Ultralydsudfældning af curcumin-superpartikler

• Da gurkemeje kun indeholder 2-9 vægt% curcuminoider, er en effektiv ekstraktions- eller synteseteknik nødvendig for at opnå et medicinsk potent pulver.
• Ultralydassisteret antisolventudfældning er en yderst effektiv metode til at syntetisere curcuminpartikler.
• Ultralydsudfældningen af antiopløsningsmiddel kan let skaleres op til produktion af store mængder curcumin af høj kvalitet.

Curcumin

Curcumin, en polyfenol, er et dårligt vandopløseligt lægemiddel, der findes i urtekrydderiet gurkemeje (Curcuma longa). Det har meget potente antioxidanter og er kendt for sine antiinflammatoriske, anti-kræft, anti-svampe og antimikrobielle egenskaber. Især for sin brede vifte af kemoforebyggende og kemoterapeutiske aktiviteter bruges curcumin som en foretrukken lægemiddelforbindelse.
Som en potent antioxidant øger curcumin serumaktiviteten af antioxidanter såsom superoxiddismutase (SOD) og scavenges og neutraliserer frie radikaler såsom reaktive ilt- og nitrogenarter (ROS og RNS). Desuden øger det aktiviteten af kroppens egne antioxidantenzymer. Curcumin er også kendt for at sænke hjertesygdomme og forbedre hjernens funktion. På grund af disse mangfoldige gavnlige medicinske egenskaber bruges curcumin i vid udstrækning som krydderi, supplement og lægemiddel.

Ultralyd flydende antisolvent udfældning

Den ultralydsasstistede flydende antisolvent (LAS) udfældning er en enkel og hurtig one-pot synteseteknik til fremstilling af curcumin nanopartikler med orthorhombisk overbygning. Ultralydsudfældningen af opløsningsmiddel er en enkel, hurtig og skalerbar proces, der giver mulighed for udfældning af curcumin af høj kvalitet i medicinal- og fødevareindustrien.

Hypotese mekanisme for dannelse af curcumin-superpartikler i fravær og tilstedeværelse af ultralyd uden stabilisatorer. Billede © 2014 Thorat et al.

Ultralyd udfældningsprotokol:

Til ultasonisk udfældning af curcuminpartikler tilsættes en organisk opløsning af curcumin i ethanol (5 mg/ml) til 100 ml vand indeholdende overfladeaktivt stof (0,02 vægtprocent i vand) eller uden overfladeaktivt stof. Som reaktionsbeholder anvendes en kappet glasbeholder på ca. 500 ml volumen, 7 cm diameter og L/D-forhold på 1,7. Blandingens temperatur holdes konstant på 1 ° C. Til ultralydsudfældningsprocessen, sonotroden af ultralydshomogenisatoren, såsom UP200Ht eller UP200St udstyret med en S26d14 sonotrode nedsænkes i opløsningsmiddel-antiopløsningsmiddelblandingen. Ved 100% amplitudeindstilling og 10 min. sonikering dispergeres blandingen.
Sonikeringstiden giver mulighed for manipulation af polymorfismen af cucrcuminkrystaller. Når sonikeringens varighed forlænges, øges procentdelen af orthorhombiske partikler. Dette indikerer, at en stigning i ultralydsenergi letter dannelsen af orthorhombisk form over den monokliniske form, uanset det anvendte tilsætningsstof.
[jf. Thorat et al. 2014]

Forbedret biotilgængelighed ved ultralydsindkapsling

Da curcumin er lipofilt molekyle og dårligt opløseligt i vand (= hydrofobt), har det en lav systemisk biotilgængelighed. Derfor er det nødvendigt at fremstille curcuminformuleringer, der forbedrer dets biotilgængelighed. Til fremstilling af vandige curcuminopløsninger tilsættes overfladeaktive stoffer, lipider, albuminer, cyclodextriner, biopolymerer osv. for at indkapsle eller belaste curcuminmolekylerne i liposomer, nanopartikler og andre lægemiddelbærere.
Ultralydbehandling er en yderst effektiv og pålidelig teknik til at formulere lægemiddelbærere som f.eks. liposomer, kerne-skal nanopartikler, biopolymerer og Dobbelte emulsioner! Find nedenfor en eksemplarisk protokol til ultralydsindkapsling af curcumin.

Ultralyd Curcumin indkapsling protokol:

Curcumin-belastede polylactic-co-glycolsyre (PLGA) nanopartikler

1. Først opløses PLGA-polymeren i ethylacetat. Curcumin (15% w/w) tilsættes og får lov til at opløses, mens opløsningen hvirvler intermitterende.
2. Den faste olieblanding tilsættes til en vandig fase af PVA (w/v) for at danne en SO/W-emulsion. Derefter hvirvles opløsningen af lægemidlet/polymeren i PVA ved 8.000 omdr./min.
3. Den resulterende opløsning sonikeres i ca. 300 sek ved 45% amplitude med en ultralydshomogenisator som f.eks UP200Ht eller UP200St (200W, 26kHz). Umiddelbart efter sonikering hældes emulsionen i den vandige fase (0,1% PVA i vand; 200 ml) til diffusion under hurtig omrøring med en magnetisk omrører.
4. Denne kolloide suspension omrøres kontinuerligt med en magnetomrører, indtil opløsningsmiddelfordampningen er afsluttet. Derefter opsamles nanopartiklerne ved centrifugering, vaskes 3 gange med destilleret Milli Q-vand. Til sidst opsuspenderes de i kryobeskyttende opløsning (saccharose (2 % w/w) og trehalose (5 % w/w)), tørres på et lyofilisator ATR FD3.0-system og kan opbevares ved 4 °C i mindst 6 måneder.

[jf. Ranjan et al. 2012]

Ultralydsprocessorer til curcuminudfældning og formulering

Hielscher Ultrasonics tilbyder højtydende ultralydsudstyr til syntese af nanopartikler (f.eks. API'er) og ekstraktion af botaniske forbindelser. Vores produktsortiment omfatter sofistikerede laboratorie-, bord- og industrielle ultralydapparater, som tillader udvikling af applikationer fra lille til kommerciel skala. Alle resultater opnået i laboratorie- og pilottest kan skaleres fuldstændigt lineært til kommercielt produktionsniveau. Alle systemer er bygget til 24/7 drift, robuste og nemme at bruge.
UIPxxxxhdT-serien omfatter vores ultralydssystemer i industriel kvalitet, som kan bruges til bordplade, procesoptimering og industriel produktion. Vores industrielle systemer fås som 500 W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) og 16.000W (UIP16000, verdens mest kraftfulde ultralydsapparat). Hielscher Ultralyd’ Industrielle ultralydsprocessorer kan køres kontinuerligt 24/7 ved meget høje amplituder på op til 200 μm. For endnu højere amplituder tilbyder Hielscher tilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for en pålidelig drift døgnet rundt i tunge og krævende miljøer.
Til alle vores ultralydssystemer tilbyder vi et bredt spektrum af tilbehør såsom sonotroder, boosterhorn, flowceller og reaktorer i flere størrelser, former og geometrier. Med disse værktøjer bliver det let muligt at tilpasse vores ultralydsprocessorer optimalt til de krævede procesforhold.
Til nedbør og bottom-up-syntese tilbyder Hielscher en unik flowcelleindsats – Den MultiPhaseCavitator MPC48. Med MultiPhaseCavitator injiceres den anden fase (anti-opløsningsmiddel) via 48 fine kanyler direkte ind i ultralydskavitationszonen, hvor den blandes inden for millisekunder i den første fase. Som følge heraf udfældes homogene nanopartikler.