Υπερήχων κατακρήμνιση υπερσωματιδίων κουρκουμίνης
- Δεδομένου ότι ο κουρκουμάς περιέχει μόνο 2-9% κ.β. κουρκουμινοειδών, μια αποτελεσματική τεχνική εκχύλισης ή σύνθεσης είναι απαραίτητη για να ληφθεί μια ιατρικά ισχυρή σκόνη.
- Υπερήχων υποβοηθούμενη κατακρήμνιση αντιδιαλύτη είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος για τη σύνθεση σωματιδίων κουρκουμίνης.
- Η υπερηχητική κατακρήμνιση αντιδιαλύτη μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί μέχρι την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων κουρκουμίνης υψηλής ποιότητας.
κουρκουμίνη
Η κουρκουμίνη, μια πολυφαινόλη, είναι ένα ελάχιστα υδατοδιαλυτό φάρμακο που βρίσκεται στο φυτικό μπαχαρικό κουρκούμη (Curcuma longa). Έχει εξαιρετικά ισχυρά αντιοξειδωτικά και είναι γνωστό για τις αντιφλεγμονώδεις, αντικαρκινικές, αντιμυκητιακές και αντιμικροβιακές του ιδιότητες. Ειδικά για το ευρύ φάσμα χημειο-προληπτικών και χημειοθεραπευτικών δραστηριοτήτων της, η κουρκουμίνη χρησιμοποιείται ως προτιμώμενη φαρμακευτική ένωση.
Ως ισχυρό αντιοξειδωτικό, η κουρκουμίνη αυξάνει τη δραστηριότητα στον ορό των αντιοξειδωτικών όπως η δισμουτάση του υπεροξειδίου (SOD) και σαρώνει και εξουδετερώνει τις ελεύθερες ρίζες όπως τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου και αζώτου (ROS και RNS). Επιπλέον, ενισχύει τη δραστηριότητα των αντιοξειδωτικών ενζύμων του σώματος. Η κουρκουμίνη είναι επίσης γνωστό ότι μειώνει τις καρδιακές παθήσεις και βελτιώνει τη λειτουργία του εγκεφάλου. Λόγω αυτών των πολλαπλών ευεργετικών φαρμακευτικών ιδιοτήτων, η κουρκουμίνη χρησιμοποιείται ευρέως ως μπαχαρικό, συμπλήρωμα και φάρμακο.
Υπερήχων υγρό αντιδιαλύτη κατακρήμνιση
Η κατακρήμνιση υγρού αντιδιαλύτη υπερήχων (LAS) είναι μια απλή και ταχεία τεχνική σύνθεσης ενός δοχείου για την παραγωγή νανοσωματιδίων κουρκουμίνης με ορθορομβική υπερδομή. Η υπερηχητική κατακρήμνιση κατά του διαλύτη είναι μια απλή, γρήγορη και επεκτάσιμη διαδικασία, η οποία επιτρέπει την κατακρήμνιση κουρκουμίνης υψηλής ποιότητας στη φαρμακευτική βιομηχανία και τη βιομηχανία τροφίμων.
Υποθετικός μηχανισμός σχηματισμού υπερσωματιδίων κουρκουμίνης απουσία και παρουσία υπερήχων χωρίς σταθεροποιητές. Εικόνα © 2014 Thorat et al.
Πρωτόκολλο καθίζησης υπερήχων:
Για την τελική καταβύθιση σωματιδίων κουρκουμίνης, ένα οργανικό διάλυμα κουρκουμίνης σε αιθανόλη (5 mg / mL) προστίθεται σε 100mL νερού που περιέχει επιφανειοδραστική ουσία (0,02 wt% σε νερό) ή χωρίς επιφανειοδραστική ουσία. Ως δοχείο αντίδρασης, χρησιμοποιείται γυάλινο δοχείο με επένδυση όγκου περίπου 500mL, διαμέτρου 7cm και αναλογίας L/D 1,7. Η θερμοκρασία του μείγματος διατηρείται συνεχώς στους 1ºC. Για τη διαδικασία καθίζησης υπερήχων, το sonotrode του ομογενοποιητή υπερήχων όπως το UP200Ht ή UP200St εξοπλισμένο με S26d14 sonotrode βυθίζεται στο μίγμα διαλύτη-αντιδιαλύτη. Σε ρύθμιση πλάτους 100% και 10min. υπερήχηση, το μείγμα διασκορπίστηκε.
