Ultrazvučna precipitacija superčestica kurkumina
- Pošto kurkuma sadrži samo 2-9 tež.% kurkuminoida, neophodna je efikasna tehnika ekstrakcije ili sinteze da bi se dobio medicinski moćan prah.
- Ultrazvučno potpomognuto taloženje antisolventima je visoko efikasna metoda za sintezu čestica kurkumina.
- Ultrazvučno taloženje antisolventa može se lako proširiti na proizvodnju velikih količina visokokvalitetnog kurkumina.
kurkumin
Kurkumin, polifenol, je slabo topiv u vodi lijek koji se nalazi u biljnom začinu kurkume (Curcuma longa). Ima vrlo snažne antioksidanse i poznat je po svojim protuupalnim, antikancerogenim, antigljivičnim i antimikrobnim svojstvima. Posebno zbog svog širokog spektra kemo-preventivnih i kemoterapeutskih aktivnosti, kurkumin se koristi kao poželjni lijek.
As a potent antioxidant, curcumin increases the serum activity of antioxidants such as superoxide dismutase (SOD) and scavenges and neutralizes free radicals such as reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS). Furthermore, it enhances the activity of the body’s own antioxidant enzymes. Curcumin is also known to lower heart diseases and to improve the brain function. Due to these manifold beneficial medicinal properties, curcumin is widely used as spice, supplement and drug.
Ultrazvučni tekući antisolvent precipitacija
Ultrazvučno potpomognuta tečna antisolventna precipitacija (LAS) je jednostavna i brza tehnika sinteze u jednom loncu za proizvodnju nanočestica kurkumina sa ortorombičnom superstrukturom. Ultrazvučna precipitacija protiv otapala je jednostavan, brz i skalabilan proces, koji omogućava taloženje visokokvalitetnog kurkumina u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji.
Pretpostavljeni mehanizam stvaranja superčestica kurkumina u odsustvu i prisutnosti ultrazvuka bez stabilizatora. Slika © 2014 Thorat et al.
Protokol ultrazvučne precipitacije:
Za ultrazvučnu precipitaciju čestica kurkumina, organski rastvor kurkumina u etanolu (5 mg/mL) se dodaje u 100 mL vode koja sadrži surfaktant (0,02 tež.% u vodi) ili bez surfaktanta. Kao reakcijska posuda, staklena posuda sa omotačem od cca. Koristi se zapremina od 500mL, prečnik 7cm i odnos L/D od 1,7. Temperatura smjese se konstantno održava na 1ºC. Za proces ultrazvučne precipitacije, sonotroda ultrazvučnog homogenizatora kao što je UP200Ht ili UP200St opremljen sonotrodom S26d14 uronjen je u mješavinu rastvarača i antirastvarača. Pri postavci amplitude 100% i 10min. sonikacija, smjesa se raspršila.
Vrijeme obrade ultrazvukom omogućava manipulaciju polimorfizmom kristala kukumina. Kada se trajanje sonikacije produži, postotak ortorombnih čestica se povećava. Ovo ukazuje da povećanje ultrazvučne energije olakšava formiranje ortorombičnog oblika u odnosu na monokliničku formu, bez obzira na upotrebljeni aditiv.
[usp. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultrazvučni procesor za API precipitaciju
Poboljšana biodostupnost ultrazvučnom inkapsulacijom
Pošto je kurkumin lipofilna molekula i slabo se rastvara u vodi (= hidrofoban), ima nisku sistemsku bioraspoloživost. Stoga je potrebno pripremiti formulacije kurkumina koje povećavaju njegovu bioraspoloživost. Za pripremu vodenih otopina kurkumina dodaju se surfaktanti, lipidi, albumini, ciklodekstrini, biopolimeri itd. kako bi se molekule kurkumina inkapsulirale ili učitale u liposome, nanočestice i druge nosače lijekova.
