đã nhanh chóng được chấp nhận như một kỹ thuật đáng tin cậy cho việc chuẩn bị liposome và hiện nay được sử dụng rộng rãi trong sản xuất liposome cả trong nghiên cứu và sản xuất thương mại. Hiệu quả và độ tin cậy của quá trình hình thành liposome bằng siêu âm và việc tải các thành phần hoạt tính vào liposome đã được chứng minh trong các nghiên cứu về nhiều công thức khác nhau. Dưới đây là hai tóm tắt ngắn về quá trình bao bọc liposome bằng siêu âm dạng đầu dò.
 
Hadian et al. (2014) đã nghiên cứu hiệu quả của phương pháp bao bọc axit béo omega-3 từ dầu cá (DHA và EPA) bằng sóng siêu âm trong liposome. Để đánh giá hiệu quả và chất lượng của quá trình bao bọc, các tác giả đã so sánh phương pháp chuẩn bị liposome bằng sóng siêu âm với phương pháp ép liposome. Sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò Hielscher UP200S, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng phương pháp siêu âm dạng đầu dò “Công nghệ liposome tiền hình thành giúp tăng đáng kể lượng DHA và EPA được tải vào màng nanoliposome. Kỹ thuật siêu âm bằng đầu dò đã vượt trội so với các phương pháp khác.” Liposome được chuẩn bị bằng phương pháp siêu âm dạng đầu dò có hình dạng tròn và duy trì độ toàn vẹn cấu trúc cao.
 
Paini et al. (2015) đã phát triển một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả cao sử dụng siêu âm để chuẩn bị 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. Sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò công suất 400 watt model UP400S (Hielscher Ultrasonics), hiệu suất bao bọc đạt hơn 92%. Kích thước liposome có thể được điều chỉnh chính xác bằng cách điều chỉnh biên độ siêu âm và thời gian quá trình. Phân tích cho thấy cấu trúc apigenin trong liposome có tiềm năng Zeta cao, chỉ số đa phân tán tốt và duy trì ổn định sau quá trình bao bọc.

Ưu điểm của công nghệ bao bọc liposome bằng sóng siêu âm

Các kỹ thuật chuẩn bị liposome rất đa dạng, mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và hạn chế riêng. Chuẩn bị liposome bằng siêu âm nổi bật vì nhiều lý do, bao gồm hiệu suất bao bọc cao (EE%), khả năng kiểm soát kích thước liposome tốt, độ tin cậy trong việc đạt được kết quả tái lặp, cũng như khả năng mở rộng quy mô tuyến tính cho thể tích lớn hơn.

1. Hiệu suất bao bọc được cải thiện:
   Siêu âm cung cấp hiệu suất bao bọc cao cho cả các hợp chất ưa nước và kỵ nước. Lực cắt mạnh và hiện tượng cavitation giúp phân bố đều chất bao bọc trong lớp màng liposome hoặc lõi nước.
2. Phân bố kích thước được kiểm soát:
   Khả năng kiểm soát chính xác các thông số siêu âm cho phép sản xuất liposome có phân bố kích thước hẹp, điều này rất quan trọng để đảm bảo sự phân phối thuốc đều đặn và khả năng hấp thu của thuốc.
3. Khả năng mở rộng và khả năng tái tạo:
   Quá trình hình thành liposome bằng siêu âm có khả năng mở rộng quy mô cao, phù hợp cho cả sản xuất quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp. Tính tái hiện của quá trình đảm bảo chất lượng đồng nhất giữa các mẻ sản xuất.
4. Sử dụng tối thiểu dung môi hữu cơ:
   So với các phương pháp chuẩn bị liposome khác, siêu âm yêu cầu lượng dung môi hữu cơ ít hơn đáng kể, từ đó giảm thiểu độc tính tiềm ẩn và tác động đến môi trường.
5. Linh hoạt:
   Kỹ thuật này có tính linh hoạt cao, có thể ứng dụng cho nhiều loại lipid và chất bao bọc, từ đó mở rộng phạm vi ứng dụng của nó trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Ứng dụng trong thực phẩm bổ sung, dược phẩm, dược liệu và thực phẩm chức năng

Các thiết bị siêu âm Hielscher được sử dụng trong nghiên cứu và sản xuất thương mại để sản xuất liposome đạt tiêu chuẩn thực phẩm và dược phẩm. Liposome được sản xuất bằng siêu âm có độ sinh khả dụng cao, có khả năng mang lượng lớn hoạt chất, hiệu suất bao bọc cao (EE%) và độ ổn định. Ngoài ra, quá trình siêu âm còn tạo ra phân bố kích thước đồng đều. Đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn chất lượng này, liposome được chế tạo bằng siêu âm là chất mang lý tưởng cho các hoạt chất dược phẩm (APIs) và các hợp chất thực vật trong thuốc, dược phẩm, thực phẩm chức năng, thực phẩm chức năng và thậm chí cả mỹ phẩm.

