Καταβύθιση υπερσωματιδίων κουρκουμίνης με υπερήχους

• Επειδή ο κουρκουμάς περιέχει μόνο 2–9 wt% κουρκουμινοειδών, απαιτείται μια αποδοτική τεχνική εκχύλισης ή σύνθεσης για τη λήψη σκόνης με ισχυρή φαρμακευτική δράση.
• Η υποβοηθούμενη από υπερήχους καταβύθιση με αντιδιαλύτη είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική μέθοδος σύνθεσης σωματιδίων κουρκουμίνης.
• Η καταβύθιση με αντιδιαλύτη μέσω υπερήχων μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων κουρκουμίνης υψηλής ποιότητας.

Κουρκουμίνη

Η κουρκουμίνη, μια πολυφαινόλη, είναι μια δυσδιάλυτη στο νερό φαρμακευτική ουσία που απαντά στο φυτικό μπαχαρικό κουρκουμά (Curcuma longa). Περιέχει ιδιαίτερα ισχυρά αντιοξειδωτικά και είναι γνωστή για τις αντιφλεγμονώδεις, αντικαρκινικές, αντιμυκητιακές και αντιμικροβιακές ιδιότητές της. Η κουρκουμίνη χρησιμοποιείται ως προτιμώμενη φαρμακευτική ένωση, ιδίως λόγω του ευρέος φάσματος χημειοπροληπτικών και χημειοθεραπευτικών δράσεών της.
Ως ισχυρό αντιοξειδωτικό, η κουρκουμίνη αυξάνει τη δραστικότητα αντιοξειδωτικών στον ορό, όπως η δισμουτάση του υπεροξειδίου (SOD), και δεσμεύει και εξουδετερώνει ελεύθερες ρίζες, όπως οι δραστικές μορφές οξυγόνου και αζώτου (ROS και RNS). Επιπλέον, ενισχύει τη δραστικότητα των ενδογενών αντιοξειδωτικών ενζύμων του οργανισμού. Η κουρκουμίνη είναι επίσης γνωστό ότι μειώνει τις καρδιοπάθειες και βελτιώνει την εγκεφαλική λειτουργία. Λόγω αυτών των πολυάριθμων ευεργετικών φαρμακευτικών ιδιοτήτων, η κουρκουμίνη χρησιμοποιείται ευρέως ως μπαχαρικό, συμπλήρωμα και φάρμακο.

Καταβύθιση με υγρό αντιδιαλύτη μέσω υπερήχων

Η υποβοηθούμενη από υπερήχους καταβύθιση με υγρό αντιδιαλύτη (LAS) είναι μια απλή και ταχεία τεχνική σύνθεσης σε ένα μόνο δοχείο για την παραγωγή νανοσωματιδίων κουρκουμίνης με ορθορομβική υπερδομή. Η καταβύθιση με αντιδιαλύτη μέσω υπερήχων είναι μια απλή, γρήγορη και κλιμακώσιμη διεργασία, η οποία επιτρέπει την καταβύθιση κουρκουμίνης υψηλής ποιότητας στη φαρμακευτική βιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων.

Υποθετικός μηχανισμός σχηματισμού υπερσωματιδίων κουρκουμίνης απουσία και παρουσία υπερήχων, χωρίς σταθεροποιητές. Εικόνα © 2014 Thorat et al.

Πρωτόκολλο καταβύθισης με υπερήχους:

Για την καταβύθιση σωματιδίων κουρκουμίνης με υπερήχους, ένα οργανικό διάλυμα κουρκουμίνης σε αιθανόλη (5 mg/mL) προστίθεται σε 100mL νερού που περιέχει επιφανειοδραστική ουσία (0,02 wt% στο νερό) ή σε νερό χωρίς επιφανειοδραστική ουσία. Ως δοχείο αντίδρασης χρησιμοποιείται γυάλινο δοχείο με μανδύα, όγκου περίπου 500mL, διαμέτρου 7cm και λόγου L/D 1,7. Η θερμοκρασία του μείγματος διατηρείται σταθερά στους 1ºC. Για τη διεργασία καταβύθισης με υπερήχους, το ηχοτρόδιο ενός ομογενοποιητή υπερήχων, όπως ο UP200Ht ή ο UP200St , ο οποίος είναι εξοπλισμένος με ηχοτρόδιο S26d14, βυθίζεται στο μείγμα διαλύτη–αντιδιαλύτη. Με ρύθμιση πλάτους στο 100% και κατεργασία με υπερήχους διάρκειας 10min., το μείγμα διασπείρεται.
Ο χρόνος κατεργασίας με υπερήχους επιτρέπει τον έλεγχο του πολυμορφισμού των κρυστάλλων κουρκουμίνης. Όταν παρατείνεται η διάρκεια της κατεργασίας με υπερήχους, αυξάνεται το ποσοστό των ορθορομβικών σωματιδίων. Αυτό υποδηλώνει ότι η αύξηση της ενέργειας των υπερήχων ευνοεί τον σχηματισμό της ορθορομβικής μορφής έναντι της μονοκλινούς, ανεξάρτητα από το πρόσθετο που χρησιμοποιείται.
[πρβλ. Thorat et al. 2014]

Βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα μέσω ενθυλάκωσης με υπερήχους

