Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschallpräzipitation von Curcumin-Superpartikeln

  • Da Kurkuma nur 2-9 Gew .-% Curcuminoide enthält, ist eine wirksame Extraktions- oder Synthesetechnik erforderlich, um ein medizinisch wirksames Pulver zu erhalten.
  • Die ultraschallgestützte Antisolvent-Fällung ist eine hocheffiziente Methode zur Synthese von Curcumin-Partikeln.
  • Die Ultraschall-Antisolvent-Fällung kann leicht auf die Produktion von großen Mengen von hochwertigem Curcumin hochskaliert werden.

Curcumin

Curcumin, ein Polyphenol, ist ein schlecht wasserlösliches Arzneimittel, das in der Kurkuma (Kurkuma Longa). Es hat hochpotente Antioxidantien und ist für seine entzündungshemmenden, krebshemmenden, antimykotischen und antimikrobiellen Eigenschaften bekannt. Insbesondere für seine breite Palette von chemopräventiven und chemotherapeutischen Aktivitäten wird Curcumin als eine bevorzugte Arzneimittelverbindung verwendet.
Als starkes Antioxidans erhöht Curcumin die Serumaktivität von Antioxidantien wie Superoxiddismutase (SOD) und spült und neutralisiert freie Radikale wie reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS und RNS). Außerdem erhöht es die Aktivität der körpereigenen antioxidativen Enzyme. Curcumin ist auch bekannt, Herzkrankheiten zu senken und die Gehirnfunktion zu verbessern. Wegen dieser mannigfaltigen wohltuenden medizinischen Eigenschaften wird Curcumin weit verbreitet als Gewürz, Ergänzung und Medikament verwendet.

Ultraschall Flüssigkeit Antisolvent Ausfällung

Die ultraschallgestützte Flüssig-Antisolvens (LAS) -Fällung ist eine einfache und schnelle Eintopf-Synthesetechnik zur Herstellung von Curcumin-Nanopartikeln mit orthorhombischer Überstruktur. Die Ultraschall-Anti-Solvent-Fällung ist ein einfacher, schneller und skalierbarer Prozess, der die Ausfällung von hochwertigem Curcumin in der Pharma- und Lebensmittelindustrie ermöglicht.

Ultraschallfällung von Curcumin-Partikeln mit Überstruktur.

Hypothesierter Mechanismus der Bildung von Curcumin-Superpartikeln in Abwesenheit und Gegenwart von Ultraschall ohne Stabilisatoren. Bild © 2014 Thorat et al.

Ultraschall-Niederschlags-Protokoll:

UP200Ht - ein leistungsfähiges Handultraschallgerät.Für die ulsonische Ausfällung von Curcumin-Teilchen wird eine organische Lösung von Curcumin in Ethanol (5 mg / ml) zu 100 ml Wasser, das Tensid (0,02 Gew .-% in Wasser) oder ohne Tensid enthält, gegeben. Als Reaktionsgefäß wurde ein ummanteltes Glasgefäß von ca. 500 ml Volumen, 7 cm Durchmesser und ein L / D-Verhältnis von 1,7 wird verwendet. Die Temperatur der Mischung wird konstant bei 1ºC gehalten. Für den Ultraschallpräzipitationsvorgang wird die Sonotrode des Ultraschallhomogenisators wie der UP200Ht oder UP200St ausgestattet mit einer S26d14-Sonotrode wird in das Lösungsmittel-Antisolvent-Gemisch eingetaucht. Bei 100% Amplitudeneinstellung und 10min. Beschallung, die Mischung dispergiert.
Die Beschallungszeit ermöglicht die Manipulation des Polymorphismus von Cucrcumin-Kristallen. Wenn die Beschallungsdauer verlängert wird, erhöht sich der Prozentsatz der orthorhombischen Teilchen. Dies zeigt, dass ein Anstieg der Ultraschallenergie die Bildung einer orthorhombischen Form gegenüber der monoklinen Form unabhängig von dem verwendeten Additiv erleichtert.
[vgl. Thoratet al. 2014]

Ultraschallextraktion verwendet wird, um bioaktive Verbindungen zu isolieren, wie Antioxidantien, adaptogens und Anthocyanine aus pflanzlichen Stoffen.

UIP1000hdT – 1kW Ultraschallprozessor für API-Fällung

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Verbesserte Bioverfügbarkeit durch Ultraschallkapselung

Da Curcumin ein lipophiles Molekül ist und in Wasser schwer löslich (= hydrophob) ist, hat es eine geringe systemische Bioverfügbarkeit. Daher ist es notwendig, Curcumin-Formulierungen herzustellen, die seine Bioverfügbarkeit verbessern. Zur Herstellung von wässrigen Curcuminlösungen werden Tenside, Lipide, Albumine, Cyclodextrine, Biopolymere etc. zugesetzt, um die Curcuminmoleküle in Liposomen, Nanopartikeln und anderen Wirkstoffträgern einzukapseln oder zu beladen.
Ultraschall ist eine hocheffiziente und zuverlässige Technik, um Wirkstoffträger wie z Liposomen, Kern-Schale Nanopartikel, Biopolymere und Doppel-Emulsionen! Nachstehend finden Sie ein beispielhaftes Protokoll für die Ultraschallkapselung von Curcumin.