1. Bổ sung:
   Công nghệ bao bọc liposome bằng sóng siêu âm được sử dụng để tăng cường sinh khả dụng của các chất bổ sung dinh dưỡng và thực phẩm chức năng. Các vitamin, khoáng chất và chiết xuất thảo dược được bao bọc trong liposome có khả năng hấp thu và ổn định tốt hơn, từ đó mang lại hiệu quả cao hơn. Ví dụ, các sản phẩm bổ sung vitamin C và curcumin dạng liposome được ưa chuộng nhờ những lợi ích điều trị được cải thiện.
2. Dược phẩm:
   Trong ngành dược phẩm, liposome được sử dụng làm chất mang cho việc vận chuyển thuốc, giúp cải thiện độ hòa tan, độ ổn định và khả năng định hướng của thuốc. Các chế phẩm liposome được chuẩn bị bằng siêu âm được ứng dụng để vận chuyển các tác nhân hóa trị liệu, kháng sinh và vắc-xin. Ví dụ, liposome doxorubicin làm giảm độc tính tim mạch liên quan đến liệu pháp doxorubicin truyền thống.
3. Dược phẩm điều trị:
   Các liệu pháp điều trị được hưởng lợi từ việc bao bọc bằng liposome nhờ khả năng giải phóng có kiểm soát và đưa thuốc đến đích. Liposome có thể vượt qua các rào cản sinh học, như hàng rào máu-não, cho phép đưa thuốc đến các mô hoặc tế bào cụ thể. Các liposome nano được sản xuất bằng siêu âm có độ sinh khả dụng rất cao do kích thước nano cho phép chúng xâm nhập 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 giúp tăng cường khả năng vận chuyển các hợp chất sinh học hoạt tính, như axit béo omega-3, probiotics và chất chống oxy hóa. Các hợp chất sinh học hoạt tính được bao bọc trong liposome có độ ổn định và sinh khả dụng cao hơn, góp phần cải thiện kết quả sức khỏe. Ví dụ, quá trình bao bọc liposome bằng siêu âm của polyphenol trong đồ uống giúp bảo quản các tính chất chống oxy hóa của chúng.
5. Phấn sáp:
   Công thức mỹ phẩm, còn được gọi là cosmeceuticals, được hưởng lợi từ kỹ thuật bao bọc liposome, vì liposome tăng cường hiệu quả bao bọc của các chất chống lão hóa như chất chống oxy hóa, cung cấp bảo vệ tốt hơn chống lại stress oxy hóa. Cấu trúc hai lớp của liposome bảo vệ các hợp chất nhạy cảm khỏi các yếu tố môi trường như tia UV và ô nhiễm, những tác nhân có thể làm suy giảm hoạt tính của chất chống oxy hóa. Khả năng bao bọc cải thiện của liposome được siêu âm cho phép tích hợp ổn định các hợp chất bay hơi và nhạy cảm, vốn khó có thể đưa vào sản phẩm một cách hiệu quả bằng các phương pháp truyền thống.

Hình thành liposome bằng siêu âm là một kỹ thuật mạnh mẽ và đa năng, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật về hiệu suất bao bọc, kiểm soát kích thước, khả năng mở rộng quy mô và tính bền vững môi trường. Ứng dụng của kỹ thuật này trải rộng trên nhiều ngành công nghiệp, từ nâng cao sinh khả dụng của các chất bổ sung đến cải thiện quá trình vận chuyển và hiệu quả của dược phẩm và các liệu pháp điều trị. Khi nghiên cứu và công nghệ tiếp tục phát triển, tiềm năng của kỹ thuật bao bọc liposome bằng siêu âm trong việc đổi mới và cải thiện công thức sản phẩm ngày càng được mở rộng, hứa hẹn những bước phát triển đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực sức khỏe, y tế, dinh dưỡng và mỹ phẩm.

Nanocarriers được bào chế bằng phương pháp siêu âm

Ngoài liposome, siêu âm cũng được sử dụng thành công trong việc bào chế và tải các dạng nano-vật liệu vận chuyển khác như hạt nano lipid rắn, vật liệu vận chuyển lipid có cấu trúc nano và nanoemulsion. Máy siêu âm Hielscher thúc đẩy quá trình hình thành và tải các nano-vật liệu vận chuyển này với các thành phần sinh học hoạt tính một cách hiệu quả. Với công nghệ tiên tiến, máy siêu âm Hielscher được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.