Ултразвуково утаяване на суперчастици куркумин
- Тъй като куркумата съдържа само 2-9 тегловни % куркуминоиди, е необходима ефективна техника на екстракция или синтез, за да се получи медицински мощен прах.
- Ултразвуковото антиразтворително утаяване е високоефективен метод за синтез на частици куркумин.
- Ултразвуковото антиразтворително утаяване може лесно да се увеличи до производството на големи количества висококачествен куркумин.
Куркумин
Куркуминът, полифенол, е слабо разтворимо във вода лекарство, открито в билковата подправка куркума (Куркума лонга). Той има силно мощни антиоксиданти и е известен със своите противовъзпалителни, противоракови, противогъбични и антимикробни свойства. Специално за широкия си спектър от химиопревантивни и химиотерапевтични дейности, куркуминът се използва като предпочитано лекарствено съединение.
Като мощен антиоксидант, куркуминът повишава серумната активност на антиоксиданти като супероксид дисмутаза (SOD) и изчиства и неутрализира свободните радикали като реактивни кислородни и азотни видове (ROS и RNS). Освен това повишава активността на собствените антиоксидантни ензими на организма. Известно е също, че куркуминът намалява сърдечните заболявания и подобрява мозъчната функция. Благодарение на тези многобройни полезни лечебни свойства, куркуминът се използва широко като подправка, добавка и лекарство.
Ултразвуков течен антиразтворител за утаяване
Ултразвуковото утаяване на течен разтворител (LAS) е проста и бърза техника за синтез в едно гърне за получаване на куркуминови наночастици с орторомбична надстройка. Ултразвуковото утаяване с разтворител е прост, бърз и мащабируем процес, който позволява утаяването на висококачествен куркумин във фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост.
Хипотетичен механизъм на образуване на куркуминови суперчастици при липса и наличие на ултразвук без стабилизатори. Снимка © 2014 Thorat et al.
Протокол за ултразвуково утаяване:
За ултасоничното утаяване на частици куркумин, органичен разтвор на куркумин в етанол (5 mg/ml) се добавя в 100 ml вода, съдържаща повърхностноактивно активно вещество (0,02 тегловни % във вода) или без повърхностно активно вещество. Като реакционен съд се използва стъклен съд с обвивка с обем около 500 ml, диаметър 7 cm и съотношение L/D 1,7. Температурата на сместа се поддържа постоянно на 1ºC. За процеса на ултразвуково утаяване, сонотродът на ултразвуковия хомогенизатор като UP200Ht или UP200St оборудван с сонотрод S26d14 се потапя в сместа разтворител-антиразтворител. При настройка на 100% амплитуда и 10 минути ултразвук сместа се диспергира.
Времето за ултразвук позволява манипулиране на полиморфизма на кукруминовите кристали. Когато продължителността на ултразвука се удължи, процентът на орторомбичните частици се увеличава. Това показва, че увеличаването на ултразвуковата енергия улеснява образуването на орторомбична форма над моноклинната форма, независимо от използваната добавка.
[срв. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ултразвуков процесор за API валежи
Подобрена бионаличност чрез ултразвуково капсулиране
Тъй като куркуминът е липофилна молекула и слабо се разтваря във вода (= хидрофобна), той има ниска системна бионаличност. Ето защо е необходимо да се приготвят формулировки на куркумин, които подобряват неговата бионаличност. За приготвянето на водни разтвори на куркумин се добавят повърхностноактивни вещества, липиди, албумини, циклодекстрини, биополимери и др., за да се капсулират или заредят молекулите на куркумина в липозоми, наночастици и други лекарствени носители.
Ултразвукът е високоефективна и надеждна техника за формулиране на носители на лекарства като липозоми, сърцевина-обвивка наночастици, биополимери и двойни емулсии! По-долу намерете примерен протокол за ултразвуково капсулиране на куркумин.
Ултразвуков протокол за капсулиране на куркумин:
Наночастици, заредени с куркумин, полимлечна когликолова киселина (PLGA)
- Първо, PLGA полимерът се разтваря в етилацетат. Добавя се куркумин (15% w/w) и се оставя да се разтвори, докато разтворът се върти периодично.
- Сместа твърдо вещество в масло се добавя към водна фаза на PVA (w/v), за да се образува S-O/W емулсия. След това разтворът на лекарството/полимера в PVA се завихрява при 8,000 оборота в минута.
- Полученият разтвор се ултразвуков за около 300 секунди при 45% амплитуда с ултразвуков хомогенизатор като UP200Ht или UP200St (200W, 26kHz). Веднага след ултразвука емулсията се излива във водна фаза (0,1% PVA във вода; 200 ml) за дифузия при бързо разбъркване с магнитна бъркалка.
- Тази колоидна суспензия се разбърква непрекъснато с магнитна бъркалка, докато завърши изпаряването на разтворителя. След това наночастиците се събират чрез центрофугиране, измиват се 3 пъти с дестилирана вода Milli Q. Накрая, те се ресуспендират в криопротектен разтвор (захароза (2 % w/w) и трехалоза (5 % w/w)), изсушават се в лиофилизатор ATR FD3.0 система и могат да се съхраняват при 4°C в продължение на най-малко 6 месеца.
[срв. Ranjan et al. 2012]
Ултразвукови процесори за утаяване и формулиране на куркумин
Hielscher Ultrasonics предлага високопроизводително ултразвуково оборудване за синтез на наночастици (напр. API) и екстракция на растителни съединения. Нашата продуктова гама включва сложни лабораторни, настолни и индустриални ултразвукови апарати, което позволява разработването на приложения от малък до търговски мащаб. Всички резултати, получени при лабораторни и пилотни тестове, могат да бъдат напълно линейно мащабирани до ниво на търговско производство. Всички системи са създадени за работа 24/7, здрави и лесни за използване.