Ultraschall-Curcumin-Verkapselungsprotokoll:

Curcumin-beladene Polymilchsäure-Co-Glycolsäure (PLGA) -Nanopartikel

  1. Zuerst wird das PLGA-Polymer in Ethylacetat gelöst. Curcumin (15% w / w) wird zugegeben und kann sich auflösen, während die Lösung intermittierend verwirbelt wird.
  2. Das Feststoff-in-Öl-Gemisch wird zu einer wässrigen Phase von PVA (Gew./Vol.) Gegeben, um eine SO / W-Emulsion zu bilden. Dann wird die Lösung des Arzneimittels / Polymers in PVA bei 8.000 U / min gevortext.
  3. Die resultierende Lösung wird für ca. 300 Sekunden bei 45% Amplitude mit einem Ultraschallhomogenisator wie z UP200Ht oder UP200St (200W, 26kHz). Unmittelbar nach der Ultraschallbehandlung wird die Emulsion in die wßrige Phase (0,1% PVA in Wasser; 200 ml) zur Diffusion unter schnellem Rühren mit einem Magnetrührer gegossen.
  4. Diese kolloidale Suspension wird kontinuierlich mit einem Magnetrührer gerührt, bis die Lösungsmittelverdampfung beendet ist. Dann werden die Nanopartikel durch Zentrifugation gesammelt, 3 mal mit destilliertem Milli Q-Wasser gewaschen. Schließlich werden sie in Kryoprotektantenlösung (Saccharose (2% Gew./Gew.) Und Trehalose (5% Gew./Gew.)) Resuspendiert, auf einem Lyophilisator ATR FD3.0 System getrocknet und können bei 4 ° C für mindestens 6 Monate gelagert werden .

[vgl. Ranjanet al. 2012]

Ultraschall-Prozessoren für Curcumin-Fällung und Formulierung

Hielscher Ultrasonics bietet Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Synthese von Nanopartikeln (zB APIs) und die Extraktion von botanischen Verbindungen. Unsere Produktpalette umfasst hochentwickelte Labor-, Tisch- und industrielle Ultraschallgeräte, die die Entwicklung von Anwendungen von kleinen bis zu kommerziellen Größen ermöglichen. Alle Ergebnisse, die in Labor- und Pilotversuchen erhalten werden, können vollständig linear auf die kommerzielle Produktionsebene skaliert werden. Alle Systeme sind für den Dauerbetrieb ausgelegt, robust und einfach zu bedienen.
Die UIPxxxxhdT-Serie umfasst unsere industriellen Ultraschallsysteme, die für die Tischmontage, Prozessoptimierung und industrielle Produktion eingesetzt werden können. Unsere Industriesysteme sind verfügbar als 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) und 16.000W (UIP16000, weltweit leistungsstärkster Ultraschallgenerator). Hielscher Ultraschall‘ Industrielle Ultraschallprozessoren können rund um die Uhr mit sehr hohen Amplituden von bis zu 200μm betrieben werden. Für noch höhere Amplituden bietet Hielscher maßgeschneiderte Ultraschallsonotroden an. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen zuverlässigen Rund-um-die-Uhr-Betrieb in schweren und anspruchsvollen Umgebungen.
Für alle unsere Ultraschallsysteme bieten wir ein breites Spektrum an Zubehör wie Sonotroden, Boosterhörner, Durchflusszellen und Reaktoren in verschiedenen Größen, Formen und Geometrien. Mit diesen Werkzeugen wird es leicht möglich, unsere Ultraschallprozessoren optimal an die geforderten Prozessbedingungen anzupassen.
InsertMPC48 mit 48 feinen Kanülen, welche die zweite Phase der Emulsion direkt in die Ultraschall-Kavitation Zone einzuspritzenFür Fällungs- und Bottom-up-Synthese bietet Hielscher einen einzigartigen Fließzelleneinsatz – Der MultiPhaseCavitator MPC48 . Beim MultiPhaseCavitator wird die zweite Phase (Antilösungsmittel) über 48 feine Kanülen direkt in die Ultraschall-Kavitationszone injiziert, wo sie innerhalb von Millisekunden in die erste Phase gemischt wird. Dadurch werden homogene Nanopartikel ausgefällt.

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Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallgeräte her.

Leistungsstarke Beschallung vom Labor über den Labortisch bis zur industriellen Produktion.