Ο χρόνος υπερήχων επιτρέπει τον χειρισμό του πολυμορφισμού των κρυστάλλων κουκουμίνης. Όταν η διάρκεια υπερήχων παρατείνεται, αυξάνεται το ποσοστό των ορθορομβικών σωματιδίων. Αυτό δείχνει ότι η αύξηση της υπερηχητικής ενέργειας διευκολύνει το σχηματισμό ορθορομβικής μορφής πάνω από τη μονοκλινική μορφή, ανεξάρτητα από το χρησιμοποιούμενο πρόσθετο.
[πρβλ. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW υπερήχων επεξεργαστή για κατακρήμνιση API
Βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα με υπερήχων ενθυλάκωση
Δεδομένου ότι η κουρκουμίνη είναι λιπόφιλο μόριο και ελάχιστα διαλυτό στο νερό (= υδρόφοβο), έχει χαμηλή συστηματική βιοδιαθεσιμότητα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να παρασκευαστούν σκευάσματα κουρκουμίνης που ενισχύουν τη βιοδιαθεσιμότητά της. Για την παρασκευή υδατικών διαλυμάτων κουρκουμίνης, προστίθενται επιφανειοδραστικές ουσίες, λιπίδια, αλβουμίνες, κυκλοδεξτρίνες, βιοπολυμερή κ.λπ., προκειμένου να ενθυλακωθούν ή να φορτωθούν τα μόρια κουρκουμίνης σε λιποσώματα, νανοσωματίδια και άλλους φορείς φαρμάκων.
Υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για τη διαμόρφωση φορέων φαρμάκων όπως: λιποσώματα, πυρήνας-κέλυφος νανοσωματίδια, βιοπολυμερή και διπλά γαλακτώματα! Βρείτε παρακάτω ένα υποδειγματικό πρωτόκολλο για την υπερηχητική ενθυλάκωση της κουρκουμίνης.
Πρωτόκολλο ενθυλάκωσης υπερήχων κουρκουμίνης:
Νανοσωματίδια πολυγαλακτικού-συν-γλυκολικού οξέος (PLGA) φορτωμένα με κουρκουμίνη
- Πρώτον, το πολυμερές PLGA διαλύεται σε οξικό αιθυλεστέρα. Η κουρκουμίνη (15% w/w) προστίθεται και αφήνεται να διαλυθεί ενώ στροβιλίζεται το διάλυμα κατά διαστήματα.
- Το μίγμα στερεού σε έλαιο προστίθεται σε υδατική φάση PVA (w/v) για να σχηματίσει γαλάκτωμα S-O/W. Στη συνέχεια, το διάλυμα του φαρμάκου / πολυμερούς σε PVA στροβιλίζεται στις 8.000 σ.α.λ.
- Το προκύπτον διάλυμα υποβάλλεται σε υπερήχους για περίπου 300sec σε πλάτος 45% με έναν ομογενοποιητή υπερήχων όπως UP200Ht ή UP200St (200W, 26kHz). Αμέσως μετά την κατεργασία με υπερήχους, το γαλάκτωμα χύνεται στην υδατική φάση (0,1% PVA σε νερό, 200mL) για διάχυση υπό ταχεία ανάδευση με μαγνητικό αναδευτήρα.
- Αυτό το κολλοειδές εναιώρημα αναδεύεται συνεχώς με μαγνητικό αναδευτήρα μέχρι να ολοκληρωθεί η εξάτμιση του διαλύτη. Στη συνέχεια, τα νανοσωματίδια συλλέγονται με φυγοκέντρηση, πλένονται 3 φορές με απεσταγμένο νερό Milli Q. Τέλος, επαναιωρούνται σε κρυοπροστατευτικό διάλυμα (σακχαρόζη (2% w/w) και τρεχαλόζη (5% w/w)), ξηραίνονται σε σύστημα λυοφιλοποιητή ATR FD3.0 και μπορούν να αποθηκευτούν στους 4°C για τουλάχιστον 6 μήνες.
[πρβλ. Ranjan et al. 2012]
Υπερήχων επεξεργαστές για κατακρήμνιση κουρκουμίνη και διατύπωση
Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει υψηλής απόδοσης υπερήχων εξοπλισμού για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων (π.χ. API) και την εκχύλιση των βοτανικών ενώσεων. Η γκάμα των προϊόντων μας περιλαμβάνει εξελιγμένο εργαστήριο, πάγκο-top και βιομηχανική υπερήχων, η οποία επιτρέπει την ανάπτυξη εφαρμογών από μικρή έως εμπορική κλίμακα. Όλα τα αποτελέσματα που λαμβάνονται σε εργαστηριακές και πιλοτικές δοκιμές μπορούν να κλιμακωθούν πλήρως γραμμικά σε επίπεδο εμπορικής παραγωγής. Όλα τα συστήματα είναι κατασκευασμένα για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία, στιβαρά και εύχρηστα.
