Precipitación ultrasónica de superpartículas de curcumina
- Dado que la cúrcuma sólo contiene entre un 2 y un 9% en peso de curcuminoides, es necesaria una técnica de extracción o síntesis eficaz para obtener un polvo médicamente potente.
- La precipitación antisolvente asistida por ultrasonidos es un método muy eficaz para sintetizar partículas de curcumina.
- La precipitación ultrasónica antisolvente puede ampliarse fácilmente para la producción de grandes cantidades de curcumina de alta calidad.
curcumina
La curcumina, un polifenol, es un fármaco poco soluble en agua que se encuentra en la especia cúrcuma (Cúrcuma longa). Posee antioxidantes muy potentes y es conocida por sus propiedades antiinflamatorias, anticancerígenas, antifúngicas y antimicrobianas. Especialmente por su amplia gama de actividades quimiopreventivas y quimioterapéuticas, la curcumina se utiliza como compuesto farmacológico preferente.
Como potente antioxidante, la curcumina aumenta la actividad sérica de antioxidantes como la superóxido dismutasa (SOD) y elimina y neutraliza radicales libres como las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (ROS y RNS). Además, potencia la actividad de las enzimas antioxidantes del propio organismo. También se sabe que la curcumina reduce las enfermedades cardiacas y mejora la función cerebral. Debido a estas múltiples propiedades medicinales beneficiosas, la curcumina se utiliza ampliamente como especia, suplemento y medicamento.
Precipitación ultrasónica de líquidos antisolventes
La precipitación con líquido antisolvente (LAS) asistido por ultrasonidos es una técnica de síntesis sencilla y rápida de un solo paso para producir nanopartículas de curcumina con superestructura ortorrómbica. La precipitación antisolvente ultrasónica es un proceso sencillo, rápido y escalable, que permite la precipitación de curcumina de alta calidad en la industria farmacéutica y alimentaria.
Mecanismo hipotético de formación de superpartículas de curcumina en ausencia y presencia de ultrasonidos sin estabilizadores. Fotografía © 2014 Thorat et al.
Protocolo de precipitación ultrasónica:
Para la precipitación ultrasónica de las partículas de curcumina, se añade una solución orgánica de curcumina en etanol (5 mg/mL) en 100mL de agua con tensioactivo (0,02 wt% en agua) o sin tensioactivo. Como recipiente de reacción, se utiliza un recipiente de vidrio encamisado de aproximadamente 500mL de volumen, 7cm de diámetro y una relación L/D de 1,7. La temperatura de la mezcla se mantiene constantemente a 1ºC. Para el proceso de precipitación ultrasónica, se utiliza el sonotrodo del homogeneizador ultrasónico como el UP200Ht o UP200St equipado con un sonotrodo S26d14 se sumerge en la mezcla de disolvente y antisolvente. Con un ajuste de amplitud del 100% y 10 minutos de sonicación, la mezcla se dispersa.
El tiempo de sonicación permite manipular el polimorfismo de los cristales de cucrcumina. Cuando se prolonga la duración de la sonicación, aumenta el porcentaje de partículas ortorrómbicas. Esto indica que un aumento de la energía ultrasónica facilita la formación de la forma ortorrómbica frente a la monoclínica, independientemente del aditivo utilizado.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – Procesador ultrasónico de 1 kW para la precipitación de API
Biodisponibilidad mejorada mediante encapsulación ultrasónica
Dado que la curcumina es una molécula lipofílica y poco soluble en agua (= hidrofóbica), su biodisponibilidad sistémica es baja. Por lo tanto, es necesario preparar formulaciones de curcumina que mejoren su biodisponibilidad. Para preparar soluciones acuosas de curcumina, se añaden tensioactivos, lípidos, albúminas, ciclodextrinas, biopolímeros, etc., con el fin de encapsular o cargar las moléculas de curcumina en liposomas, nanopartículas y otros portadores de fármacos.
