Điều chế liposome bằng siêu âm

Liposome được sản xuất bằng siêu âm có hiệu suất bao giữ rất cao, khả năng nạp cao và dạng hình cầu với kích thước nhỏ đồng đều. Nhờ đó, liposome được sản xuất bằng siêu âm mang lại sinh khả dụng vượt trội. Hielscher Ultrasonics cung cấp các thiết bị siêu âm để sản xuất liposome đạt cấp dược phẩm một cách đáng tin cậy ở chế độ theo mẻ và liên tục.

Ưu điểm của việc sản xuất liposome bằng siêu âm

Bao gói trong liposome bằng siêu âm là kỹ thuật sử dụng năng lượng siêu âm để bao gói thuốc hoặc các tác nhân điều trị khác bên trong liposome. So với các phương pháp bao gói trong liposome khác, phương pháp bao gói bằng siêu âm có nhiều ưu điểm giúp phương pháp này trở thành kỹ thuật sản xuất ưu việt hơn.

• Lượng nạp cao, hiệu suất bao giữ cao: Phương pháp sản xuất liposome bằng siêu âm được biết đến rộng rãi nhờ khả năng tạo ra liposome có lượng hoạt chất được nạp cao, ví dụ như vitamin C, các phân tử thuốc, v.v. Đồng thời, phương pháp xử lý bằng siêu âm có hiệu suất bao giữ cao. Điều này có nghĩa là một tỷ lệ cao hoạt chất được bao gói bằng siêu âm. Nhờ đó, xử lý bằng siêu âm trở thành một phương pháp sản xuất liposome có hiệu quả cao.
• Liposome có kích thước nhỏ đồng đều: Một ưu điểm của phương pháp bao gói trong liposome bằng siêu âm là khả năng tạo ra các liposome rất đồng đều với phân bố kích thước hẹp. Năng lượng siêu âm có thể được sử dụng để phá vỡ các liposome lớn hơn hoặc các tập hợp lipid thành những liposome nhỏ hơn, đồng đều hơn. Điều này giúp kích thước và hình dạng của liposome nhất quán hơn, một yếu tố có thể quan trọng đối với các ứng dụng đưa thuốc, trong đó kích thước hạt có thể ảnh hưởng đến dược động học và hiệu quả của thuốc.
• Áp dụng được cho mọi phân tử: Một ưu điểm khác của phương pháp bao gói trong liposome bằng siêu âm là khả năng bao gói nhiều loại thuốc và các tác nhân điều trị khác. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để bao gói cả thuốc ưa nước lẫn thuốc kỵ nước, điều có thể khó thực hiện bằng các phương pháp khác. Ngoài ra, năng lượng siêu âm có thể được sử dụng để bao gói các đại phân tử và hạt nano, vốn có thể quá lớn để bao gói bằng các phương pháp khác.
• Nhanh chóng và đáng tin cậy: Bao gói trong liposome bằng siêu âm cũng là một quy trình tương đối đơn giản và nhanh chóng. Quy trình này không đòi hỏi sử dụng hóa chất có tính tác động mạnh hoặc nhiệt độ cao, những yếu tố có thể gây bất lợi cho các tác nhân điều trị đang được bao gói.
• Mở rộng quy mô: Ngoài ra, kỹ thuật này có thể dễ dàng được mở rộng để sản xuất ở quy mô lớn, trở thành một lựa chọn hiệu quả về chi phí cho các ứng dụng đưa thuốc.

Tóm lại, bao gói trong liposome bằng siêu âm là một kỹ thuật bao gói trong liposome ưu việt nhờ khả năng tạo ra các liposome đồng đều với phân bố kích thước hẹp, bao gói nhiều loại tác nhân điều trị, cùng với tính đơn giản và khả năng mở rộng quy mô.

