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Öl in Wasser

Was sind Liposomen?

Liposomale Darreichungsformen versprechen eine hohe Nähr- und Wirkstoffverfügbarkeit. Was genau verbirgt sich dahinter und welche Potentiale bieten sie?

Die liposomale Verkapselung von Nährstoffen

Eine große Herausforderung bei der Anwendung von Medikamenten oder Nährstoffen ist die Bioverfügbarkeit. Wie gut wird der Wirkstoff vom Körper aufgenommen? Kommt er tatsächlich dort an, wo er hin soll? Und wenn ja, wie viel davon? Die intravenöse Verabreichung ist im Vergleich zur oralen Aufnahme unbestritten die effizientere Möglichkeit, um einen schnellen Anstieg der Blutkonzentrationen des entsprechenden Wirkstoffs zu erreichen. Doch Infusionen sind nicht immer das Mittel der Wahl, sodass es die Aufgabe von Wissenschaft und Forschung ist, sinnvolle und zugleich praktikable Alternativen zu finden. Eine vielversprechende Lösung scheint nun gefunden zu sein: Die liposomale Absorptionstechnologie.

Von Anfang an: Was sind Liposomen?

Im Jahr 1961 wurden Liposomen erstmals von Dr. Alec Bangham entdeckt und 1964 in seiner Publikation beschrieben. Er beobachtete, dass sich bei der Dispergierung (der Mischung) von Lecithin und Wasser mehrschichtige, kugelförmige Strukturen bildeten. Diese Beobachtung beruht auf dem natürlichen Phänomen, dass Lipide unter bestimmten Bedingungen Blasen bilden und Flüssigkeiten darin einschließen. Hierbei entsteht eine Emulsion zweier nicht mischbarer Komponenten. Die Lipidblasen bestehen aus sogenannten Lipiddoppelschichten und stellen ein biokompatibles Transportsystem für Wirk- oder Nährstoffe dar. Hauptsächlich kommen sie im Arzneimittelbereich zur Anwendung, seltener bei Nahrungsergänzungen.

Liposomen sind also kugelförmige Bläschen (sogenannte Vesikel) aus einer oder mehreren doppelschichtigen Lipidmembranen. Sie bestehen aus dem gleichen Material wie unsere eigenen natürlichen Zellmembranen und umschließen einen wässrigen Kern. Aufgrund ihrer Struktur können sie sowohl wässrige als auch fettlösliche Substanzen einschließen und auf diese Weise transportieren. Diese und weitere Eigenschaften macht man sich seit 1995 in erster Linie im klinischen Umfeld bei der Verabreichung von Arzneimitteln zunutze. Erstmals kamen sie beispielsweise in der Chemotherapie zum Einsatz.

Schema einer Lipiddoppelschicht

Exkurs: Lipide
Als Lipide werden Fette und fettähnliche Substanzen zusammengefasst. Sie sind hydrophob, das bedeutet sie lösen sich schlecht oder kaum in Wasser, dafür aber umso besser in Lösungsmitteln wie beispielsweise Alkohol.
Lipide kommen als Bestandteil von Biomembranen in all unseren Körperzellen vor. Diese Membranen bestehen aus sogenannten Lipiddoppelschichten, in denen sich immer zwei Lipidmoleküle gegenüber liegen. Der hydrophobe (wasserabweisende) Teil lagert sich hierbei einander zugewandt im Zentrum der Membran an, während der hydrophile (wasserliebende) Teil nach außen zeigt. Ein wesentlicher Baustein der Lipide unserer Zellmembranen sind übrigens Omega-3-Fettsäuren, darunter vor allem DHA, die beispielsweise in unserem Algenkraft oder dem Krill-Öl enthalten sind.

