Ultradźwiękowe przygotowanie liposomów

Ultradźwiękowe przygotowanie liposomów dla farmacji i kosmetyków

Liposomy, transferosomy etosomy i niosomy są mikroskopijnymi pęcherzykami. Mogą być sztucznie wytworzone jako kuliste przewoźniki, w których   mogą być kapsułkowane aktywne cząsteczki. To pęcherzyki o średnicy od 25 do 5000 nm, które są często wykorzystywane jako nośniki leków w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym, umożliwiają dostarczanie leku, terapię genową i szczepienia. Homogenizacja jest sprawdzoną metodą otrzymywania liposomów i enkapsulacji substancji czynnych w tych pęcherzykach.

hielscher_13

Liposomy

Liposomy jednowarstwowe, wielowarstwowe lub oligolamelarne systemyhielsher-14 pęcherzykowe są zbudowane z tego samego materiału co błona
komórkowa (podwójna warstwa lipidowa). W odniesieniu do ich składu i wielkości, jednowarstwowe różnią od wielowarstwowych. Wyróżniamy liposomy z więcej niż jedną warstwą lipidową czyli liposomy wielowarstwowe:

  • MLV – Rozmiar: 0,4-10µm,
  • pęcherzyki oligolamelarne OLV – rozmiar: 0,1-1µm

oraz liposomy jednowarstwowe:

  • małe liposomy jednowarstwowe – SUV – rozmiar: 0,02 – 0,03µm;
  • duże liposomy jednowarstwowe – LUV – rozmiar: 0,05 – 1µm;
  • olbrzymie jednowarstwowe liposomy – GUV – Rozmiar: > 1µm;
  • wielopęcherzykowe liposomy – MVV -rozmiar: > 1µ

Złożona struktura liposomów składa się z fosfolipidów. Fosfolipidy zbudowane są z grup o hydrofilowej głowie i grup o hydrofobowych ogonach, które tworzą długi łańcuch węglowodorowy. Błona liposomu ma bardzo podobny skład jak bariery ludzkiej skóry, dlatego może być z nią łatwo zintegrowana. Liposomy mogą uwolnić uwięzione środki bezpośrednio do miejsca przeznaczenia, tak aby substancje czynne mogły spełniać swoje funkcje. Zatem, liposomy mogą utworzyć wzmocnienie przenikalności skóry / przepuszczalności dla uwięzionych środków farmaceutycznych i kosmetycznych. Liposomy także te bez kapsułkowanych środków, działają silnie, czynnie na skórę, ponieważ zawierają dwa podstawowe fosfatydylocholiny, których organizm ludzki nie może produkować sam: kwas linolowy i cholinę. Liposomy stosuje się jako nośniki leków biokompatybilnych, peptydów, białka, plazmatycznego DNA, oligonukleotydów antysensownych lub rybozymów dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego i celów biochemicznych. Ogromna różnorodność wielkości cząstek i parametrów fizycznych lipidów zapewnia atrakcyjny potencjał do szerokiego zakresu zastosowań. (Ulrich 2002)

hielscher_15

Ultradźwiękowa formacja liposomów

Liposomy są dobrymi nośnikami, np. rozpuszczalne w wodzie środki czynne mogą być wprowadzane do wodnego roztworu lub jeżeli środek jest rozpuszczalny w tłuszczach, w warstwie lipidowej. Liposomy mogą być utworzone z wykorzystaniem ultradźwięków. Podstawowym surowcem do utworzenia liposomów są amfifilowe cząsteczki lub te pochodzące od biologicznych lipidów błonowych. Do tworzenia małych pęcherzyków jednowarstwowych (SUV), dyspersję lipidów sonifikuje się łagodnie – np z przenośnego urządzenia ultradźwiękowego UP50H (50 W, 30 kHz),  VialTweeter lub ultradźwiękowych reaktorów UTR200- w łaźni lodowej. Czas trwania takiej obróbki ultradźwiękowej trwa ok. 5 – 15 minut. Innym sposobem wytwarzania małych jednowarstwowych pęcherzyków jest sonifikacja wielowarstwowych pęcherzyków liposomów. Hielscher Ultrasonics oferuje różne urządzenia ultradźwiękowe, sonotrody i akcesoria w celu spełnienia wymogu wszelkiego rodzaju procesów.