La ultrasonicación es una técnica muy eficaz y fiable para formular portadores de fármacos tales como liposomas, core-shell nanopartículasbiopolímeros y emulsiones dobles¡! A continuación encontrará un protocolo ejemplar para la encapsulación ultrasónica de la curcumina.
Protocolo de encapsulación ultrasónica de la curcumina:
Nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) cargadas con curcumina
- En primer lugar, se disuelve el polímero PLGA en acetato de etilo. Se añade curcumina (15% p/p) y se deja disolver mientras se agita la solución en vórtex de forma intermitente.
- La mezcla de sólido en aceite se añade a una fase acuosa de PVA (p/v) para formar una emulsión S-O/W. A continuación, la solución del fármaco/polímero en PVA se agita en vórtex a 8.000 rpm.
- La solución resultante se somete a sonicación durante unos 300 segundos a una amplitud del 45% con un homogeneizador ultrasónico del tipo UP200Ht o UP200St (200W, 26kHz). Inmediatamente después de la sonicación, la emulsión se vierte en la fase acuosa (0,1% de PVA en agua; 200mL) para su difusión bajo agitación rápida con un agitador magnético.
- Esta suspensión coloidal se agita continuamente con un agitador magnético hasta que se completa la evaporación del disolvente. A continuación, se recogen las nanopartículas por centrifugación, se lavan 3 veces con agua destilada Milli Q. Por último, se resuspenden en una solución crioprotectora (sacarosa (2% p/p) y trehalosa (5% p/p)), se secan en un sistema liofilizador ATR FD3.0 y pueden almacenarse a 4°C durante al menos 6 meses.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Procesadores ultrasónicos para la precipitación y formulación de curcumina
Hielscher Ultrasonics ofrece equipos de ultrasonidos de alto rendimiento para la síntesis de nanopartículas (por ejemplo, API) y la extracción de compuestos botánicos. Nuestra gama de productos incluye sofisticados ultrasonicadores de laboratorio, de sobremesa e industriales, que permiten el desarrollo de aplicaciones desde pequeña escala hasta escala comercial. Todos los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio y piloto pueden escalarse de forma completamente lineal a nivel de producción comercial. Todos los sistemas están diseñados para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, son robustos y fáciles de usar.
La serie UIPxxxxhdT engloba nuestros sistemas de ultrasonidos de calidad industrial, que pueden utilizarse en bancos de trabajo, en la optimización de procesos y en la producción industrial. Nuestros sistemas industriales están disponibles como 500 W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) y 16.000 W (UIP16000, el ultrasonido más potente del mundo). Hielscher Ultrasonidos’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden funcionar continuamente las 24 horas del día, los 7 días de la semana, a amplitudes muy elevadas de hasta 200µm. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento fiable las 24 horas del día en entornos exigentes.
Para todos nuestros sistemas de ultrasonidos, ofrecemos una amplia gama de accesorios como sonotrodos, bocinas de refuerzo, celdas de flujo y reactores de múltiples tamaños, formas y geometrías. Con estas herramientas, resulta fácil adaptar nuestros procesadores ultrasónicos de forma óptima a las condiciones de proceso requeridas.
Para la precipitación y la síntesis ascendente, Hielscher ofrece un inserto de celda de flujo único – El MultiFaseCavitador MPC48. Con el MultiPhaseCavitator, la segunda fase (antisolvente) se inyecta a través de 48 finas cánulas directamente en la zona de cavitación ultrasónica, donde se mezcla en milisegundos con la primera fase. Como resultado, se precipitan nanopartículas homogéneas.
Potente sonicación desde el laboratorio y la sobremesa hasta la producción industrial.
Literatura/Referencias
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: Una revisión de sus' efectos en la salud humana. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Vías de formación de partículas y polimorfismo de la curcumina inducidos por ultrasonidos y aditivos durante la precipitación líquida antisolvente. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Escalado, optimización y análisis de estabilidad de nanopartículas cargadas con el complejo C3 de curcumina para la terapia del cáncer. Revista de Nanobiotecnología 2012, 10:38.