Herstellung und Anwendung

verschiedene Schemata von Liposom-Typen

Die Membranen herkömmlicher Liposomen bestehen aus sogenannten Phospholipiden. Die hierzu verwendeten Rohstoffe können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Da sich die Zusammensetzung der Lipide aus natürlichen Quellen stark unterschiedet und schlecht kontrollieren lässt, greifen Hersteller in der Regel auf kostengünstigere, synthetische Varianten zurück. Mithilfe verschiedener Zusätze und Verfahren lassen sich so die Strukturen und Eigenschaften der Liposomen verändern.

Sowohl wasser- als auch fettlösliche Moleküle können mithilfe der Liposomen gut vom Körper absorbiert werden. Aufgrund der Ähnlichkeit der Liposommembran zu unseren eigenen Zellmembranen kann das Liposom mit den Zellen verschmelzen und so seinen Inhalt direkt im Zellinneren freisetzen. 

Liposomen mit einer Doppelmembran einzig aus Phospholipiden erwiesen sich als relativ instabil und ineffizient, da sie Wechselwirkungen mit im Blut zirkulierenden Proteinen eingehen und auf diese Weise in ihrer Absorption und Wirkungsweise beeinflusst werden. Neueste Ansätze verfolgen deshalb die Modifizierung dieser Lipiddoppelschicht beispielsweise zur Verlängerung der Zirkulationszeit, zur Steigerung ihrer Elastizität und Bioverfügbarkeit oder zur kontrollierten Ansteuerung bestimmter Zellen (drug targeting). Dazu wird die Zusammensetzung, die Größe und die Ladung der Liposomen verändert. Bisher konnten diese Verfahren die Erwartungen allerdings noch nicht zufriedenstellend erfüllen. Als technisch sehr schwierig erwies sich besonders die Beeinflussung physikalisch-chemischer Eigenschaften zur gewebe- und anwendungsspezifischen Optimierung.

Wie sinnvoll sind liposomale Nährstoffsupplemente?

Die Mikroverkapselung von Nährstoffen in Liposomen bietet den Vorteil, dass sie sowohl fett- als auch wasserlöslichen Substanzen eine hohe Bioverfügbarkeit verleiht. Sie führt zu einer schnellen Aufnahme und sorgt für hohe Wirkstoffkonzentrationen im Blut innerhalb kurzer Zeit aufgrund ihrer Kompatibilität mit unseren eigenen Körperzellen.
Wie gut ein Nähr- oder Vitalstoff im Einzelnen von unserem Körper aufgenommen werden kann, ist von mehreren Faktoren abhängig, wie der Molekülgröße, der Dosis und der Zusammensetzung des Moleküls. An dieser Stelle ist besonders zu betonen, dass eine sorgfältige Abstimmung und Dosierung des liposomalen Wirkstoffs unverzichtbar ist, um den therapeutischen Nutzen zu maximieren.

Grundsätzlich ist es sinnvoll, den Nutzen einer liposomalen Verkapselung für jeden Wirkstoff individuell und in Bezug auf das therapeutische Ziel zu beurteilen. Denn nicht jeder Nährstoff ist per se schlecht bioverfügbar und der Zusatznutzen einer Einnahme in Form von Liposomen daher fragwürdig. 

Trotzt ihrer klinischen Relevanz und des therapeutischen Potentials, sind potentielle Nachteile, die mit der Verabreichung von Liposomen verbunden sein können, noch nicht ausreichend bekannt. Dies umfasst beispielsweise die toxikologische Bewertung und die Interaktion mit unserem Immunsystem, wie sie in einigen Studien beobachtet wurde. Dort wurde das Auftreten von Entzündungsreaktionen beschrieben, die durch die Freisetzung von entzündungsfördernden Botenstoffen gekennzeichnet waren.

