Hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm để điều chế liposome

Liposome là các túi hình cầu gồm một hoặc nhiều lớp kép phospholipid bao quanh một lõi nước. Nhờ khả năng bao gói các hợp chất ưa nước, ưa lipid và lưỡng ái, liposome được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dược phẩm, thực phẩm bổ sung, mỹ phẩm và thực phẩm. Khả năng phân hủy sinh học, tính tương thích sinh học và đặc tính không gây đáp ứng miễn dịch khiến chúng trở thành những hệ dẫn truyền đặc biệt hấp dẫn.
Trong số các phương pháp chế tạo liposome, hydrat hóa màng mỏng (TFH) vẫn là một trong những kỹ thuật lâu đời và linh hoạt nhất. Khi kết hợp với xử lý siêu âm có kiểm soát, phương pháp này cho phép sản xuất liposome kích thước nano với độ đồng nhất, hiệu suất bao gói và độ ổn định được cải thiện.

Vai trò của siêu âm trong hydrat hóa màng mỏng

Hydrat hóa màng mỏng ban đầu chủ yếu tạo ra các túi đa lớp (MLV) có đường kính tương đối lớn và phân bố kích thước rộng. Do kích thước của mình, các túi này có khả năng được tế bào thu nhận hạn chế và sinh khả dụng giảm, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi tương tác hiệu quả với màng hoặc thâm nhập mô. Vì vậy, xử lý siêu âm bằng đầu dò được áp dụng như một bước giảm kích thước có kiểm soát để chuyển MLV thành liposome đơn lớp nhỏ hoặc liposome kích thước nano với chỉ số đa phân tán hẹp hơn. Liposome nano được giảm kích thước bằng siêu âm có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn đáng kể, độ ổn định keo được cải thiện và khả năng được nội hóa vào tế bào tăng cường, mang lại sinh khả dụng và hiệu quả dẫn truyền vượt trội.

1. Cơ chế tác động
   Siêu âm cường độ cao tạo ra hiện tượng xâm thực âm – sự hình thành và sụp đổ của các bọt khí vi mô – sinh ra lực cắt cục bộ, dòng chảy vi mô và các gradient áp suất cao trong thời gian ngắn.

   Những tác động này dẫn đến:

   • Phá vỡ các túi đa lớp lớn
   • Phân mảnh và tái tổ chức lớp kép
   • Hình thành các túi đơn lớp nhỏ (SUV)
   • Phân bố kích thước hạt hẹp hơn

   Trong các hệ liposome nano được điều chế bằng phương pháp màng mỏng + phân tán bằng siêu âm, có thể đạt được một cách đáng tin cậy đường kính hạt trung bình trong khoảng ~80 nm với độ đa phân tán thấp.

2. Ưu điểm của quy trình
   TFH có hỗ trợ siêu âm mang lại:
   • Kích thước hạt giảm (trong phạm vi nanomet)
   • Chỉ số đa phân tán (PDI) thấp hơn
   • Hiệu suất bao gói tăng
   • Độ ổn định keo được cải thiện
   • Độ bền nhiệt và độ bền oxy hóa của các hợp chất được bao gói được tăng cường

   Những cải thiện này có vai trò then chốt trong việc ổn định các hoạt chất sinh học nhạy với oxy hóa như axit béo không bão hòa đa.

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

Hướng dẫn chung: Điều chế liposome bằng hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm

1. Nguyên liệu và công thức
   1. Chọn phospholipid (ví dụ: lecithin / phosphatidylcholine) và có thể thêm cholesterol.
   2. Chọn tỷ lệ lipid dựa trên yêu cầu về độ ổn định.

   Tỷ lệ lecithin/cholesterol khoảng 40:20 đã tạo ra liposome nano ổn định với thế zeta cao và PDI thấp trong một hệ liên quan đến thực phẩm.

2. Hòa tan lipid (pha hữu cơ)
   1. Hòa tan phospholipid + cholesterol trong một dung môi hữu cơ dễ bay hơi (ví dụ: chloroform).
   2. Nếu các phụ gia chức năng cần một đồng dung môi, hãy hòa tan riêng chúng (ví dụ: trong methanol) rồi phối hợp lại.

   Cách tiếp cận này được mô tả rõ ràng cho liposome điều chế bằng hydrat hóa màng mỏng, sử dụng chloroform (cho lipid) và methanol (cho phụ gia).