Información interesante
curcumina
La curcumina es un compuesto químico de color amarillo que se encuentra en la cúrcuma. La cúrcuma es una planta herbácea perenne rizomatosa (Cúrcuma longa) de la familia del jengibre. La curcumina es un polifenol que se extrae de los rizomas y se utiliza ampliamente como especia. Dependiendo de su origen y de las condiciones del suelo donde se cultiva, la cúrcuma contiene entre un 2% y un 9% de curcuminoides. La curcumina es el principal curcuminoide de la cúrcuma (Cúrcuma longa, Zingiberáceas). Se utiliza como suplemento, compuesto medicinal, aditivo colorante aromatizante de alimentos, así como ingrediente cosmético.
Una forma purificada de curcumina, que consta únicamente de los tres componentes principales siguientes – curcumina, bisdemetoxicurcumina y demetoxicurcumina – también se denomina complejo C3 de curcumina. La curcumina pura puede separarse de la mezcla C3 de curcumina, bisdemetoxi curcumina y demetoxi curcumina mediante cromatografía en columna.
En cuanto a sus propiedades farmacológicas, la curcumina pura no modificada tiene un gran problema: debido a su escasa hidrosolubilidad y, por tanto, a su escasa biodisponibilidad, la curcumina no modificada no puede desplegar sus efectos terapéuticos, sino que se metaboliza rápidamente en el hígado y la pared intestinal. Para superar la baja tasa de absorción de la curcumina, las moléculas activas se encapsulan en nanotransportadores (p. ej. liposomasnanoesferas) o cargados en nanocomplejos (p. ej. nanopartículas(complejos de fosfolípidos, ciclodextrinas y dispersiones sólidas). Además, la biodisponibilidad de la curcumina puede aumentar aproximadamente un 2000% si se combina con piperina, un extracto de pimienta negra.
Debido a estos hechos, la curcumina nanoformulada (nanocurcumina) es la forma de dosificación preferida de la curcumina, ya que la curcumina en nanoforma supera los problemas de administración de fármacos antes mencionados. La nanocurcumina puede potenciar sus propiedades terapéuticas gracias a una mejor administración en el tejido enfermo, una mejor internalización y una menor eliminación sistémica.
La curcumina está disponible en múltiples formas de administración: polvos, cápsulas, comprimidos, pomadas, bebidas nutritivas y cremas cosméticas.
Aplicaciones médicas de la curcumina
La curcumina se ha investigado ampliamente por sus múltiples formas de uso en medicina y nutrición. Las investigaciones han demostrado que la curcumina tiene una elevada actividad antioxidante, que induce la apoptosis celular, inhibe la proliferación celular, antiadhesión y motilidad celular, y ofrece propiedades antiangiogénicas y antimicrobianas. Debido a estos efectos, la curcumina se aplica como fármaco para tratar diversas enfermedades inflamatorias, cánceres, enfermedades neurodegenerativas, enfermedades cardiovasculares, así como la diabetes.
Formas nanoadministradoras preparadas por ultrasonidos de curcumina para terapia médica incluyen nanopartículas, liposomas, micelas, nanoemulsiones, complejos de ciclodextrina, nanodiscos, nanofibras, nanopartículas lipídicas sólidas y conjugados de curcumina. Estas formas de dosificación nanométricas superan la escasa biodisponibilidad de la curcumina y permiten la administración selectiva y eficaz de un fármaco muy potente.
Estructura química de la curcumina
La curcumina es una molécula simétrica, también conocida como diferuloilmetano. El nombre IUPAC de la curcumina es(1E,6E)-1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-heptadieno-3,5-diona, con fórmula química C21H20O6. Los cristales de curcumina pueden tener diferentes formas, como monoclínica (acicular), ortorrómbica (parecida a un grano de arroz) y amorfa.