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

Điều chế liposome bằng siêu âm cho dược phẩm và mỹ phẩm

Liposome (túi có thành phần nền là lipid), transferosome (liposome có khả năng biến dạng cực cao), ethosome (túi có khả năng biến dạng cực cao với hàm lượng cồn cao) và niosome (túi tổng hợp) là các túi có kích thước hiển vi, có thể được điều chế nhân tạo thành các chất mang dạng cầu để bao gói các phân tử hoạt tính bên trong. Những túi này có đường kính từ 25 đến 5000 nm và thường được sử dụng làm chất mang thuốc trong ngành dược phẩm và mỹ phẩm, chẳng hạn như đưa thuốc qua đường uống hoặc dùng tại chỗ, liệu pháp gen và gây miễn dịch. Xử lý bằng siêu âm là phương pháp đã được khoa học chứng minh để sản xuất liposome với hiệu quả cao. Các thiết bị siêu âm Hielscher tạo ra liposome có lượng hoạt chất được nạp cao và sinh khả dụng vượt trội.

Liposome và công thức bào chế liposome

Liposome là các hệ túi đơn lớp, ít lớp hoặc đa lớp và được cấu tạo từ cùng loại vật liệu như màng tế bào (lớp kép lipid). Dựa trên thành phần và kích thước, liposome được phân loại như sau:

• túi đa lớp (MLV, 0,1–10μm)
• túi đơn lớp nhỏ (SUV, <100 nm)
• túi đơn lớp lớn (LUV, 100–500 nm)
• túi đơn lớp khổng lồ (GUV, ≥1 μm)

Cấu trúc chính của liposome gồm các phospholipid. Phospholipid có nhóm đầu ưa nước và nhóm đuôi kỵ nước gồm một chuỗi hydrocarbon dài.
Màng liposome có thành phần rất giống với hàng rào bảo vệ da, nhờ đó liposome có thể dễ dàng tích hợp vào da người. Khi liposome hợp nhất với da, chúng có thể giải phóng các tác nhân được giữ bên trong trực tiếp đến vị trí đích, nơi các hoạt chất có thể thực hiện chức năng của mình. Do đó, liposome làm tăng khả năng thâm nhập qua da/độ thấm của da đối với các tác nhân dược phẩm và mỹ phẩm được giữ bên trong. Ngay cả liposome không chứa tác nhân được bao gói, tức các túi rỗng, cũng là những hoạt chất có tác dụng mạnh đối với da, vì phosphatidylcholine chứa hai chất thiết yếu mà cơ thể người không thể tự sản xuất: axit linoleic và choline.
Liposome được sử dụng làm chất mang tương thích sinh học cho thuốc, peptide, protein, DNA plasmid, oligonucleotide đối nghĩa hoặc ribozyme, phục vụ các mục đích dược phẩm, mỹ phẩm và hóa sinh. Tính đa dạng rất lớn về kích thước hạt và các thông số vật lý của lipid mang lại tiềm năng hấp dẫn để tạo ra các hệ mang được thiết kế riêng cho nhiều ứng dụng. (Ulrich 2002)

Tạo liposome bằng siêu âm

Liposome có thể được tạo ra bằng siêu âm. Vật liệu cơ bản để điều chế liposome là các phân tử lưỡng ái có nguồn gốc từ hoặc dựa trên lipid màng sinh học. Để tạo các túi đơn lớp nhỏ (SUV), hệ phân tán lipid được xử lý siêu âm nhẹ nhàng – ví dụ bằng thiết bị siêu âm cầm tay UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter hoặc thiết bị phản ứng siêu âm CupHorn – trong bể nước đá. Quá trình xử lý siêu âm như vậy kéo dài khoảng 5 – 15 phút. Một phương pháp khác để tạo các túi đơn lớp nhỏ là xử lý siêu âm các liposome dạng túi đa lớp.
Dinu-Pirvu và cộng sự (2010) báo cáo việc thu được transferosome bằng cách xử lý siêu âm MLV ở nhiệt độ phòng.
Hielscher Ultrasonics cung cấp nhiều thiết bị siêu âm, đầu phát siêu âm và phụ kiện khác nhau, nhờ đó có thể cung cấp cấu hình siêu âm phù hợp nhất để bao gói trong liposome với hiệu suất cao ở mọi quy mô.