3. Hình thành màng mỏng
   1. Chuyển dung dịch lipid vào bình cầu đáy tròn.
   2. Loại bỏ dung môi bằng cô quay ở nhiệt độ vừa phải (ví dụ: 40 °C) dưới áp suất giảm cho đến khi hình thành một màng khô đồng nhất.
4. Hydrat hóa màng lipid
   1. Hydrat hóa màng lipid bằng pha nước chứa hoạt chất (hoặc dung dịch đệm nếu điều chế liposome rỗng).
   2. Tiến hành hydrat hóa trong điều kiện khuấy và ở nhiệt độ cao (cao hơn nhiệt độ chuyển pha của lipid nếu cần).

   Ví dụ từ một công thức bào chế y sinh: hydrat hóa bằng dung dịch đệm HEPES (pH 7,4) và khuấy ở 60°C trong 6 h.

5. Giảm kích thước bằng siêu âm
   Sau khi hydrat hóa, hệ phân tán thường chứa các túi đa lớp và phải được giảm kích thước.

   Các khuyến nghị chung cho bước xử lý siêu âm:

   • Sử dụng phương pháp siêu âm dạng đầu dò.
   • Áp dụng siêu âm dạng xung để kiểm soát nhiệt độ.
   • Giữ mẫu trong bể nước đá hoặc sử dụng hệ thống làm mát bên ngoài.

   Quy trình xử lý siêu âm minh họa với máy siêu âm Hielscher UP200Ht:
   Tổng thời gian 15 min, BẬT 10 s / TẮT 5 s, 100 W, biên độ 100%. (xem Truszkowska et al., 2025 và Ahmadi et al, 2021)

6. Xử lý tiếp theo tùy chọn
   Tùy theo ứng dụng:
   • Loại bỏ hợp chất chưa được bao gói bằng ly tâm/lọc.
   • Rửa và phân tán lại trong dung dịch đệm mới.

   Ví dụ: việc loại bỏ vật liệu không liên kết bằng ly tâm và phân tán lại được mô tả trong quy trình tinh sạch liposome.

7. Đặc trưng hóa
   Các nghiên cứu đính kèm đều xem những chỉ tiêu sau là các chỉ tiêu chất lượng thiết yếu:
   • Kích thước hạt (nm)
   • Chỉ số đa phân tán (PDI)
   • Thế zeta
   • Hiệu suất bao gói
   • Hình thái (TEM/SEM)
   • Độ ổn định trong quá trình bảo quản

   Các kết quả ví dụ cho thấy chất lượng tốt của liposome nano bao gồm:
   Kích thước ≈82 nm, PDI ≈0,06, thế zeta ≈−56 mV, hiệu suất bao gói ≈76,5%.

   Lưu ý thực hành
   Cholesterol cải thiện độ ổn định. Các nghiên cứu chỉ rõ rằng việc bổ sung cholesterol có thể cải thiện độ ổn định của liposome bằng cách ức chế sự chuyển pha của phospholipid.

Ưu điểm của các hệ thống siêu âm Hielscher trong sản xuất liposome

Hielscher Ultrasonics cung cấp các thiết bị xử lý siêu âm tiên tiến được thiết kế chuyên biệt cho sản xuất liposome ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp toàn diện. Các hệ thống này đặc biệt phù hợp với phương pháp hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm, trong đó việc kiểm soát chính xác năng lượng âm có vai trò then chốt để đạt được kích thước hạt xác định, phân bố kích thước hẹp và chất lượng sản phẩm có khả năng tái lập.
Ở quy mô phòng thí nghiệm, máy siêu âm Hielscher cung cấp khả năng kiểm soát biên độ chính xác, năng lượng đầu vào có khả năng tái lập, chế độ vận hành dạng xung có thể lập trình và chức năng giám sát nhiệt độ tích hợp. Mức độ kiểm soát này bảo đảm cường độ xâm thực nhất quán và kích thước liposome nano có khả năng tái lập cao với độ đồng đều tuyệt vời giữa các mẻ. Sự ổn định của quy trình như vậy là thiết yếu trong quá trình phát triển công thức, đặc biệt khi tối ưu hóa các thông số chính như thời gian xử lý siêu âm, công suất âm, thành phần lipid và hiệu suất bao gói.

