Ultrazvukové srážení superčástic kurkuminu
- Vzhledem k tomu, že kurkuma obsahuje pouze 2-9 hm% kurkuminoidů, je k získání lékařsky silného prášku nutná účinná technika extrakce nebo syntézy.
- Ultrazvukem asistované antisolventní srážení je vysoce účinná metoda syntézy částic kurkuminu.
- Ultrazvukové antisolventní srážení lze snadno rozšířit na výrobu velkého množství vysoce kvalitního kurkuminu.
Kurkumin
Kurkumin, polyfenol, je špatně rozpustný ve vodě rozpustný lék, který se nachází v bylinném koření kurkuma (Curcuma longa). Má vysoce účinné antioxidanty a je známý svými protizánětlivými, protirakovinnými, protiplísňovými a antimikrobiálními vlastnostmi. Zejména pro své široké spektrum chemopreventivních a chemoterapeutických aktivit se kurkumin používá jako preferovaná léčivá sloučenina.
Kurkumin jako silný antioxidant zvyšuje sérovou aktivitu antioxidantů, jako je superoxiddismutáza (SOD), a vychytává a neutralizuje volné radikály, jako jsou reaktivní formy kyslíku a dusíku (ROS a RNS). Kromě toho zvyšuje aktivitu tělu vlastních antioxidačních enzymů. Kurkumin je také známý tím, že snižuje srdeční choroby a zlepšuje funkci mozku. Díky těmto rozmanitým prospěšným léčivým vlastnostem je kurkumin široce používán jako koření, doplněk a lék.
Ultrazvukové kapalné antisolventní srážení
Ultrazvukem asstizované kapalné antisolventní (LAS) srážení je jednoduchá a rychlá technika syntézy v jedné nádobě k výrobě nanočástic kurkuminu s ortorombickou nadstavbou. Ultrazvukové antirozpouštědlové srážení je jednoduchý, rychlý a škálovatelný proces, který umožňuje srážení vysoce kvalitního kurkuminu ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu.
Hypotetický mechanismus tvorby superčástic kurkuminu v nepřítomnosti a přítomnosti ultrazvuku bez stabilizátorů. Foto © 2014 Thorat et al.
Protokol ultrazvukového srážení:
Pro ultasonické srážení částic kurkuminu se do 100 ml vody obsahující povrchově aktivní látku (0,02 hm% ve vodě) nebo bez povrchově aktivní látky přidá organický roztok kurkuminu v ethanolu (5 mg/ml). Jako reakční nádoba se používá opláštěná skleněná nádoba o objemu cca 500 ml, průměru 7 cm a poměru L/D 1,7. Teplota směsi je neustále udržována na 1 ° C. Pro proces ultrazvukového srážení je sonotroda ultrazvukového homogenizátoru, jako je UP200Ht nebo UP200St vybaven sonotrodou S26d14 je ponořen do směsi rozpouštědla a antirozpouštědla. Při nastavení amplitudy 100% a 10min. sonikace se směs dispergovala.
Doba sonikace umožňuje manipulaci s polymorfismem krystalů cucrcuminu. Když se doba sonikace prodlouží, procento ortorombických částic se zvýší. To naznačuje, že zvýšení ultrazvukové energie usnadňuje tvorbu ortorombické formy oproti monoklinické formě, bez ohledu na použitou přísadu.
[srov. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultrazvukový procesor pro srážení API
Zlepšená biologická dostupnost díky ultrazvukovému zapouzdření
Vzhledem k tomu, že kurkumin je lipofilní molekula a je špatně rozpustný ve vodě (= hydrofobní), má nízkou systémovou biologickou dostupnost. Proto je nutné připravit kurkuminové přípravky, které zvyšují jeho biologickou dostupnost. Pro přípravu vodných roztoků kurkuminu se přidávají povrchově aktivní látky, lipidy, albuminy, cyklodextriny, biopolymery atd., aby se molekuly kurkuminu zapouzdřily nebo naložily do lipozomů, nanočástic a dalších nosičů léčiv.