Bao gói hoạt chất vào liposome bằng siêu âm

Liposome đóng vai trò là chất mang cho các hoạt chất như vitamin, phân tử có tác dụng điều trị, peptide, v.v. Siêu âm là công cụ hiệu quả để điều chế và tạo liposome nhằm giữ các tác nhân hoạt tính bên trong. Đồng thời, xử lý siêu âm hỗ trợ quá trình bao gói và giữ các tác nhân bên trong, nhờ đó tạo ra liposome có hàm lượng hoạt chất cao. Trước khi bao gói, liposome có xu hướng tạo thành cụm do tương tác điện tích–điện tích trên bề mặt của các đầu phân cực phospholipid (xem Míckova và cộng sự 2008); ngoài ra, chúng cần được mở ra. Ví dụ, Zhu và cộng sự (2003) mô tả việc bao gói bột biotin trong liposome bằng siêu âm. Khi bột biotin được thêm vào dung dịch huyền phù túi, dung dịch được xử lý siêu âm. Sau quá trình xử lý này, biotin được giữ bên trong liposome.
Đọc thêm về việc bao gói peptide GLP-1 (ví dụ: semaglutide) trong liposome bằng siêu âm!

Nhũ tương liposome bằng xử lý siêu âm

Để tăng cường tác dụng nuôi dưỡng của kem dưỡng ẩm hoặc chống lão hóa, sữa dưỡng, gel và các công thức dược mỹ phẩm khác, chất nhũ hóa được thêm vào hệ phân tán liposome để ổn định lượng lipid lớn hơn. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã cho thấy khả năng của liposome nhìn chung có giới hạn. Khi thêm chất nhũ hóa, hiệu ứng này sẽ xuất hiện sớm hơn và các chất nhũ hóa bổ sung làm giảm ái lực của phosphatidylcholine với hàng rào bảo vệ da. Các hạt nano – gồm phosphatidylcholine và lipid – là giải pháp cho vấn đề này. Các hạt nano này được tạo thành từ một giọt dầu được bao phủ bởi một lớp đơn phosphatidylcholine. Việc sử dụng hạt nano cho phép tạo ra các công thức có khả năng hấp thu nhiều lipid hơn mà vẫn ổn định, nhờ đó không cần thêm chất nhũ hóa.
Xử lý bằng siêu âm là phương pháp đã được chứng minh để sản xuất nhũ tương nano và hệ phân tán nano. Siêu âm cường độ rất cao cung cấp công suất cần thiết để phân tán một pha lỏng (pha phân tán) thành các giọt nhỏ trong pha thứ hai (pha liên tục). Trong vùng phân tán, các bọt khí xâm thực sụp đổ tạo ra sóng xung kích mạnh trong chất lỏng xung quanh và dẫn đến hình thành các tia chất lỏng có vận tốc cao. Để ổn định các giọt pha phân tán mới hình thành, ngăn chúng hợp giọt, chất nhũ hóa (các chất hoạt tính bề mặt, chất hoạt động bề mặt) và chất ổn định được thêm vào nhũ tương. Vì sự hợp giọt sau khi các giọt bị phá vỡ ảnh hưởng đến phân bố kích thước giọt cuối cùng, các chất nhũ hóa có khả năng ổn định hiệu quả được sử dụng để duy trì phân bố kích thước giọt cuối cùng ở mức tương đương với phân bố ngay sau khi các giọt bị phá vỡ trong vùng phân tán bằng siêu âm.

Hệ phân tán liposome sử dụng siêu âm

Các hệ phân tán liposome dựa trên phosphatidylchlorine không bão hòa có độ ổn định kém trước quá trình oxy hóa. Có thể ổn định hệ phân tán bằng các chất chống oxy hóa, chẳng hạn như một phức hợp vitamin C và E.
 