Sản xuất liposome công nghiệp

Đối với sản xuất công nghiệp, các hệ thống Hielscher được thiết kế để có khả năng mở rộng quy mô tuyến tính, cho phép chuyển các thông số quy trình đã được thiết lập ở quy mô phòng thí nghiệm sang các thiết bị thí điểm và sản xuất trong khi vẫn duy trì mật độ năng lượng và điều kiện quy trình tương đương. Các thiết bị phản ứng siêu âm dòng chảy liên tục cho phép sản xuất liposome với năng suất cao, phân bố năng lượng đồng đều và thời gian xử lý được rút ngắn. Các hệ thống được chế tạo để vận hành bền bỉ 24/7 với hiệu suất năng lượng cao và yêu cầu bảo trì thấp. Hơn nữa, chúng có thể được tích hợp vào các môi trường sản xuất tuân thủ GMP, bao gồm hệ thống vòng kín, dây chuyền quy trình tự động và các hệ thống lắp đặt trong phòng sạch. Những đặc điểm này giúp công nghệ siêu âm Hielscher phù hợp để sản xuất liposome cấp dược phẩm, thực phẩm bổ sung và thực phẩm ở quy mô công nghiệp.

Hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm là một phương pháp có hiệu quả cao, có thể kiểm soát và có thể mở rộng quy mô để sản xuất liposome nano. Bằng chứng khoa học cho thấy việc kết hợp TFH với siêu âm cải thiện đáng kể phân bố kích thước hạt, hiệu suất bao gói và độ ổn định của các hợp chất có hoạt tính sinh học nhạy cảm.
Máy siêu âm Hielscher cung cấp:

• Kiểm soát năng lượng chính xác
• Kết quả ở thang nano có khả năng tái lập
• Mở rộng quy mô liền mạch từ phòng thí nghiệm đến sản xuất công nghiệp
• Khả năng xử lý liên tục
• Vận hành bền bỉ và tương thích với GMP

Đối với các phòng thí nghiệm nghiên cứu đang phát triển các công thức liposome tiên tiến và các nhà sản xuất công nghiệp đang sản xuất các sản phẩm dược phẩm hoặc thực phẩm bổ sung có giá trị cao, các hệ thống siêu âm Hielscher mang đến một giải pháp vượt trội về kỹ thuật và có khả năng mở rộng quy mô một cách hiệu quả về kinh tế để điều chế liposome bằng phương pháp hydrat hóa màng mỏng có hỗ trợ siêu âm.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:

So sánh với các phương pháp điều chế liposome khác có hỗ trợ siêu âm

Mặc dù phương pháp hydrat hóa màng mỏng được sử dụng rộng rãi – đặc biệt trong phòng thí nghiệm và hoạt động nghiên cứu và phát triển – siêu âm cũng cải thiện một số phương pháp điều chế liposome khác:

• Bay hơi pha đảo – Siêu âm cải thiện quá trình nhũ hóa và hình thành túi.
• Các phương pháp tiêm ethanol – Xử lý siêu âm tinh chỉnh kích thước hạt và giảm sự kết tụ.
• Phân tán lecithin trực tiếp – Siêu âm cho phép hình thành liposome nhanh chóng từ các huyền phù phospholipid.
• Tạo lỗ bằng siêu âm trên liposome đã hình thành – Năng lượng âm tạm thời làm tăng tính thấm của màng để nạp chủ động.
• Giảm kích thước sau khi hình thành – Xử lý siêu âm thường được áp dụng để giảm kích thước các túi đa lớp thành các hệ có kích thước nano.

Do đó, siêu âm không chỉ là một bước hỗ trợ mà còn là công nghệ then chốt giúp hiện thực hóa các chiến lược sản xuất liposome.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Thiết bị siêu âm được sản xuất tại Đức

Các thiết bị siêu âm Hielscher được công nhận rộng rãi nhờ chất lượng cao, kết cấu kỹ thuật vững chắc và các tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến. Độ bền và khả năng vận hành thân thiện với người dùng cho phép tích hợp thuận lợi vào các cơ sở sản xuất công nghiệp. Ngay cả trong điều kiện vận hành khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao, các thiết bị siêu âm Hielscher vẫn mang lại hiệu suất đáng tin cậy và kết quả nhất quán.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng sản xuất các hệ thống siêu âm hiệu suất cao, kết hợp công nghệ hiện đại nhất với tính tiện dụng trong thực tế. Tất cả các thiết bị siêu âm Hielscher đều tuân thủ CE và đồng thời đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHS.