Liposomale Vitamine und die Rolle von Phospholipide
Durch die liposomale Formulierung gelangen Wirkstoffe sehr effizient in den menschlichen Organismus. Diese Technik kommt bei Arzneimitteln, aber auch bei Nahrungsergänzungsmitteln für Vitamine und andere Nährstoffe zum Einsatz. Die hohe Bioverfügbarkeit ist dem speziellen Aufbau der Liposomen zu verdanken. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Phospholipide. Sie sorgen für die besonderen Eigenschaften der Liposomen. Aus diesem Grund ist es interessant, sich genauer mit den Phospholipiden und ihren Funktionen zu beschäftigen.
Was ist ein Phospholipid?
Bei den Phospholipiden handelt es sich um die Grundbausteine eines Liposoms sowie von Mizellen. Ein Liposom besteht aus einer Vielzahl von Phospholipiden. Diese zählen zur Klasse der Lipide. Innerhalb dieser Gruppe gehören sie zu den polaren Lipiden. Phospholipide sind somit der Grundbaustein von Vesikeln wie Liposomen oder Mizellen.
Polare Lipide haben eine besondere Eigenschaft, denn sie sind amphiphile. Das bedeutet, dass sie gleichzeitig hydrophil und hydrophob sind. Sie sind also sowohl fett- als auch wasserliebend. Untereinander binden sich die Phospholipide nichtkovalent, das ist ein Bindungtyp, der für die Aufrechterhaltung der Kettenkonformation und der Quartärstruktur verantwortlich ist.
Durch diese spezielle Bindung gehören die Phospholipide zu den sogenannten Membranlipiden. Die Membran bildet sich, indem sich die unpolaren Bereiche zusammenlagern. Das findet in den meisten Fällen an der Außenhülle des Liposoms statt.
Phospholipide bilden aus diesem Grund unterschiedliche Strukturen, was von der Umgebung abhängt, in der sie sich bewegen.
In wässrigen Lösungen zeigen die polaren Köpfe der Phospholipide nach außen. So entstehen aus Phospholipiden Liposomen, Mizellen und Doppellipidschichten.
Liposomen und vor allem Mizellen sind fast vollständig kugelförmige Strukturen. Bei Liposomen sind zwei Paare von Phospholipiden aneinander gekoppelt, und zwar jeweils an den polaren Enden. Somit entsteht eine Doppelmembran, die beidseitig aus hydrophilen Köpfen besteht.
Dadurch bildet sich dann auch ein abgekapselter Bereich im Inneren des Liposoms.
Bei Mizellen fehlt diese Doppelbindung, sodass im Inneren kein solcher Bereich mit seinen speziellen Eigenschaften vorhanden ist. Für die besonderen Eigenschaften des Liposoms sind also in erster Linie die Phospholipide verantwortlich.
Mit den Eigenschaften sind Phospholipide ein natürlich vorkommendes Tensid. Sie sind also in der Lage, die Oberflächen- oder Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen zu verändern. Daraus ergibt sich eine der wichtigen Eigenschaft von Phospholipiden, nämlich die Funktion als Emulgator. Da Phospholipide sowohl hydrophil als auch hydrophob sind, sind die Lipide in der Lage, wässrige und ölige Komponenten miteinander zu verbinden. So entsteht eine Emulsion.
In dieser Funktion sind Phospholipide in der Gallenflüssigkeit ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Verdauung. Im Dünndarm lösen und zerkleinern sie aus der Gallenflüssigkeit Fett aus der aufgenommenen Nahrung. Dann ist es für den Körper möglich, diese Fette aufzunehmen und dem eigenen Organismus zur Nutzung bereitzustellen.
Woraus bestehen Phospholipide?
Phospholipide haben einen komplexen Aufbau. Sie basieren auf einer Esterbindung mit Phosphorsäure.
Ein typischer Aufbau von Phospholipiden besteht aus einem Glycerol-Molekül (Bild: Glycerol), zwei Molekülen Fettsäure (Bild: Polar Group) und einem weiteren Molekül Phosphorsäure (Bild: Phosphate).
Typisch für Phospholipide ist zudem der hydrophile Kopf (Bild: Hydrophilic Head), an dem zwei hydrophobe Kohlenwasserstoffketten hängen (Bild: Two Hydrophobic Fatty Acid Tails).
Die Ketten bestehen aus 14 bis 24 Kohlenstoffatomen und können eine Doppelbindung eingehen. In den häufigsten Fällen handelt es sich bei dem Lipid um Palmitinsäure.
Das Lipid stellt den unpolaren Teil des Phospholipids dar. Der Aufbau eines Phospholipids ähnelt damit humanen Zellstrukturen. So sind Phospholipide ein wichtiger Bestandteil der Doppelmembran von Zellen. Auch in der Pflanzenwelt kommt diese Form von Membranen vor. Lecithine, wie sie beispielsweise in der Sojabohne vorhanden sind, bestehen ebenfalls aus Phospholipiden.