Tạo liposome bằng phương pháp bay hơi pha đảo sử dụng siêu âm

 
Ortan và cộng sự (2002) đã đạt được kết quả tốt trong nghiên cứu về việc sử dụng siêu âm để bào chế tinh dầu Anethum graveolens trong liposome. Sau khi xử lý bằng siêu âm, kích thước liposome nằm trong khoảng 70–150 nm, còn đối với MLV là 230–475 nm; các giá trị này vẫn gần như không đổi sau 2 tháng, nhưng tăng lên sau 12 tháng, đặc biệt trong hệ phân tán SUV (xem các biểu đồ tần suất bên dưới). Phép đo độ ổn định, xét về sự hao hụt tinh dầu và phân bố kích thước, cũng cho thấy các hệ phân tán liposome duy trì được hàm lượng dầu dễ bay hơi. Điều này gợi ý rằng việc giữ tinh dầu bên trong liposome làm tăng độ ổn định của dầu.

Ortan và cộng sự (2009): Độ ổn định của các hệ phân tán MLV và SUV sau 1 năm. Các công thức liposome được bảo quản ở 4±1 ºC.

Các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher là thiết bị lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành mỹ phẩm và dược phẩm. Các hệ thống gồm nhiều thiết bị xử lý siêu âm, mỗi thiết bị có công suất lên đến 16.000 oát, cung cấp năng lực cần thiết để chuyển ứng dụng trong phòng thí nghiệm này thành một phương pháp sản xuất hiệu quả nhằm thu được các nhũ tương phân tán mịn theo dòng chảy liên tục hoặc theo mẻ – đạt kết quả tương đương với các thiết bị đồng hóa áp suất cao tốt nhất hiện có, chẳng hạn như van tiết lưu. Bên cạnh hiệu suất cao trong quá trình nhũ hóa liên tục, các thiết bị siêu âm Hielscher cần rất ít bảo trì và rất dễ vận hành cũng như vệ sinh. Siêu âm thực sự hỗ trợ quá trình làm sạch và tráng rửa. Công suất siêu âm có thể điều chỉnh và thích ứng với từng sản phẩm cũng như yêu cầu nhũ hóa cụ thể. Các buồng phản ứng dòng chảy đặc biệt đáp ứng các yêu cầu tiên tiến về CIP (làm sạch tại chỗ) và SIP (tiệt trùng tại chỗ) cũng có sẵn.

Các câu hỏi thường gặp về liposome

Liposome được phân thành những loại nào?

Liposome được phân thành các loại khác nhau dựa trên kích thước và số lớp kép mà chúng chứa. Các loại này bao gồm:

• Túi đơn lớp kép nhỏ (SUV): Đây là những liposome nhỏ nhất với một lớp kép lipid duy nhất.
• Túi đơn lớp kép lớn (LUV): Lớn hơn SUV, các túi này cũng có một lớp kép duy nhất.
• Túi đa lớp kép (MLV): Các túi này chứa nhiều lớp kép đồng tâm.
• Túi đa ngăn (MVV): Các túi này gồm nhiều túi nhỏ hơn nằm bên trong một túi lớn hơn.

 
Các loại chuyên biệt khác bao gồm:

• Liposome PEG hóa: Liposome được biến đổi bằng polyethylene glycol (PEG) để tăng độ ổn định và thời gian lưu hành.
• Liposome nano: Liposome rất nhỏ, thường được sử dụng để đưa thuốc đến đích.

Liposome có thể có những cấu trúc túi nào?

Liposome còn được phân thành bảy loại chính dựa trên cấu trúc túi:

• Túi đa lớp kép lớn (MLV): Chứa nhiều lớp kép.
• Túi ít lớp kép (OLV): Có một vài lớp kép.
• Túi đơn lớp kép nhỏ (SUV): Nhỏ nhất với một lớp kép duy nhất.
• Túi đơn lớp kép kích thước trung bình (MUV): Có kích thước trung bình với một lớp kép duy nhất.
• Túi đơn lớp kép lớn (LUV): Lớn hơn với một lớp kép duy nhất.
• Túi đơn lớp kép khổng lồ (GUV): Rất lớn với một lớp kép duy nhất.
• Túi đa ngăn (MVV): Nhiều túi nằm bên trong một túi lớn duy nhất.

Liposome và niosome khác nhau như thế nào?

