ترسيب جسيمات الكركمين الفائقة بالموجات فوق الصوتية
- نظرًا إلى أن الكركم يحتوي على 2–9 wt% فقط من الكركمينويدات، فإن الحصول على مسحوق ذي فعالية طبية يتطلب تقنية استخلاص أو تخليق فعالة.
- يُعد الترسيب بمضاد المذيب بمساعدة الموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة لتخليق جسيمات الكركمين.
- يمكن بسهولة توسيع نطاق الترسيب بمضاد المذيب بالموجات فوق الصوتية لإنتاج كميات كبيرة من الكركمين عالي الجودة.
الكركمين
الكركمين، وهو أحد البوليفينولات، مادة دوائية ضعيفة الذوبان في الماء توجد في التابل النباتي الكركم (Curcuma longa). ويحتوي على مضادات أكسدة شديدة الفعالية، ويُعرف بخصائصه المضادة للالتهاب والسرطان والفطريات والميكروبات. ويُستخدم الكركمين بوصفه مركبًا دوائيًا مفضلًا، لا سيما بفضل نطاقه الواسع من الأنشطة الوقائية والعلاجية الكيميائية.
وبوصفه مضادًا قويًا للأكسدة، يزيد الكركمين نشاط مضادات الأكسدة في مصل الدم، مثل ديسموتاز فوق الأكسيد (SOD)، ويلتقط الجذور الحرة ويعادلها، مثل أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية (ROS وRNS). كما يعزز نشاط إنزيمات الجسم المضادة للأكسدة. ويُعرف الكركمين أيضًا بتقليل أمراض القلب وتحسين وظائف الدماغ. وبفضل هذه الخصائص الطبية المفيدة المتعددة، يُستخدم الكركمين على نطاق واسع بوصفه تابلًا ومكملًا ودواءً.
الترسيب بمضاد المذيب السائل بالموجات فوق الصوتية
يُعد الترسيب بمضاد المذيب السائل (LAS) بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية تخليق بسيطة وسريعة في وعاء واحد لإنتاج جسيمات كركمين نانوية ذات بنية فائقة معينية قائمة. ويُعد الترسيب بمضاد المذيب بالموجات فوق الصوتية عملية بسيطة وسريعة وقابلة لتوسيع النطاق، تتيح ترسيب الكركمين عالي الجودة في الصناعات الدوائية والغذائية.
الآلية المفترضة لتكوّن جسيمات الكركمين الفائقة في غياب الموجات فوق الصوتية ووجودها دون مثبتات. الصورة © 2014 Thorat et al.
بروتوكول الترسيب بالموجات فوق الصوتية:
لترسيب جسيمات الكركمين بالموجات فوق الصوتية، يُضاف محلول عضوي من الكركمين في الإيثانول (5 mg/mL) إلى 100mL من الماء المحتوي على مادة خافضة للتوتر السطحي (0.02 wt% في الماء) أو الخالي منها. ويُستخدم وعاء زجاجي مزود بغلاف حراري، بحجم يقارب 500mL وقطر 7cm ونسبة L/D تبلغ 1.7، بوصفه وعاء التفاعل. ويُحافَظ باستمرار على درجة حرارة المزيج عند 1ºC. ولعملية الترسيب بالموجات فوق الصوتية، يُغمر سونوترود مجانس بالموجات فوق الصوتية، مثل UP200Ht أو UP200St المزود بسونوترود S26d14، في مزيج المذيب ومضاد المذيب. ويُشتَّت المزيج عند ضبط السعة على 100% وإجراء المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 10min.
تتيح مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التحكم في تعدد الأشكال البلورية للكركمين. وعند إطالة مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، تزداد نسبة الجسيمات المعينية القائمة. ويشير ذلك إلى أن زيادة الطاقة فوق الصوتية تسهّل تكوّن الشكل المعيني القائم على حساب الشكل أحادي الميل، بصرف النظر عن المادة المضافة المستخدمة.
[راجع Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – معالج بالموجات فوق الصوتية بقدرة 1kW لترسيب المكونات الصيدلانية الفعالة (API)
تحسين التوافر الحيوي بالتغليف بالموجات فوق الصوتية
نظرًا إلى أن الكركمين جزيء محب للدهون وضعيف الذوبان في الماء (= كاره للماء)، فإن توافره الحيوي الجهازي منخفض. ولذلك، يلزم تحضير مستحضرات الكركمين التي تعزز توافره الحيوي. ولتحضير محاليل الكركمين المائية، تُضاف مواد خافضة للتوتر السطحي ودهون وألبومينات وسيكلودكسترينات وبوليمرات حيوية وغيرها، بهدف تغليف جزيئات الكركمين أو تحميلها في الليبوسومات والجسيمات النانوية وحوامل الأدوية الأخرى.
تُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية عالية الكفاءة وموثوقة لتحضير حوامل الأدوية مثل الليبوسومات، الجسيمات النانوية ذات النواة والغلاف، والبوليمرات الحيوية و المستحلبات المزدوجة! يرد أدناه بروتوكول نموذجي لتغليف الكركمين بالموجات فوق الصوتية.
بروتوكول تغليف الكركمين بالموجات فوق الصوتية:
جسيمات نانوية من بوليمر حمض اللاكتيك المشترك مع حمض الغليكوليك (PLGA) محمّلة بالكركمين
- أولًا، يُذاب بوليمر PLGA في أسيتات الإيثيل. ويُضاف الكركمين (15% w/w) ويُترك ليذوب مع خلط المحلول دواميًا على فترات متقطعة.
- يُضاف مزيج المادة الصلبة في الزيت إلى طور مائي من PVA (w/v) لتكوين مستحلب S-O/W. ثم يُخلط محلول الدواء/البوليمر في PVA دواميًا عند 8,000 rpm.
- يُعالَج المحلول الناتج بالموجات فوق الصوتية لمدة تقارب 300sec عند سعة 45% باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية مثل UP200Ht أو UP200St (200W, 26kHz). وبعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية مباشرةً، يُسكب المستحلب في الطور المائي (0.1% من PVA في الماء؛ 200mL) للانتشار مع التحريك السريع باستخدام محرك مغناطيسي.
- يُحرَّك هذا المعلّق الغروي باستمرار باستخدام محرك مغناطيسي حتى يكتمل تبخر المذيب. ثم تُجمع الجسيمات النانوية بالطرد المركزي، وتُغسل 3 مرات بماء Milli Q المقطر. وأخيرًا، تُعاد معلقتها في محلول واقٍ من التجمد (السكروز (2 %w/w) والتريهالوز (5% w/w))، وتُجفف باستخدام نظام التجفيف بالتجميد ATR FD3.0، ويمكن تخزينها عند 4°C لمدة لا تقل عن 6 أشهر.
[راجع Ranjan et al. 2012]
معالجات بالموجات فوق الصوتية لترسيب الكركمين وتحضير مستحضراته
توفر Hielscher Ultrasonics معدات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية (مثل المكونات الصيدلانية الفعالة (APIs)) واستخلاص المركبات النباتية. وتشمل مجموعة منتجاتنا أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية متطورة للاستخدام المختبري والمنضدي والصناعي، مما يتيح تطوير التطبيقات من النطاق الصغير إلى النطاق التجاري. ويمكن توسيع نطاق جميع النتائج المستحصلة في الاختبارات المختبرية والتجريبية توسيعًا خطيًا كاملًا إلى مستوى الإنتاج التجاري. وجميع الأنظمة مصممة للتشغيل على مدار 24/7، وهي متينة وسهلة الاستخدام.
تضم سلسلة UIPxxxxhdT أنظمتنا بالموجات فوق الصوتية ذات المواصفات الصناعية، التي يمكن استخدامها للعمل المنضدي وتحسين العمليات والإنتاج الصناعي. وتتوفر أنظمتنا الصناعية بالقدرات التالية: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10,000W (UIP10000) و 16,000W (UIP16000، أقوى جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية في العالم). ويمكن تشغيل معالجات Hielscher Ultrasonics الصناعية بالموجات فوق الصوتية باستمرار على مدار 24/7 بسعات عالية جدًا تصل إلى 200µm. وللسعات الأعلى، توفر Hielscher سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. وتتيح متانة معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية تشغيلًا موثوقًا على مدار الساعة في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.
ولجميع أنظمتنا بالموجات فوق الصوتية، نوفر مجموعة واسعة من الملحقات، مثل السونوترودات وأبواق تعزيز السعة وخلايا التدفق والمفاعلات بأحجام وأشكال وتكوينات هندسية متعددة. وتتيح هذه الأدوات تكييف معالجاتنا بالموجات فوق الصوتية بسهولة وبأفضل صورة مع ظروف العملية المطلوبة.
للترسيب والتخليق من الأسفل إلى الأعلى، توفر Hielscher قطعة إدخال فريدة لخلية التدفق – وهي MultiPhaseCavitator MPC48. وباستخدام MultiPhaseCavitator، يُحقن الطور الثاني (مضاد المذيب) عبر 48 قنية دقيقة مباشرةً في منطقة التجويف بالموجات فوق الصوتية، حيث يُمزج مع الطور الأول خلال أجزاء من الألف من الثانية. ونتيجةً لذلك، تترسب جسيمات نانوية متجانسة.
معالجة قوية بالموجات فوق الصوتية، من العمل المختبري والمنضدي إلى الإنتاج الصناعي.