Literatur

  • Hewlings, SJ; Kalman, DS (2017): Curcumin: Ein Überblick über seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Lebensmittel. 2017 Okt; 6 (10): 92.
  • Thorat, AA; Dalvi, SV (2014): Partikelbildungspfade und Polymorphie von Curcumin durch Ultraschall und Additive während der Ausfällung von flüssigem Antisolvent. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
  • Ranjan, AP; Mukerjee, A .; Helson, L .; Vishwanatha, JK: (2012): Scale up, Optimierung und Stabilitätsanalyse von Curcumin C3 Komplex-beladenen Nanopartikeln für die Krebstherapie. Zeitschrift für Nanobiotechnologie 2012, 10:38.


Wissenswertes

Curcumin

Die Ultraschallfällung von Curcumin ist eine hocheffiziente Technik zur Herstellung von Nanocurcumin mit Überstruktur.Curcumin ist eine gelb gefärbte chemische Verbindung in Kurkuma gefunden. Kurkuma ist eine rhizomatische krautige mehrjährige Pflanze (Kurkuma Longa) der Ingwerfamilie. Curcumin ist ein Polyphenol, das aus den Rhizomen extrahiert und als Gewürz weit verbreitet ist. Je nach Herkunft und Bodenbeschaffenheit enthält Kurkuma 2% -9% Curcuminoide. Curcumin ist das wichtigste Curcuminoid von Kurkuma (Kurkuma longa, Zingiberaceae). Es wird als Ergänzung, medizinische Verbindung, Farbzusatz für Lebensmittelaromastoffe sowie als kosmetischer Inhaltsstoff verwendet.
Eine gereinigte Form von Curcumin, die nur aus den folgenden drei Hauptkomponenten besteht – Curcumin, Bisdemethoxycurcumin und Demethoxycurcumin – wird auch als Curcumin-C3-Komplex bezeichnet. Reines Curcumin kann durch Säulenchromatographie von der C3-Mischung aus Curcumin, Bisdemethoxycurcumin und Demethoxycurcumin abgetrennt werden.
Hinsichtlich seiner pharmakologischen Eigenschaften weist reines, nicht modifiziertes Curcumin ein großes Problem auf: Aufgrund der schlechten Wasserlöslichkeit und damit schlechten Bioverfügbarkeit kann unmodifiziertes Curcumin seine therapeutische Wirkung nicht entfalten, sondern wird in Leber und Darmwand schnell metabolisiert. Um die niedrige Absorptionsrate von Curcumin zu überwinden, sind die aktiven Moleküle in Nanoträgern (z Liposomen, Nanosphären) oder auf Nanokomplexen (z. B. NanopartikelKomplexe von Phospholipiden, Cyclodextrinen und festen Dispersionen). Darüber hinaus kann Curcumin die Bioverfügbarkeit um ca. erhöht werden. 2000%, wenn die Dosierung mit Piperin, einem Extrakt aus schwarzem Pfeffer, kombiniert wird.
Aufgrund dieser Tatsachen ist Nano-formuliertes Curcumin (Nanocurcumin) die bevorzugte Dosierungsform von Curcumin, da Curcumin in Nanoform die vorstehend erwähnten Arzneimittelzufuhrprobleme überwindet. Nanocurcumin kann seine therapeutischen Eigenschaften aufgrund einer verbesserten Abgabe an das erkrankte Gewebe, einer besseren Internalisierung und einer verringerten systemischen Eliminierung entfalten.
Curcumin ist in verschiedenen Lieferformen erhältlich, einschließlich Pulver, Kapseln, Tabletten, Salben, Nährgetränken und kosmetischen Cremes.

Medizinische Anwendungen von Curcumin

Curcumin wurde für seine vielfältigen Anwendungsformen in Medizin und Ernährung umfassend untersucht. Die Forschung hat gezeigt, dass Curcumin eine hohe antioxidative Aktivität besitzt, die Zellapoptose induziert, die Zellproliferation, die Antzelladhäsion und die Beweglichkeit hemmt und antiangiogenetische und antimikrobielle Eigenschaften bietet. Aufgrund dieser Effekte wird Curcumin als Medikament zur Behandlung verschiedener entzündlicher Erkrankungen, Krebs, neurodegenerativer Erkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Diabetes eingesetzt.
Ultraschall präparierte Nano-Verabreichungsformen von Curcumin für die medizinische Therapie umfassen Nanopartikel, Liposomen, Micellen, Nanoemulsionen, Cyclodextrin-Komplexe, Nanodisks, Nanofasern, feste Lipid-Nanopartikel und Curcumin-Konjugate. Diese Dosierungsformen in Nanogröße überwinden die schlechte Bioverfügbarkeit von Curcumin und ermöglichen die gezielte und effektive Abgabe eines hochwirksamen Curcuminarzneimittels.

Curcumin-chemische Struktur

Curcumin ist ein symmetrisches Molekül, auch Diferuloylmethan genannt. Der IUPAC-Name von Curcumin ist (1E, 6E) -1,7-Bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) -1,6-heptadien-3,5-dion mit der chemischen Formel C21H20O6. Curcumin-Kristalle können in verschiedenen Formen auftreten, wie monoklin (nadelförmig), orthorhombisch (reiskornartig) und amorph.