Liposome và niosome khác nhau chủ yếu về thành phần:
Liposome: Được tạo từ phospholipid hai chuỗi, có thể trung hòa hoặc mang điện tích.
Niosome: Được tạo từ chất hoạt động bề mặt một chuỗi không mang điện tích và cholesterol.
Cả hai cấu trúc đều được hình thành thông qua xử lý siêu âm, giúp thúc đẩy sự tự lắp ráp của các túi có lớp kép.

Kích thước lý tưởng của liposome là bao nhiêu?

Đối với việc đưa các chất điều trị vào cơ thể, về mặt lý thuyết, kích thước lý tưởng của liposome có đường kính từ 50 đến 200 nanomet. Khoảng kích thước này tối ưu hóa độ ổn định và sinh khả dụng. Xử lý siêu âm thường được sử dụng để giảm kích thước túi xuống mức mong muốn.

Liposome có thể mang thuốc ưa nước không?

Có, liposome có thể mang thuốc ưa nước. Chúng được đánh giá cao trong các ứng dụng y sinh nhờ khả năng bao gói cả các chất kỵ nước và ưa nước. Ngoài ra, chúng có tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học cao, giúp chúng trở thành các hệ dẫn truyền hiệu quả.

Làm thế nào để tạo liposome?

Các kỹ thuật điều chế liposome phổ biến nhất là phương pháp màng mỏng và phương pháp bay hơi pha đảo.
Phương pháp hydrat hóa màng mỏng:

1. Hòa tan lipid trong dung môi hữu cơ.
2. Làm bay hơi dung môi để tạo thành màng lipid mỏng.
3. Hydrat hóa màng bằng dung dịch nước kết hợp xử lý siêu âm để tạo thành các túi đa lớp kép.

Phương pháp bay hơi pha đảo:

1. Hòa tan lipid trong nước và ethanol.
2. Xử lý siêu âm dung dịch ở 60°C trong khoảng 10 phút để tạo thành khối lipid dạng nhão.
3. Làm nguội hỗn hợp lipid dạng sệt và nhỏ từng giọt nước hoặc dung dịch đệm vào trong khi khuấy.
4. Hydrat hóa huyền phù trong 1 giờ để tạo thành các túi đa lớp kép.
5. Giảm kích thước liposome bằng cách tiếp tục xử lý siêu âm.

Archaeosome là gì?

Archaeosome là liposome được tạo từ lipid của vi khuẩn cổ, vốn được biết đến với độ ổn định và khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Những đặc tính này khiến archaeosome đặc biệt hữu ích cho việc dẫn truyền thuốc và phát triển vắc-xin trong các môi trường có điều kiện khó khăn.

Archaeosome được điều chế như thế nào?

Quy trình xử lý siêu âm theo Pise (2022): Archaeosome có thể được tạo ra từ phân đoạn lipid phân cực “PLF” của Sulfolobussolfataricus bằng cách xử lý siêu âm ở 60°C mà không cần bổ sung lipid từ bên ngoài. Ở 0°C, lipid phân cực từ Sulfolobusacidocaldarius đã được xử lý siêu âm hiệu quả để tạo thành archaeosome. Archaeosome và liposome thông thường mang BMD, cũng như lipid cổ khuẩn được phân lập từ Archaea H. salinarum và được làm giàu bằng phosphatidylcholine, đã được tạo ra bằng các kỹ thuật xử lý siêu âm. Các túi được xử lý siêu âm để đưa hoạt chất qua đường dùng tại chỗ được tạo ra bằng cách xử lý siêu âm hệ phân tán MLV ở biên độ 80 phần trăm trong 4 phút bằng máy siêu âm dạng đầu dò Hielscher UP50H (xem hình bên trái).

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• Raquel Martínez-González, Joan Estelrich, Maria Antònia Busquets (2016): Liposomes Loaded with Hydrophobic Iron Oxide Nanoparticles: Suitable T2 Contrast Agents for MRI. International Journal of Molecular Science 2016.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2014): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
• Pise, Ganesh (2022): Archaeosomes for both cell-based delivery applications and drug-based delivery applications. Journal of Medical Pharmaceutical and Allied Sciences 11, 2022. 4995-5003.