Ultrazvuku je vysoce účinná a spolehlivá technika pro formulaci nosičů léčiv, jako jsou liposomy, jádro-skořepina nanočástice, biopolymery a Dvojité emulze! Níže naleznete příkladný protokol pro ultrazvukové zapouzdření kurkuminu.
Ultrazvukový protokol zapouzdření kurkuminu:
Nanočástice polymléčné kyseliny koglykolové (PLGA) s obsahem kurkuminu
- Nejprve se polymer PLGA rozpustí v ethylacetátu. Přidá se kurkumin (15% hm.) a nechá se rozpustit, zatímco se roztok přerušovaně víří.
- Směs pevných látek v oleji se přidá do vodné fáze PVA (w/v) za vzniku emulze S-O/V. Poté se roztok léčiva/polymeru v PVA víří rychlostí 8 000 ot./min.
- Výsledný roztok se sonikuje po dobu cca. 300 sekund při 45% amplitudě ultrazvukovým homogenizátorem, jako je UP200Ht nebo UP200St (200W, 26kHz). Ihned po sonikaci se emulze nalije do vodné fáze (0,1% PVA ve vodě; 200 ml) pro difúzi za rychlého míchání magnetickým míchadlem.
- Tato koloidní suspenze se kontinuálně míchá magnetickým míchadlem, dokud není dokončeno odpařování rozpouštědla. Poté se nanočástice shromáždí centrifugací a 3x se promyjí destilovanou vodou Milli Q. Nakonec se resuspendují v kryoprotektivním roztoku (sacharóza (2 % hm.) a trehalóza (5 % hm)), suší se na lyofilizačním systému ATR FD3.0 a mohou být skladovány při teplotě 4 °C po dobu nejméně 6 měsíců.
[srov. Ranjan et al. 2012]
Ultrazvukové procesory pro srážení a formulaci kurkuminu
Hielscher Ultrasonics nabízí vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro syntézu nanočástic (např. API) a extrakci botanických sloučenin. Náš sortiment zahrnuje sofistikované laboratorní, stolní a průmyslové ultrazvukové přístroje, což umožňuje vývoj aplikací od malého až po komerční měřítko. Všechny výsledky získané v laboratorním a pilotním testování lze zcela lineárně škálovat na úroveň komerční výroby. Všechny systémy jsou konstruovány pro provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, robustní a snadno použitelné.
Řada UIPxxxxhdT zahrnuje naše průmyslové ultrazvukové systémy, které lze použít pro stolní výrobu, optimalizaci procesů a průmyslovou výrobu. Naše průmyslové systémy jsou k dispozici jako 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) a 16 000 W (UIP16000, nejvýkonnější ultrasonicator na světě). Hielscher Ultrazvuk’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou běžet nepřetržitě 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při velmi vysokých amplitudách až 200 μm. Pro ještě vyšší amplitudy nabízí Hielscher ultrazvukové sonotrody na míru. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje spolehlivý nepřetržitý provoz v náročných a náročných prostředích.
Pro všechny naše ultrazvukové systémy nabízíme široké spektrum příslušenství, jako jsou sonotrody, posilovací rohy, průtočné cely a reaktory různých velikostí, tvarů a geometrií. S těmito nástroji je snadné optimálně přizpůsobit naše ultrazvukové procesory požadovaným procesním podmínkám.
Pro srážení a syntézu zdola nahoru nabízí Hielscher jedinečnou vložku průtokové cely – Ten Vícefázový kavitátor MPC48. U MultiPhaseCavitator se druhá fáze (anti-rozpouštědlo) vstřikuje přes 48 jemných kanyl přímo do ultrazvukové kavitační zóny, kde se během milisekund smísí s první fází. V důsledku toho se vysráží homogenní nanočástice.
Výkonná sonikace z laboratorních a stolních až po průmyslovou výrobu.
Literatura/Odkazy
- Hewlings, S.J.; Kalman, DS (2017): Kurkumin: Přehled jeho účinků na lidské zdraví. Jídla. 2017 říjen; 6(10): 92.