Η σειρά UIPxxxxhdT αγκαλιάζει τα βιομηχανικά μας συστήματα υπερήχων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πάγκο-κορυφή, βελτιστοποίηση διαδικασίας και βιομηχανική παραγωγή. Τα βιομηχανικά μας συστήματα διατίθενται ως 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500 W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) και 16.000W (UIP16000, παγκοσμίως πιο ισχυρός υπερήχων). Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να λειτουργούν συνεχώς 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα σε πολύ υψηλά πλάτη έως 200μm. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, Hielscher προσφέρει προσαρμοσμένες υπερήχων sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει μια αξιόπιστη λειτουργία όλο το εικοσιτετράωρο σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Για όλα τα υπερηχητικά μας συστήματα, προσφέρουμε ένα ευρύ φάσμα εξαρτημάτων όπως sonotrodes, ενισχυτικά κέρατα, κύτταρα ροής και αντιδραστήρες πολλαπλών μεγεθών, σχημάτων και γεωμετριών. Με αυτά τα εργαλεία, γίνεται εύκολα δυνατή η βέλτιστη προσαρμογή των επεξεργαστών υπερήχων μας στις απαιτούμενες συνθήκες διαδικασίας.
Για βροχόπτωση και σύνθεση από κάτω προς τα πάνω, Hielscher προσφέρει ένα μοναδικό ένθετο κυττάρων ροής – Ο ΠολυφασικόCavitator MPC48. Με το MultiPhaseCavitator, η δεύτερη φάση (αντι-διαλύτης) εγχέεται μέσω 48 λεπτών canulas απευθείας στη ζώνη σπηλαίωσης υπερήχων, όπου αναμιγνύεται μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου στην πρώτη φάση. Ως αποτέλεσμα, κατακρημνίζονται ομοιογενή νανοσωματίδια.
Ισχυρή υπερήχηση από εργαστήριο και πάγκο-top στη βιομηχανική παραγωγή.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Hewlings, S.J.; Kalman, DS (2017): Κουρκουμίνη: Μια ανασκόπηση των επιπτώσεών της στην ανθρώπινη υγεία. Τρόφιμα. 2017 Οκτ; 6(10): 92.
- Thorat, Α.Α.; Dalvi, S.V. (2014): Οδοί σχηματισμού σωματιδίων και πολυμορφισμός της κουρκουμίνης που προκαλείται από υπερήχους και πρόσθετα κατά τη διάρκεια κατακρήμνισης υγρών αντιδιαλυτών. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, Α.Ρ.; Mukerjee, Α.; Helson, Λ.; Vishwanatha, J.K: (2012): Κλιμάκωση, βελτιστοποίηση και ανάλυση σταθερότητας νανοσωματιδίων με σύνθετο φορτίο κουρκουμίνης C3 για τη θεραπεία του καρκίνου. Εφημερίδα της νανοβιοτεχνολογίας 2012, 10:38.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
κουρκουμίνη
Η κουρκουμίνη είναι μια χημική ένωση κίτρινου χρώματος που βρίσκεται στον κουρκουμά. Ο κουρκουμάς είναι ένα ριζωματώδες ποώδες πολυετές φυτό (Curcuma longa) της οικογένειας τζίντζερ. Η κουρκουμίνη είναι μια πολυφαινόλη που εξάγεται από τα ριζώματα και χρησιμοποιείται ευρέως ως μπαχαρικό. Ανάλογα με την προέλευσή του και τις εδαφολογικές συνθήκες όπου καλλιεργείται, ο κουρκουμάς περιέχει 2%-9% κουρκουμινοειδή. Η κουρκουμίνη είναι το κύριο κουρκουμινοειδές του κουρκουμά (Curcuma longa, Zingiberaceae). Χρησιμοποιείται ως συμπλήρωμα, φαρμακευτική ένωση, πρόσθετο χρωστικής γεύσης τροφίμων καθώς και καλλυντικό συστατικό.
Μια καθαρισμένη μορφή κουρκουμίνης, η οποία αποτελείται μόνο από τα ακόλουθα τρία κύρια συστατικά – κουρκουμίνη, bisdemethoxycurcumin και demethoxycurcumin – αναφέρεται επίσης ως σύμπλεγμα κουρκουμίνης C3. Η καθαρή κουρκουμίνη μπορεί να διαχωριστεί από το μείγμα C3 κουρκουμίνης, δισδεμεθοξυκουρκουμίνης και απομεθοξυκουρκουμίνης με χρωματογραφία στήλης.