Es gibt zudem zwei Arten von Phospholipiden. So wird in die Gruppen der Phosphoglyceride und der Sphingomyeline unterteilt. Die Phosphoglyceride nutzen Glycerin als Grundgerüst, während Sphingomyeline auf phosphorhaltigem Sphingosin aufbauen.
Was sind Pro-Liposomen, und wie funktionieren sie?
Phospholipide bilden in der Natur Liposomen, Mizellen und Strukturen wie Doppelmembranen. Diese Gebilde sind zwar relativ stabil, reagieren aber dennoch auf veränderte Bedingungen in der Umgebung. Das beginnt bereits dann, wenn Liposomen mit Wasser in Kontakt kommen oder auf Öl treffen. Dann reagiert die Membran, wird durchlässig oder löst sich sogar auf.
Die Forschung im Bereich der Biotechnik hat im Laufe der Jahre vor allem Liposomen als funktionale Lösung für Drug-Delivery-Systeme identifiziert. Hier kommen die Vorteile der Phospholipide zum Tragen, die als Membran einen Schutz vor Reaktionen mit Stoffen in der Umgebung bietet. Gerade bei Liposomen zeigt sich, dass sich im Inneren dieser Vesikel ein Wirkstoff einschließen lässt, der dann vor der Außenwelt geschützt ist. Somit können Stoffe, die sehr schnell mit Sauerstoff, Wasser, Öl oder anderen Stoffen reagieren, davor bewahrt werden. Diese Technik wird als liposomale Formulierung bezeichnet.
Ebenfalls helfen Liposomen beim Transport der Wirkstoffe in den menschlichen Organismus. In dieser Funktion kommen Liposomen auch bei der oralen Einnahme zum Einsatz, was die Verabreichung von unterschiedlichsten Arzneimitteln vereinfacht. Studien zum Einsatz von Liposomen als orales Drug-Delivery-System haben die Effektivität dieser Technik gezeigt.[1]
Für den Einsatz in diesem Bereich sind jedoch stabile Liposomen erforderlich, die vorhersehbar auf unterschiedliche Szenarien reagieren. Damit lässt sich ein Wirkstoff, der in dem Liposom eingeschlossen ist, gezielt und geschützt transportieren. Hier kommen die sogenannten Pro-Liposomen ins Spiel.
Bei Pro-Liposomen handelt es sich um künstlich erzeugte Liposomen mit den Eigenschaften von Phospholipiden. Inzwischen ist die Biotechnologie so weit, dass eine Kopie der natürlichen Strukturen möglich ist. Dabei greift die Biotechnologie bei der Konstruktion dieser Pro-Liposomen zusätzlich auf andere Stoffe zurück.
Weit verbreitet ist zum Beispiel der Einsatz von Polyethylenglykol als zusätzliche Polymerschicht. Dieses Polymer wird an der Oberfläche der Liposomen platziert. Somit ist die Stabilität des Pro-Liposoms gewährleistet, und eine unbeabsichtigte Reaktion wird verhindert. Mit speziellen Verfahrenstechniken lassen sich inzwischen unterschiedliche Wirkstoffe in solchen Pro-Liposomen einkapseln. In einer Studie zu Pro-Liposomen als orales Drug-Delivery-System zeigte sich, dass die Effizienz bei dieser Form der Einschlussimmobilisierung einen Bereich von ungefähr 81,5 Prozent erreicht.[2]
Durch den Einsatz von Pro-Liposomen lässt sich die Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen, die im Inneren des Vesikels gekapselt sind, noch weiter steigern. Dieselbe Studie zeigte bei einem Versuch mit Hasen, dass die Bioverfügbarkeit durch den Einsatz von Pro-Liposomen, die mit einer polymeren Schutzschicht präpariert waren, bei bis zu 228,85 Prozent im Vergleich zu anderen oralen Aufnahmemethoden lag.[2]
Somit stellen Pro-Liposomen ein verbessertes orales Drug-Delivery-System dar.[3] Die Eigenschaften der Phospholipide sind weiterhin vorhanden und werden durch Zusätze wie eine polymere Schutzschicht zusätzlich verbessert. Diese Biotechnologie wurde in erster Linie für die bessere Verabreichung von Arzneimitteln entwickelt. Es gibt jedoch noch eine Reihe von weiteren Einsatzmöglichkeiten.
Dazu zählt die Nutzung bei der Produktion von Nahrungsergänzungsmitteln. Auch hier hat das Funktionsprinzip von Phospholipiden klare Vorteile. In Liposomen sind Vitamine, Mineralien und andere Wirkstoffe ebenfalls besser geschützt und erreichen gezielt den Dünndarm, wo eine hohe Absorption in den Blutkreislauf möglich ist. Mit Pro-Liposomen lassen sich diese Wirkstoffe noch besser schützen.
Das verbessert die Bioverfügbarkeit bei liposomalen Produkten für die Nahrungsergänzung noch weiter. Damit lässt sich auch eine höhere Wirkung erzielen, und die Dosierung der Produkte lässt sich präziser einstellen. Auf diese Weise verbessern die Eigenschaften von Phospholipiden auch Nahrungsergänzungsmittel mit einer liposomalen Formulierung.
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