Ultradźwiękowa enkapsulacja środków do liposomów

Liposomy działają jako nośniki substancji czynnych. Ultradźwięki są skutecznym narzędziem do przygotowania i tworzenia liposomów w celu uwięzienia substancji czynnych. Przed enkapsulacją liposomy mają skłonność do tworzenia skupisk, ze względu na powierzchnie oddziaływania ładunku naładowania główek fosfolipidowych polarnych (Míckova et al., 2008), a ponadto muszą być otwarte. Dla przykładu, Zhu i in. (2003) opisuje enkapsulację w liposomach proszku biotyny przez ultradźwięki. Jako proszek biotynę dodaje się do roztworu w zawiesinie pęcherzyków, roztwór zostaje poddany działaniu ultradźwięków przez ok. 1 godzinę. Po tym zabiegu, biotyna jest zamknięta w liposomach.

Emulsje liposomowe

W celu zwiększenia efektów odżywczych kremów nawilżających lub zwalczania utraty właściwości lotionów, żeli i innych preparatów kosmetycznych, dodaje się emulgator, do dyspersji liposomów dla stabilizacji większej ilości lipidów. Jednak badania wykazały, że zdolność liposomów jest ograniczona. Z dodatkiem emulgatorów, efekt ten pojawi się wcześniej i dodatkowe emulgatory powodują osłabienie powinowactwa na barierę fosfatydylocholiny. Nanocząstki – złożone z fosfatydylocholiny i lipidów – są odpowiedzią na ten problem. Nanocząstki utworzone są przez kropelki oleju, który jest przykryty przez monowarstwy fosfatydylocholiny. Zastosowanie nanocząstek pozwala aby preparaty, były zdolne do absorbowania większej ilości lipidów i były stabilne, tak że dodatkowe emulgatory nie są potrzebne. Ultradźwięki to sprawdzona metoda produkcji nanoemulsji i nanodispersji. Intensywne ultradźwięki  są potrzebne do zdyspergowania fazy ciekłej (faza rozproszona) w małe kropelki w drugiej fazie (faza ciągła). W strefie rozpraszającej, implozję pęcherzyków kawitacyjnych powodują intensywne fale uderzeniowe w otaczającej cieczy i prowadzą do powstawania płynnych strumieni o dużej szybkości przepływu cieczy. W celu stabilizacji nowo utworzonych kropel fazy rozproszonej wobec koalescencji, emulgatory (substancje powierzchniowo czynne), środki powierzchniowo czynne i stabilizatory, dodaje się do emulsji. Ponieważ koagulacja kropelek po przerwaniu wpływa na końcowy rozkład wielkości cząstek, skutecznie stabilizujących emulgatory stosuje się do utrzymania końcowego rozkładu wielkości cząstek.

Dyspersje liposomalne

Dyspersje liposomalne, są oparte na nienasyconych fosfatydylocholinach, brakuje im stabilności przed utlenianiem. Stabilizację zawiesiny można osiągnąć przez antyoksydanty, takie jak kompleks witaminy C i E. Ortan et al. (2002) uzyskuje dobre wyniki w swoich badaniach dotyczących ultradźwiękowego otrzymywania Anethum graveolens olejku liposomów. Po sonifikacji, wymiar liposomów jest pomiędzy 70-150 nm, a dla MLV pomiędzy 230-475 nm; Wartości te były w przybliżeniu stałe także po 2 miesiącach, ale wzrosły po 12 miesiącach, zwłaszcza w SUV dyspersji . Pomiar stabilności, dotyczący istotnej utraty oleju i rozkładu wielkości, wykazał również, że dyspersje liposomalne utrzymywały zawartość olejku eterycznego. Sugeruje to, że unieruchomienie olejku liposomów zwiększona stabilność oleju.

Przetwarzanie ultradźwiękowe

Hielscher jest głównym dostawcą wysokiej jakości i wysokiej wydajności procesorów ultradźwiękowych do stosowania przemysłowego i w laboratorium. Urządzenia w zakresie od 50 W do 16.000 W pozwalają znaleźć odpowiedni ultradźwiękowy procesor do każdej wielkości i każdego procesu. Dzięki ich wysokiej wydajności, niezawodności, solidności i łatwości obsługi, obróbka ultradźwiękowa jest niezbędną techniką przygotowywania i przetwarzania nanomateriałów. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher gwarantują bezpieczną i wydajną produkcję według standardów farmaceutycznych. Wszystkie specyficzne procesy ultradźwiękowe mogą być łatwo testowane w laboratorium. Wyniki badań są całkowicie powtarzalne.