Όσον αφορά τις φαρμακολογικές της ιδιότητες, η καθαρή, μη τροποποιημένη κουρκουμίνη έχει ένα μεγάλο πρόβλημα: Λόγω της κακής υδατοδιαλυτότητας και συνεπώς της κακής βιοδιαθεσιμότητας, η μη τροποποιημένη κουρκουμίνη δεν μπορεί να αναδιπλώσει τα θεραπευτικά της αποτελέσματα, αλλά μεταβολίζεται γρήγορα στο ήπαρ και το εντερικό τοίχωμα. Για να ξεπεραστεί ο χαμηλός ρυθμός απορρόφησης της κουρκουμίνης, τα ενεργά μόρια ενθυλακώνονται σε νανοφορείς (π.χ. λιποσώματα, νανοσφαιρίδια) ή φορτωμένα σε νανοσύμπλοκα (π.χ. νανοσωματίδια, σύμπλοκα φωσφολιπιδίων, κυκλοδεξτρίνων και στερεών διασπορών). Επιπλέον, η βιοδιαθεσιμότητα της κουρκουμίνης μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 2000% όταν η δοσολογία της συνδυάζεται με πιπερίνη, η οποία είναι εκχύλισμα μαύρου πιπεριού.
Λόγω αυτών των γεγονότων, η νανο-διαμορφωμένη κουρκουμίνη (νανοκουρκουμίνη) είναι η προτιμώμενη δοσολογική μορφή κουρκουμίνης, καθώς η κουρκουμίνη σε νανομορφή ξεπερνά τα προαναφερθέντα προβλήματα παράδοσης φαρμάκων. Η νανοκουρκουμίνη μπορεί να αναδιπλώσει τις θεραπευτικές της ιδιότητες λόγω της βελτιωμένης παράδοσης στον άρρωστο ιστό, της καλύτερης εσωτερίκευσης και της μειωμένης συστηματικής εξάλειψης.
Η κουρκουμίνη διατίθεται σε πολλαπλές μορφές παράδοσης, όπως σκόνες, κάψουλες, δισκία, αλοιφές, θρεπτικά ποτά και καλλυντικές κρέμες.
Ιατρικές εφαρμογές της κουρκουμίνης
Η κουρκουμίνη έχει διερευνηθεί ευρέως για τις πολλαπλές μορφές χρήσης της στην ιατρική και τη διατροφή. Έρευνες έχουν δείξει ότι η κουρκουμίνη έχει υψηλή αντιοξειδωτική δράση, η οποία προκαλεί απόπτωση των κυττάρων, αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, την αντικυτταρική προσκόλληση και κινητικότητα και προσφέρει αντι-αγγειογένεση και αντιμικροβιακές ιδιότητες. Λόγω αυτών των επιδράσεων, η κουρκουμίνη εφαρμόζεται ως φάρμακο για τη θεραπεία διαφόρων φλεγμονωδών ασθενειών, καρκίνων, νευροεκφυλιστικών ασθενειών, καρδιαγγειακών παθήσεων καθώς και διαβήτη.
Υπερηχητικά παρασκευασμένες νανο-χορηγητικές μορφές της κουρκουμίνης για ιατρική θεραπεία περιλαμβάνουν νανοσωματίδια, λιποσώματα, μικκύλια, νανογαλακτώματα, σύμπλοκα κυκλοδεξτρίνης, νανοδίσκους, νανοΐνες, νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων και συζεύγματα κουρκουμίνης. Αυτές οι μορφές δοσολογίας νανο-μεγέθους ξεπερνούν την κακή βιοδιαθεσιμότητα της κουρκουμίνης και επιτρέπουν τη στοχευμένη και αποτελεσματική παράδοση ενός εξαιρετικά ισχυρού φαρμάκου κουρκουμίνης.
Χημική δομή κουρκουμίνης
Η κουρκουμίνη είναι ένα συμμετρικό μόριο, επίσης γνωστό ως diferuloyl μεθάνιο. Η ονομασία IUPAC της κουρκουμίνης είναι(1E,6E)-1,7-δις(4-υδροξυ-3-μεθοξυφαινυλο)-1,6-επταδιενο-3,5-διόνη, με χημικό τύπο C21H20O6. Οι κρύσταλλοι κουρκουμίνης μπορούν να εμφανιστούν σε διαφορετικά σχήματα, όπως μονοκλινικά (ακουστικά), ορθορομβικά (σαν κόκκους ρυζιού) και άμορφη μορφή.