Ultrazvuk je veoma efikasna i pouzdana tehnika za formulisanje nosača lekova kao što su npr liposomi, jezgro-ljuska nanočestice, biopolimeri i dvostruke emulzije! U nastavku pronađite primjer protokola za ultrazvučnu inkapsulaciju kurkumina.
Ultrazvučni protokol inkapsulacije kurkumina:
Nanočestice polimliječne-ko-glikolne kiseline (PLGA) pune kurkumina
- Prvo, PLGA polimer je otopljen u etil acetatu. Doda se kurkumin (15% w/w) i ostavi da se otopi dok se otopina povremeno miješa.
- Smjesa krutog u ulju se dodaje u vodenu fazu PVA (w/v) kako bi se formirala SO/W emulzija. Zatim se otopina lijeka/polimera u PVA miješa na 8.000 o/min.
- Rezultirajuća otopina je sonicirana cca. 300 sekundi pri 45% amplitude sa ultrazvučnim homogenizatorom kao što je UP200Ht ili UP200St (200W, 26kHz). Odmah nakon sonikacije, emulzija se sipa u vodenu fazu (0,1% PVA u vodi; 200 mL) radi difuzije uz brzo miješanje magnetnom miješalicom.
- Ova koloidna suspenzija se kontinuirano miješa magnetskom miješalicom dok se ne završi isparavanje rastvarača. Zatim se nanočestice sakupljaju centrifugiranjem, isperu 3 puta destilovanom Milli Q vodom. Konačno, resuspendiraju se u krioprotektivnom rastvoru (saharoza (2% w/w) i trehaloza (5% w/w)), suše se na sistemu liofilizatora ATR FD3.0 i mogu se čuvati na 4°C najmanje 6 mjeseci. .
[usp. Ranjan i dr. 2012]
Ultrazvučni procesori za taloženje i formulaciju kurkumina
Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučnu opremu visokih performansi za sintezu nanočestica (npr. API) i ekstrakciju botaničkih spojeva. Naš asortiman uključuje sofisticirane laboratorijske, stone i industrijske ultrazvučne aparate, što omogućava razvoj aplikacija od malih do komercijalnih. Svi rezultati dobijeni u laboratorijskim i pilot testiranjima mogu se potpuno linearno skalirati na nivo komercijalne proizvodnje. Svi sistemi su napravljeni za rad 24/7, robusni i jednostavni za upotrebu.
Serija UIPxxxxhdT obuhvata naše ultrazvučne sisteme industrijske klase, koji se mogu koristiti za stolne uređaje, optimizaciju procesa i industrijsku proizvodnju. Naši industrijski sistemi dostupni su kao 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) i 16.000 W (UIP16000, najmoćniji ultrasonikator na svijetu). Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can be run continuously 24/7 at very high amplitudes of up to 200µm. For even higher amplitudes, Hielscher offers customized ultrasonic sonotrodes. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for a reliable around-the-clock operation at heavy duty and in demanding environments.
Za sve naše ultrazvučne sisteme nudimo širok spektar dodataka kao što su sonotrode, buster rogovi, protočne ćelije i reaktori različitih veličina, oblika i geometrija. S ovim alatima postaje lako moguće prilagoditi naše ultrazvučne procesore optimalno traženim procesnim uvjetima.
Za precipitaciju i sintezu odozdo prema gore, Hielscher nudi jedinstveni umetak protočne ćelije – The MultiPhaseCavitator MPC48. Sa MultiPhaseCavitator-om, druga faza (anti-rastvarač) se ubrizgava preko 48 finih kanila direktno u ultrazvučnu zonu kavitacije, gdje se miješa u roku od milisekundi u prvu fazu. Kao rezultat, homogene nano-čestice se talože.
Snažna sonikacija od laboratorijske i stočne do industrijske proizvodnje.
