رسوب‌دهی فراصوتی ابرذرات کورکومین
- از آنجا که زردچوبه تنها حاوی 2–9 wt% کورکومینوئید است، برای دستیابی به پودری با اثربخشی دارویی بالا، استفاده از روشی کارآمد برای استخراج یا سنتز ضروری است.
- رسوب‌دهی با ضدحلال به کمک فراصوت، روشی بسیار کارآمد برای سنتز ذرات کورکومین است.
- رسوب‌دهی فراصوتی با ضدحلال را می‌توان به‌آسانی برای تولید مقادیر زیاد کورکومین باکیفیت، افزایش مقیاس داد.
کورکومین
کورکومین، از گروه پلی‌فنول‌ها، ماده‌ای دارویی با حلالیت کم در آب است که در ادویهٔ گیاهی زردچوبه (Curcuma longa) یافت می‌شود. این ماده دارای آنتی‌اکسیدان‌های بسیار قوی است و به خواص ضدالتهابی، ضدسرطانی، ضدقارچی و ضدمیکروبی خود شناخته می‌شود. کورکومین به‌ویژه به‌دلیل طیف گستردهٔ فعالیت‌های پیشگیری شیمیایی و شیمی‌درمانی، به‌عنوان ترکیب دارویی ترجیحی استفاده می‌شود.
کورکومین به‌عنوان یک آنتی‌اکسیدان قوی، فعالیت سرمی آنتی‌اکسیدان‌هایی مانند سوپراکسید دیسموتاز (SOD) را افزایش می‌دهد و رادیکال‌های آزاد، مانند گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن (ROS و RNS)، را به دام می‌اندازد و خنثی می‌کند. افزون بر این، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی خود بدن را تقویت می‌کند. کورکومین همچنین به کاهش بیماری‌های قلبی و بهبود عملکرد مغز شناخته می‌شود. به‌دلیل این خواص دارویی مفید و گوناگون، کورکومین به‌طور گسترده به‌عنوان ادویه، مکمل و دارو استفاده می‌شود.
رسوب‌دهی فراصوتی با ضدحلال مایع
رسوب‌دهی با ضدحلال مایع (LAS) به کمک فراصوت، روشی ساده و سریع برای سنتز تک‌ظرفی نانوذرات کورکومین با ابرساختار ارتورومبیک است. رسوب‌دهی فراصوتی با ضدحلال، فرایندی ساده، سریع و مقیاس‌پذیر است که رسوب‌دهی کورکومین باکیفیت را در صنایع دارویی و غذایی امکان‌پذیر می‌کند.
سازوکار فرضی تشکیل ابرذرات کورکومین در غیاب و حضور فراصوت، بدون پایدارکننده‌ها. تصویر © 2014 Thorat et al.
دستورالعمل رسوب‌دهی فراصوتی:
برای رسوب‌دهی فراصوتی ذرات کورکومین، محلول آلی کورکومین در اتانول (5 mg/mL) به 100mL آب حاوی مادهٔ فعال سطحی (0٫02 wt% در آب) یا فاقد مادهٔ فعال سطحی افزوده می‌شود. برای ظرف واکنش، از یک ظرف شیشه‌ای دوجداره با حجم تقریبی 500mL، قطر 7cm و نسبت L/D برابر با 1٫7 استفاده می‌شود. دمای مخلوط به‌طور پیوسته در 1ºC نگه داشته می‌شود. برای فرایند رسوب‌دهی فراصوتی، سونوتْرود هموژنایزر فراصوتی، مانند UP200Ht یا UP200St مجهز به سونوتْرود S26d14، در مخلوط حلال–ضدحلال غوطه‌ور می‌شود. مخلوط با تنظیم دامنه روی 100% و فراصوت‌دهی به‌مدت 10min. پراکنده می‌شود.
مدت فراصوت‌دهی امکان کنترل چندریختی بلورهای کورکومین را فراهم می‌کند. با طولانی‌تر شدن مدت فراصوت‌دهی، درصد ذرات ارتورومبیک افزایش می‌یابد. این موضوع نشان می‌دهد که افزایش انرژی فراصوتی، صرف‌نظر از افزودنی مورد استفاده، تشکیل شکل ارتورومبیک را در مقایسه با شکل مونوکلینیک تسهیل می‌کند.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – پردازشگر فراصوتی 1kW برای رسوب‌دهی مواد مؤثرهٔ دارویی (API)
بهبود فراهمی زیستی با کپسوله‌سازی فراصوتی
از آنجا که کورکومین مولکولی چربی‌دوست است و حلالیت کمی در آب دارد (= آب‌گریز)، فراهمی زیستی سیستمیک آن پایین است. بنابراین، لازم است فرمولاسیون‌هایی از کورکومین تهیه شوند که فراهمی زیستی آن را افزایش دهند. برای تهیهٔ محلول‌های آبی کورکومین، مواد فعال سطحی، لیپیدها، آلبومین‌ها، سیکلودکسترین‌ها، زیست‌بسپارها و غیره افزوده می‌شوند تا مولکول‌های کورکومین در لیپوزوم‌ها، نانوذرات و سایر حامل‌های دارویی کپسوله یا بارگذاری شوند.
فراصوت‌دهی روشی بسیار کارآمد و قابل‌اعتماد برای فرمولاسیون حامل‌های دارویی مانند لیپوزوم‌ها، نانوذرات هسته–پوسته، زیست‌بسپارها و امولسیون‌های دوگانه است! در ادامه، نمونه‌ای از دستورالعمل کپسوله‌سازی فراصوتی کورکومین ارائه شده است.
دستورالعمل کپسوله‌سازی فراصوتی کورکومین:
نانوذرات پلی‌لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید (PLGA) بارگذاری‌شده با کورکومین
- ابتدا پلیمر PLGA در اتیل استات حل می‌شود. کورکومین (15% w/w) افزوده می‌شود و در حالی که محلول به‌صورت متناوب با ورتکس مخلوط می‌شود، فرصت داده می‌شود تا حل شود.
- مخلوط جامد در روغن به یک فاز آبی PVA (w/v) افزوده می‌شود تا امولسیون S-O/W تشکیل شود. سپس محلول دارو/پلیمر در PVA با سرعت 8٬000 rpm ورتکس می‌شود.
- محلول حاصل به‌مدت تقریبی 300sec با دامنهٔ 45% و با استفاده از یک هموژنایزر فراصوتی مانند UP200Ht یا UP200St (200W, 26kHz) فراصوت‌دهی می‌شود. بلافاصله پس از فراصوت‌دهی، امولسیون در فاز آبی (0٫1% PVA در آب؛ 200mL) ریخته می‌شود تا در حین هم‌زدن سریع با همزن مغناطیسی، نفوذ انجام شود.
- این سوسپانسیون کلوئیدی به‌طور پیوسته با همزن مغناطیسی هم زده می‌شود تا تبخیر حلال کامل شود. سپس نانوذرات با سانتریفیوژ جمع‌آوری و 3 بار با آب مقطر Milli Q شسته می‌شوند. در پایان، ذرات مجدداً در محلول محافظ در برابر انجماد (ساکاروز (2 %w/w) و ترهالوز (5% w/w)) معلق می‌شوند، در سامانهٔ خشک‌کن انجمادی ATR FD3.0 خشک می‌شوند و می‌توان آن‌ها را در 4°C به‌مدت حداقل 6 ماه نگهداری کرد.
[cf. Ranjan et al. 2012]
پردازشگرهای فراصوتی برای رسوب‌دهی و فرمولاسیون کورکومین
Hielscher Ultrasonics تجهیزات فراصوتی با کارایی بالا برای سنتز نانوذرات (مانند مواد مؤثرهٔ دارویی، APIs) و استخراج ترکیبات گیاهی ارائه می‌کند. مجموعهٔ محصولات ما شامل دستگاه‌های فراصوتی پیشرفتهٔ آزمایشگاهی، رومیزی و صنعتی است که توسعهٔ کاربردها را از مقیاس کوچک تا تجاری امکان‌پذیر می‌کند. تمام نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های آزمایشگاهی و پایلوت را می‌توان به‌صورت کاملاً خطی به مقیاس تولید تجاری انتقال داد. همهٔ سامانه‌ها برای کارکرد 24/7 ساخته شده‌اند، مقاوم هستند و استفاده از آن‌ها آسان است.
سری UIPxxxxhdT شامل سامانه‌های فراصوتی با ردهٔ صنعتی ماست که می‌توان از آن‌ها برای کاربردهای رومیزی، بهینه‌سازی فرایند و تولید صنعتی استفاده کرد. سامانه‌های صنعتی ما در مدل‌های زیر عرضه می‌شوند: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10٬000W (UIP10000) و 16٬000W (UIP16000، قدرتمندترین دستگاه فراصوتی جهان). پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند به‌صورت پیوسته و 24/7 در دامنه‌های بسیار بالا، تا 200µm، کار کنند. برای دامنه‌های بالاتر نیز Hielscher سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی ارائه می‌کند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher، کارکرد شبانه‌روزی قابل‌اعتماد را در شرایط کاری سنگین و محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند.
برای تمام سامانه‌های فراصوتی خود، طیف گسترده‌ای از لوازم جانبی، مانند سونوتْرودها، هورن‌های تقویت‌کننده، سلول‌های جریان و راکتورها را در اندازه‌ها، شکل‌ها و هندسه‌های مختلف عرضه می‌کنیم. با این ابزارها، می‌توان پردازشگرهای فراصوتی ما را به‌آسانی و به‌صورت بهینه با شرایط فرایندی مورد نیاز سازگار کرد.
برای رسوب‌دهی و سنتز پایین‌به‌بالا، Hielscher یک قطعهٔ الحاقی منحصربه‌فرد برای سلول جریان ارائه می‌کند – MultiPhaseCavitator MPC48. با استفاده از MultiPhaseCavitator، فاز دوم (ضدحلال) از طریق 48 کانولای ظریف، مستقیماً به ناحیهٔ کاویتاسیون فراصوتی تزریق می‌شود و در آنجا ظرف چند میلی‌ثانیه با فاز اول مخلوط می‌شود. در نتیجه، نانوذرات همگن رسوب می‌کنند.
فراصوت‌دهی قدرتمند، از مقیاس آزمایشگاهی و رومیزی تا تولید صنعتی.
منابع و مراجع
- هیولینگز، S.J.; Kalman، D.S. (2017): کورکومین: مروری بر اثرات آن بر سلامت انسان. غذاهای. 2017 اکتبر; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Particle formation pathways and polymorphism of curcumin induced by ultrasound and additives during liquid antisolvent precipitation. CrystEngComm, 2014, 16, 11٬102-11٬114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): افزایش مقیاس، بهینه سازی و تجزیه و تحلیل پایداری نانوذرات بارگذاری شده با کمپلکس کورکومین C3 برای درمان سرطان. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
نکات دانستنی
کورکومین
کورکومین ترکیبی شیمیایی به رنگ زرد است که در زردچوبه یافت می‌شود. زردچوبه گیاهی علفی، چندساله و ریزوم‌دار (Curcuma longa) از خانوادهٔ زنجبیل است. کورکومین نوعی پلی‌فنول است که از ریزوم‌ها استخراج می‌شود و به‌طور گسترده به‌عنوان ادویه استفاده می‌شود. زردچوبه، بسته به منشأ و شرایط خاک محل کشت، حاوی 2%–9% کورکومینوئید است. کورکومین، کورکومینوئید اصلی زردچوبه (Curcuma longa, Zingiberaceae) است. این ماده به‌عنوان مکمل، ترکیب دارویی، افزودنی طعم‌دهنده و رنگ‌دهندهٔ غذا و نیز مادهٔ تشکیل‌دهندهٔ محصولات آرایشی استفاده می‌شود.