Серията UIPxxxxhdT обхваща нашите ултразвукови системи от индустриален клас, които могат да се използват за настолни устройства, оптимизация на процеси и промишлено производство. Нашите индустриални системи се предлагат като 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) и 16 000 W (UIP16000, най-мощният ултразвуков апарат в света). Ултразвук на Hielscher’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да работят непрекъснато 24/7 при много високи амплитуди до 200 μm. За още по-високи амплитуди Hielscher предлага персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява надеждна денонощна работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
За всички наши ултразвукови системи предлагаме широк спектър от аксесоари като сонотроди, бустерни клаксони, проточни клетки и реактори с различни размери, форми и геометрии. С тези инструменти става лесно възможно да се адаптират оптимално нашите ултразвукови процесори към необходимите условия на процеса.
За утаяване и синтез отдолу нагоре, Hielscher предлага уникална вложка за поточна клетка – Проектът Многофазен кавитатор MPC48. С MultiPhaseCavitator втората фаза (антиразтворител) се инжектира чрез 48 фини канюли директно в зоната на ултразвукова кавитация, където се смесва в рамките на милисекунди в първата фаза. В резултат на това се утаяват хомогенни наночастици.
Мощна ултразвук от лаборатория и настолен плот до промишлено производство.
Литература/Препратки
- Хюлингс, С.Дж.; Калман, Д.С. (2017): Куркумин: преглед на ефектите му върху човешкото здраве. Храни. 2017 окт; 6(10): 92.
- Торат, А.А.; Далви, С.В. (2014): Пътища на образуване на частици и полиморфизъм на куркумин, индуциран от ултразвук и добавки по време на течно утаяване на антиразтворител. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ранджан, А.П.; Мукерджи, А.; Хелсън, Л.; Вишванатха, Дж.К.: (2012): Мащабиране, оптимизиране и анализ на стабилността на комплексно натоварени наночастици с куркумин С3 за лечение на рак. Списание за нанобиотехнологии 2012, 10:38.
Факти, които си струва да знаете
Куркумин
Куркуминът е химично съединение с жълт цвят, намиращо се в куркумата. Куркумата е коренищно тревисто многогодишно растение (Куркума лонга) от семейство Джинджифил. Куркуминът е полифенол, който се извлича от коренищата и се използва широко като подправка. В зависимост от произхода си и почвените условия, където се отглежда, куркумата съдържа 2%-9% куркуминоиди. Куркуминът е основният куркуминоид на куркумата (Curcuma longa, Zingiberaceae). Използва се като добавка, лечебно съединение, ароматизираща добавка за храна, оцветител, както и козметична съставка.
Пречистена форма на куркумин, която се състои само от следните три основни компонента – куркумин, бисдеметоксикуркумин и деметоксикуркумин – се нарича още куркумин С3 комплекс. Чистият куркумин може да бъде отделен от С3 сместа от куркумин, бисдеметокси куркумин и деметокси куркумин чрез колонна хроматография.
По отношение на фармакологичните си свойства, чистият, немодифициран куркумин има голям проблем: поради лошата си разтворимост във вода и следователно лошата бионаличност, немодифицираният куркумин не може да обхване терапевтичните си ефекти, но бързо се метаболизира в черния дроб и чревната стена. За да се преодолее ниската степен на абсорбция на куркумина, активните молекули са капсулирани в наноносители (напр. липозоми, наносфери) или натоварени с нанокомплекси (напр. наночастици, комплекси от фосфолипиди, циклодекстрини и твърди дисперсии). Освен това, бионаличността на куркумина може да се увеличи с около 2000%, когато дозата му се комбинира с пиперин, който е екстракт от черен пипер.
Поради тези факти, наноформулираният куркумин (нанокуркумин) е предпочитаната лекарствена форма на куркумин, тъй като куркуминът в наноформа преодолява гореспоменатите проблеми с доставката на лекарства. Нанокуркуминът може да обхване терапевтичните си свойства поради подобрената доставка до болната тъкан, по-добрата интернализация и намалената системна елиминация.
Куркуминът се предлага в множество форми на доставка, включително прахове, капсули, таблетки, мехлеми, хранителни напитки и козметични кремове.
Медицински приложения на куркумин
Куркуминът е широко изследван заради многобройните си форми на употреба в медицината и храненето. Изследванията показват, че куркуминът има висока антиоксидантна активност, която индуцира клетъчната апоптоза, инхибира клетъчната пролиферация, антиклетъчната адхезия и подвижност и предлага антиангиогенеза и антимикробни свойства. Поради тези ефекти куркуминът се прилага като лекарство за лечение на различни възпалителни заболявания, рак, невродегенеративни заболявания, сърдечно-съдови заболявания, както и диабет.
Ултразвуково приготвени нано-администриращи форми от куркумина за медицинска терапия включват наночастици, липозоми, мицели, наноемулсии, циклодекстринови комплекси, нанодискове, нановлакна, твърди липидни наночастици и конюгати на куркумин. Тези наноразмерни лекарствени форми преодоляват лошата бионаличност на куркумина и позволяват целенасочено и ефективно доставяне на силно мощно лекарство с куркумин.
Химична структура на куркумина
Куркуминът е симетрична молекула, известна още като диферулоил метан. IUPAC наименованието на куркумина е (1E,6E)-1,7-bis(4-хидрокси-3-метоксифенил)-1,6-хептадиен-3,5-дион, с химична формула C21H20O6. Кристалите на куркумина могат да се появят в различни форми, като моноклинна (ацикуларна), орторомбична (подобно на оризово зърно) и аморфна форма.