Literatura/Reference
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: A Review of Its’ Effects on Human Health. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, AA; Dalvi, SV (2014): Putevi formiranja čestica i polimorfizam kurkumina inducirani ultrazvukom i aditivima tijekom taloženja tekućim antisolventima. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, AP; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012): Povećanje, optimizacija i analiza stabilnosti nanočestica kurkumina C3 kompleksno napunjenih za terapiju raka. Časopis za nanobiotehnologiju 2012, 10:38.
Činjenice koje vrijedi znati
kurkumin
Kurkumin je hemijski spoj žute boje koji se nalazi u kurkumi. Kurkuma je rizomatozna zeljasta višegodišnja biljka (Curcuma longa) porodice đumbira. Kurkumin je polifenol koji se ekstrahuje iz rizoma i široko se koristi kao začin. U zavisnosti od porijekla i uslova tla na kojem se uzgaja, kurkuma sadrži 2-9% kurkuminoida. Kurkumin je glavni kurkuminoid kurkume (Curcuma longa, Zingiberaceae). Koristi se kao dodatak, ljekovito jedinjenje, aditiv za bojenje hrane kao i kao kozmetički sastojak.
Pročišćeni oblik kurkumina, koji se sastoji samo od sljedeće tri glavne komponente – kurkumin, bisdemetoksikurkumin i demetoksikurkumin – se takođe naziva kurkumin C3 kompleks. Čisti kurkumin se može odvojiti od C3 mješavine kurkumina, bisdemetoksi kurkumina i demetoksi kurkumina kolonskom hromatografijom.
Regarding its pharmacological properties, pure, non-modified curcumin has a big problem: Due to is poor water-solubility and thereby poor bioavailability, unmodified curcumin cannot enfold its therapeutic effects, but is rapidly metabolised in the liver and intestinal wall. To overcome curcumin’s low absorption rate, the active molecules are encapsulated in nano carriers (e.g. liposomi, nanosfere) ili opterećene nano-kompleksima (npr nanočestice, complexes of phospholipids, cyclodextrins and solid dispersions). Furthermore, curcumin’s bioavailability can be increased by approx. 2000% when its dosage is combined with piperine, which is a black pepper extract.
Zbog ovih činjenica, nano-formulirani kurkumin (nanokurkumin) je poželjan oblik doziranja kurkumina, budući da kurkumin u nanoformi prevladava gore spomenute probleme isporuke lijekova. Nanokurkumin može proširiti svoja terapeutska svojstva zbog poboljšane isporuke u oboljelo tkivo, bolje internalizacije i smanjene sistemske eliminacije.
Kurkumin je dostupan u više oblika isporuke uključujući praškove, kapsule, tablete, masti, nutritivne napitke i kozmetičke kreme.
Primjena kurkumina u medicini
Kurkumin je široko istražen zbog različitih oblika upotrebe u medicini i ishrani. Istraživanja su pokazala da kurkumin ima visoku antioksidativnu aktivnost, koja inducira ćelijsku apoptozu, inhibira ćelijsku proliferaciju, anti-ćelijsku adheziju i pokretljivost, te nudi anti-angiogenezu i antimikrobna svojstva. Zbog ovih učinaka, kurkumin se primjenjuje kao lijek za liječenje raznih upalnih bolesti, karcinoma, neurodegenerativnih bolesti, kardiovaskularnih bolesti kao i dijabetesa.
Ultrazvučno pripremljeni oblici za nano davanje of curcumin for medical therapy include nanoparticles, liposomes, micelles, nanoemulsions, cyclodextrin complexes, nanodisks, nanofibres, solid lipid nanoparticles, and curcumin conjugates. These nano-sized dosage forms overcome curcumin’s poor bioavailability and allow for the targeted and effective delivery of a highly potent curcumin drug.
Hemijska struktura kurkumina
Kurkumin je simetrična molekula, poznata i kao diferuloil metan. IUPAC naziv kurkumina je (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion, sa hemijskom formulom C21H20O6. Kristali kurkumina mogu se pojaviti u različitim oblicima, kao što su monoklinski (acikularni), ortorombični (slično zrnu riže) i amorfni oblik.