Επειδή η κουρκουμίνη είναι λιπόφιλο μόριο και δυσδιάλυτη στο νερό (= υδρόφοβη), έχει χαμηλή συστηματική βιοδιαθεσιμότητα. Επομένως, είναι απαραίτητη η παρασκευή σκευασμάτων κουρκουμίνης που ενισχύουν τη βιοδιαθεσιμότητά της. Για την παρασκευή υδατικών διαλυμάτων κουρκουμίνης, προστίθενται επιφανειοδραστικές ουσίες, λιπίδια, λευκωματίνες, κυκλοδεξτρίνες, βιοπολυμερή κ.λπ., ώστε τα μόρια κουρκουμίνης να ενθυλακωθούν ή να φορτωθούν σε λιποσώματα, νανοσωματίδια και άλλους φορείς φαρμάκων.
Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική και αξιόπιστη τεχνική για την παρασκευή φορέων φαρμάκων, όπως λιποσώματα, νανοσωματίδια τύπου πυρήνα–κελύφους, βιοπολυμερή και διπλά γαλακτώματα! Παρακάτω παρατίθεται ένα ενδεικτικό πρωτόκολλο για την ενθυλάκωση κουρκουμίνης με υπερήχους.

Πρωτόκολλο ενθυλάκωσης κουρκουμίνης με υπερήχους:

Νανοσωματίδια συμπολυμερούς γαλακτικού και γλυκολικού οξέος (PLGA) φορτωμένα με κουρκουμίνη

1. Αρχικά, το πολυμερές PLGA διαλύεται σε οξικό αιθυλεστέρα. Προστίθεται κουρκουμίνη (15% w/w) και αφήνεται να διαλυθεί, ενώ το διάλυμα αναδεύεται κατά διαστήματα με αναδευτήρα τύπου vortex.
2. Το μείγμα στερεού σε έλαιο προστίθεται σε υδατική φάση PVA (w/v) για να σχηματιστεί γαλάκτωμα S-O/W. Στη συνέχεια, το διάλυμα φαρμάκου/πολυμερούς σε PVA υποβάλλεται σε περιδίνηση στις 8.000 rpm.
3. Το προκύπτον διάλυμα υποβάλλεται σε κατεργασία με υπερήχους για περίπου 300sec σε πλάτος ταλάντωσης 45% με ομογενοποιητή υπερήχων όπως ο UP200Ht ή ο 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.
4. Αυτό το κολλοειδές εναιώρημα αναδεύεται συνεχώς με μαγνητικό αναδευτήρα μέχρι να ολοκληρωθεί η εξάτμιση του διαλύτη. Στη συνέχεια, τα νανοσωματίδια συλλέγονται με φυγοκέντρηση και 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 λυοφιλίωσης ATR FD3.0 και μπορούν να αποθηκευτούν στους 4°C για τουλάχιστον 6 μήνες.

[πρβλ. Ranjan et al. 2012]

Επεξεργαστές υπερήχων για κατακρήμνιση και παρασκευή σκευασμάτων κουρκουμίνης

Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει εξοπλισμό υπερήχων υψηλών επιδόσεων για τη σύνθεση νανοσωματιδίων (π.χ. δραστικών φαρμακευτικών ουσιών, APIs) και την εκχύλιση φυτικών ενώσεων. Η γκάμα των προϊόντων μας περιλαμβάνει εξελιγμένες εργαστηριακές, επιτραπέζιες και βιομηχανικές συσκευές υπερήχων, επιτρέποντας την ανάπτυξη εφαρμογών από μικρή έως εμπορική κλίμακα. Όλα τα αποτελέσματα που προκύπτουν από εργαστηριακές δοκιμές και δοκιμές πιλοτικής κλίμακας μπορούν να κλιμακωθούν πλήρως γραμμικά στο επίπεδο της εμπορικής παραγωγής. Όλα τα συστήματα είναι κατασκευασμένα για λειτουργία 24/7, είναι ανθεκτικά και εύχρηστα.
Η σειρά UIPxxxxhdT περιλαμβάνει τα συστήματα υπερήχων βιομηχανικών προδιαγραφών μας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές σε επιτραπέζια κλίμακα, βελτιστοποίηση διεργασιών και βιομηχανική παραγωγή. Τα βιομηχανικά μας συστήματα διατίθενται σε 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) και 16.000W (UIP16000, η ισχυρότερη συσκευή υπερήχων παγκοσμίως). Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics μπορούν να λειτουργούν συνεχώς 24/7 σε πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης, η Hielscher προσφέρει εξατομικευμένα ηχοτρόδια υπερήχων. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει αξιόπιστη λειτουργία όλο το εικοσιτετράωρο υπό συνθήκες βαριάς καταπόνησης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Για όλα τα συστήματα υπερήχων μας, προσφέρουμε ένα ευρύ φάσμα παρελκομένων, όπως ηχοτρόδια, ενισχυτικές χοάνες, κυψελίδες ροής και αντιδραστήρες διαφόρων μεγεθών, σχημάτων και γεωμετριών. Με αυτά τα εργαλεία, καθίσταται εύκολη η βέλτιστη προσαρμογή των επεξεργαστών υπερήχων μας στις απαιτούμενες συνθήκες διεργασίας.
Για κατακρήμνιση και σύνθεση από κάτω προς τα πάνω, η Hielscher προσφέρει ένα μοναδικό ένθετο κυψελίδας ροής – το MultiPhaseCavitator MPC48. Με το MultiPhaseCavitator, η δεύτερη φάση (αντιδιαλύτης) εγχέεται μέσω 48 λεπτών σωληνίσκων απευθείας στη ζώνη σπηλαίωσης υπερήχων, όπου αναμειγνύεται μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου με την πρώτη φάση. Ως αποτέλεσμα, κατακρημνίζονται ομοιογενή νανοσωματίδια.