Liposomen sind zudem sehr anfällig und können aus verschiedenen Gründen instabil sein. Gegenüber klassischen Nahrungsergänzungen weisen sie eine deutlich verkürzte Haltbarkeit auf. Es gibt nicht viele Hersteller, die qualitativ hochwertige Liposomen mit einer langen Haltbarkeit herstellen. Für Nahrungsergänzungsmittel werden aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel flüssige liposomale Formulierungen verwendet. Befinden sie sich allerdings unstabilisiert in einer Lösung, lagern sie sich zusammen, verklumpen und der Effekt wird zunichtegemacht. Zur Stabilisierung wird deshalb üblicherweise Ethanol oder Kaliumsorbat eingesetzt. Letzterer ist ein chemisch-synthetischer Konservierungsstoff. Liposomales Pulver ist im Vergleich kosten- und herstellungsintensiver und kann nur durch Gefriertrocknung stabil gehalten werden. Die Anwendung ist daher eher weniger alltagstauglich. Eine eventuelle Überdosierung und damit verbundene Nebenwirkungen sind ebenfalls nicht vollständig auszuschließen.

In welchem Maße die Nährstoffverfügbarkeit gesteigert werden kann, lässt sich pauschal nicht sagen und ist für jeden Nährstoff individuell. Liposomen bieten sich vor allem bei Nährstoffen an, die von Natur aus schlecht bioverfügbar sind und deren Verfügbarkeit sich nicht oder nur kaum durch andere Maßnahmen verbessern lässt. Um das volle Potenzial von liposomenbasierten Systemen zur Verabreichung von Nähr- und Wirkstoffen ausschöpfen zu können, sollten die Mechanismen, über die Liposomen mit unserem Körper und insbesondere mit dem Immunsystem interagieren, weiterhin systematisch erforscht und verstanden werden.
Wichtige Meilensteine haben in den letzten beiden Jahrzehnten die Liposomentechnologie enorm vorangetrieben. Bei der Optimierung der Eigenschaften und Merkmale sowie der Effizienz der lipsomalen Verkapselung gibt es dennoch einiges zu tun. Obwohl die liposomale Darreichungsform gerne als „Nonplusultra“ beworben wird, ist die Studienlage insgesamt aus unserer Sicht noch nicht ausreichend, um den Nutzen und vor allem auch die potentiellen Nebenwirkungen der Technologie bewerten zu können. Erwähnenswert ist auch der Aspekt der Natürlichkeit, denn in Liposomen verpackte Nährstoffe kommen in der Natur in dieser Form nicht vor und müssen mittels spezieller Verfahren erst erzeugt werden. Nichtsdestotrotz ist die liposomale Absorptionstechnologie ein faszinierendes und vielversprechendes Forschungsgebiet und wir blicken zukünftigen Ergebnissen gespannt entgegen.

Quellen:

  • Glukhova OE (2020): Liposome Drug Delivery System across Endothelial Plasma Membrane: Role of Distance between Endothelial Cells and Blood Flow Rate. Molecules 2020, 25(8), 1875.
  • Zylberberg C, Matosevic S (2016): Pharmaceutical liposomal drug delivery: a review of new delivery systems and a look at the regulatory landscape. Drug Deliv. 2016 Nov;23(9):3319-3329.
  • Inglut CT et al. (2020): Immunological and Toxicological Considerations for the Design of Liposomes. Nanomaterials (Basel). 2020 Feb; 10(2): 190.
  • Abu Lila AS, Ishida T (2016): Liposomal Delivery Systems: Design Optimization and Current Applications. Biol. Pharm. Bull. 40: (1), 1–10.
  • Misra A et al. (2009): Recent Advances in Liposomal Dry Powder Formulations: Preparation and Evaluation. Expert Open Drug Deliv. 2009 Jan;6(1): 71-89.
  • Yu LX, Li BV (2014): FDA Bioequivalence Standards. Springer: New York, Heidelberg, Dordrecht, London.
  • U. S. Food and Drug Administration (2018): Liposome Drug Products. Chemistry, Manufacturing, and Controls; Human Pharmacokinetics and Bioavailability; and Labeling Documentation. Guidance for Industry.
  • Triebel HD (2011): Kompakt-Wissen Biologie. Stark Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG. 2. Auflage.

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