- Thorat, AA; Dalvi, SV (2014): Cesty tvorby částic a polymorfismus kurkuminu indukovaný ultrazvukem a přísadami během kapalného antisolventního srážení. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Škálování, optimalizace a analýza stability nanočástic s komplexem kurkuminu C3 pro léčbu rakoviny. Časopis nanobiotechnologie 2012, 10:38.
Fakta, která stojí za to vědět
Kurkumin
Kurkumin je žlutě zbarvená chemická sloučenina, která se nachází v kurkumě. Kurkuma je oddenková bylina vytrvalá rostlina (Curcuma longa) z čeledi zázvorovitých. Kurkumin je polyfenol, který se získává z oddenků a široce se používá jako koření. V závislosti na původu a půdních podmínkách, kde se pěstuje, obsahuje kurkuma 2–9 % kurkuminoidů. Kurkumin je hlavním kurkuminoidem kurkumy (Curcuma longa, Zingiberaceae). Používá se jako doplněk, léčivá sloučenina, přísada do barviv s příchutí potravin a také jako kosmetická přísada.
Purifikovaná forma kurkuminu, která se skládá pouze z následujících tří hlavních složek – Kurkumin, bisdemethoxykurkumin a demethoxykurkumin – je také označován jako komplex kurkuminu C3. Čistý kurkumin lze oddělit z C3 směsi kurkuminu, bisdemethoxy kurkuminu a demethoxykurkuminu sloupcovou chromatografií.
Pokud jde o jeho farmakologické vlastnosti, čistý, nemodifikovaný kurkumin má velký problém: Kvůli špatné rozpustnosti ve vodě a tím i špatné biologické dostupnosti nemůže nemodifikovaný kurkumin zabalit své terapeutické účinky, ale rychle se metabolizuje v játrech a střevní stěně. Aby se překonala nízká míra absorpce kurkuminu, jsou aktivní molekuly zapouzdřeny do nano nosičů (např. liposomy, nanosféry) nebo naložené na nanokomplexy (např. nanočástice, komplexy fosfolipidů, cyklodextrinů a pevných disperzí). Kromě toho může být biologická dostupnost kurkuminu zvýšena přibližně o 2000 %, pokud je jeho dávka kombinována s piperinem, což je extrakt z černého pepře.
Vzhledem k těmto skutečnostem je nano-formulovaný kurkumin (nanokurkumin) preferovanou dávkovou formou kurkuminu, protože kurkumin v nanoformě překonává výše uvedené problémy s dodávkou léčiva. Nanokurkumin může zabalit své terapeutické vlastnosti díky lepšímu dodávání do nemocné tkáně, lepší internalizaci a snížené systémové eliminaci.
Kurkumin je k dispozici v několika formách dodání, včetně prášků, kapslí, tablet, mastí, výživných nápojů a kosmetických krémů.
Lékařské aplikace kurkuminu
Kurkumin byl široce zkoumán pro své rozmanité formy použití v medicíně a výživě. Výzkum ukázal, že kurkumin má vysokou antioxidační aktivitu, která indukuje buněčnou apoptózu, inhibuje buněčnou proliferaci, antibuněčnou adhezi a pohyblivost a nabízí antiangiogenezi a antimikrobiální vlastnosti. Díky těmto účinkům se kurkumin používá jako lék k léčbě různých zánětlivých onemocnění, rakoviny, neurodegenerativních onemocnění, kardiovaskulárních onemocnění a také cukrovky.
Ultrazvukem připravené nano-administrační formy kurkuminu pro lékařskou terapii zahrnují nanočástice, liposomy, micely, nanoemulze, cyklodextrinové komplexy, nanodisky, nanovlákna, pevné lipidové nanočástice a konjugáty kurkuminu. Tyto nano lékové formy překonávají špatnou biologickou dostupnost kurkuminu a umožňují cílené a účinné podávání vysoce účinného léku na kurkumin.
Chemická struktura kurkuminu
Kurkumin je symetrická molekula, známá také jako diferuloylmethan. Název kurkuminu podle IUPAC je (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyfenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion, s chemickým vzorcem C21H20O6. Krystaly kurkuminu se mohou objevit v různých tvarech, jako je monoklinická (jehlicovitá), ortorombická (podobná rýžovému zrnu) a amorfní forma.