المصادر والمراجع
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): الكركمين: مراجعة لتأثيراته في صحة الإنسان. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): مسارات تكوّن الجسيمات وتعدد الأشكال البلورية للكركمين المستحث بالموجات فوق الصوتية والمواد المضافة أثناء الترسيب بمضاد المذيب السائل. CrystEngComm, 2014, 16, 11,102–11,114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): توسيع النطاق والتحسين وتحليل ثبات الجسيمات النانوية المحمّلة بمركّب Curcumin C3 لعلاج السرطان. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
حقائق جديرة بالمعرفة
الكركمين
الكركمين مركب كيميائي أصفر اللون يوجد في الكركم. والكركم نبات عشبي معمّر ذو جذامير (Curcuma longa) من الفصيلة الزنجبيلية. والكركمين أحد البوليفينولات التي تُستخلص من الجذامير وتُستخدم على نطاق واسع بوصفها توابل. وتبعًا لمنشأ الكركم وظروف التربة التي يُزرع فيها، فإنه يحتوي على 2%–9% من الكركمينويدات. والكركمين هو الكركمينويد الرئيسي في الكركم (Curcuma longa, Zingiberaceae). ويُستخدم بوصفه مكملًا ومركبًا دوائيًا ومادة مضافة لإكساب الغذاء النكهة واللون، وكذلك مكوّنًا في مستحضرات التجميل.
ويُشار أيضًا إلى الشكل المنقّى من الكركمين، الذي يتكون فقط من المكونات الرئيسية الثلاثة التالية – الكركمين وبيس ديميثوكسي كركمين وديميثوكسي كركمين – باسم مركّب الكركمين C3. ويمكن فصل الكركمين النقي عن مزيج C3 المكوّن من الكركمين وبيس ديميثوكسي كركمين وديميثوكسي كركمين باستخدام الاستشراب العمودي.
وفيما يتعلق بخصائصه الدوائية، يواجه الكركمين النقي غير المعدّل مشكلة كبيرة: فبسبب ضعف ذوبانه في الماء وما يترتب عليه من انخفاض توافره الحيوي، لا يستطيع الكركمين غير المعدّل إظهار تأثيراته العلاجية، بل يُستقلب سريعًا في الكبد وجدار الأمعاء. وللتغلب على انخفاض معدل امتصاص الكركمين، تُغلَّف الجزيئات الفعالة في حوامل نانوية (مثل الليبوسومات، والكريات النانوية) أو تُحمَّل على معقّدات نانوية (مثل الجسيمات النانوية، ومعقّدات الفوسفوليبيدات والسيكلودكسترينات والمشتتات الصلبة). كما يمكن زيادة التوافر الحيوي للكركمين بنحو 2000% عند الجمع بين جرعته والبيبيرين، وهو مستخلص الفلفل الأسود.
وبسبب هذه الحقائق، يُعد الكركمين المحضَّر في مستحضرات نانوية (الكركمين النانوي) الشكل الدوائي المفضل للكركمين، إذ يتغلب الكركمين بصورته النانوية على مشكلات توصيل الدواء المذكورة أعلاه. ويمكن للكركمين النانوي إظهار خصائصه العلاجية بفضل تحسين توصيله إلى النسيج المصاب، وتحسين دخوله إلى الخلايا، وتقليل طرحه من الجسم.
ويتوفر الكركمين بأشكال توصيل متعددة تشمل المساحيق والكبسولات والأقراص والمراهم والمشروبات الغذائية وكريمات التجميل.
التطبيقات الطبية للكركمين
خضع الكركمين لدراسات واسعة بشأن أشكال استخدامه المتعددة في الطب والتغذية. وأظهرت الأبحاث أن للكركمين نشاطًا مرتفعًا مضادًا للأكسدة، يحفز الاستماتة الخلوية، ويثبط تكاثر الخلايا والتصاقها وحركتها، ويوفر خصائص مضادة لتكوّن الأوعية الدموية والميكروبات. وبفضل هذه التأثيرات، يُستخدم الكركمين دواءً لعلاج أمراض التهابية مختلفة، والسرطانات، والأمراض التنكسية العصبية، وأمراض القلب والأوعية الدموية، وكذلك السكري.
تشمل أشكال الإعطاء النانوية المحضَّرة بالموجات فوق الصوتية للكركمين المستخدم في العلاج الطبي الجسيمات النانوية والليبوسومات والمذيلات والمستحلبات النانوية ومعقّدات السيكلودكسترين والأقراص النانوية والألياف النانوية والجسيمات النانوية الدهنية الصلبة ومقترنات الكركمين. وتتغلب هذه الأشكال الدوائية النانوية على ضعف التوافر الحيوي للكركمين، وتتيح التوصيل المستهدف والفعال لدواء كركمين شديد الفعالية.
التركيب الكيميائي للكركمين
الكركمين جزيء متناظر يُعرف أيضًا باسم ثنائي الفيرولويل ميثان. واسم الكركمين وفق IUPAC هو (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione، وصيغته الكيميائية C21H20O6. ويمكن أن تظهر بلورات الكركمين بأشكال مختلفة، مثل الشكل أحادي الميل (الإبري)، والمعيني القائم (الشبيه بحبة الأرز)، والشكل غير المتبلور.