شکل خالص‌سازی‌شده‌ای از کورکومین که فقط از سه جزء اصلی زیر تشکیل شده است – کورکومین، بیس‌دمتوکسی‌کورکومین و دمتوکسی‌کورکومین – کمپلکس کورکومین C3 نیز نامیده می‌شود. کورکومین خالص را می‌توان با کروماتوگرافی ستونی از مخلوط C3 شامل کورکومین، بیس‌دمتوکسی‌کورکومین و دمتوکسی‌کورکومین جدا کرد.
از نظر خواص داروشناختی، کورکومین خالص و اصلاح‌نشده با مشکل بزرگی روبه‌روست: به‌دلیل حلالیت کم در آب و در نتیجه فراهمی زیستی پایین، کورکومین اصلاح‌نشده نمی‌تواند اثرات درمانی خود را بروز دهد و به‌سرعت در کبد و دیوارهٔ روده متابولیزه می‌شود. برای غلبه بر میزان جذب پایین کورکومین، مولکول‌های فعال در نانوحامل‌ها (مانند لیپوزوم‌ها، نانوکره‌ها) کپسوله می‌شوند یا بر روی نانوکمپلکس‌ها (مانند نانوذرات، کمپلکس‌های فسفولیپیدی، سیکلودکسترین‌ها و پراکنه‌های جامد) بارگذاری می‌شوند. افزون بر این، هنگامی که دوز کورکومین با پیپرین، که عصاره‌ای از فلفل سیاه است، ترکیب شود، فراهمی زیستی آن می‌تواند حدود 2000% افزایش یابد.
با توجه به این موارد، کورکومین با فرمولاسیون نانویی (نانوکورکومین)، شکل دارویی ترجیحی کورکومین است؛ زیرا کورکومین در شکل نانویی بر مشکلات دارورسانی یادشده غلبه می‌کند. نانوکورکومین به‌دلیل بهبود رسانش به بافت بیمار، ورود بهتر به سلول‌ها و کاهش حذف سیستمیک، می‌تواند خواص درمانی خود را بروز دهد.
کورکومین در شکل‌های گوناگونی برای رسانش، از جمله پودر، کپسول، قرص، پماد، نوشیدنی‌های تغذیه‌ای و کرم‌های آرایشی عرضه می‌شود.
کاربردهای پزشکی کورکومین
کورکومین به‌دلیل شیوه‌های گوناگون کاربرد آن در پزشکی و تغذیه، به‌طور گسترده بررسی شده است. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که کورکومین فعالیت آنتی‌اکسیدانی بالایی دارد که موجب القای آپوپتوز سلولی می‌شود، تکثیر، چسبندگی و تحرک سلولی را مهار می‌کند و خواص ضد‌رگ‌زایی و ضدمیکروبی دارد. به‌دلیل این اثرات، کورکومین به‌عنوان دارو برای درمان بیماری‌های التهابی گوناگون، سرطان‌ها، بیماری‌های تحلیل‌برندهٔ عصبی، بیماری‌های قلبی‌عروقی و نیز دیابت به کار می‌رود.
شکل‌های دارویی نانویی تهیه‌شده به کمک فراصوت از کورکومین برای درمان پزشکی شامل نانوذرات، لیپوزوم‌ها، میسل‌ها، نانوامولسیون‌ها، کمپلکس‌های سیکلودکسترین، نانودیسک‌ها، نانوالیاف، نانوذرات لیپیدی جامد و کونژوگه‌های کورکومین هستند. این شکل‌های دارویی نانومتری بر فراهمی زیستی پایین کورکومین غلبه می‌کنند و رسانش هدفمند و مؤثر داروی کورکومین با اثربخشی بالا را امکان‌پذیر می‌سازند.
ساختار شیمیایی کورکومین
کورکومین مولکولی متقارن است که با نام دی‌فرولوئیل متان نیز شناخته می‌شود. نام IUPAC کورکومین (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione است و فرمول شیمیایی آن C21H20O6 است. بلورهای کورکومین می‌توانند به شکل‌های مختلفی، مانند مونوکلینیک (سوزنی)، ارتورومبیک (شبیه دانهٔ برنج) و شکل آمورف ظاهر شوند.