Kurkumiinin superhiukkasten ultraäänisaostuminen
- Koska kurkuma sisältää vain 2-9 paino-% kurkuminoideja, tehokas uutto- tai synteesitekniikka on tarpeen lääketieteellisesti voimakkaan jauheen saamiseksi.
- Ultraäänellä avustettu liuottimien saostuminen on erittäin tehokas menetelmä kurkumiinihiukkasten syntetisoimiseksi.
- Ultraääniliuottimien saostuminen voidaan helposti skaalata suurten määrien korkealaatuisen kurkumiinin tuotantoon.
Curcumin
Kurkumiini, polyfenoli, on huonosti vesiliukoinen lääke, jota löytyy yrttimaustekurkumasta (Kurkuma longa). Sillä on erittäin voimakkaita antioksidantteja ja se tunnetaan anti-inflammatorisista, syöpää ehkäisevistä, sienilääkkeistä ja antimikrobisista ominaisuuksistaan. Erityisesti sen laajan kemo-ennaltaehkäisevän ja kemoterapeuttisen toiminnan vuoksi kurkumiinia käytetään edullisena lääkeyhdisteenä.
As a potent antioxidant, curcumin increases the serum activity of antioxidants such as superoxide dismutase (SOD) and scavenges and neutralizes free radicals such as reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS). Furthermore, it enhances the activity of the body’s own antioxidant enzymes. Curcumin is also known to lower heart diseases and to improve the brain function. Due to these manifold beneficial medicinal properties, curcumin is widely used as spice, supplement and drug.
Ultraääni nestemäinen liuottimen saostuminen
Ultraäänellä asstisoitu nestemäisen liuottimen (LAS) saostus on yksinkertainen ja nopea yhden potin synteesitekniikka kurkumiinin nanohiukkasten tuottamiseksi ortorombisella päällirakenteella. Ultraääniliuottimien saostuminen on yksinkertainen, nopea ja skaalautuva prosessi, joka mahdollistaa korkealaatuisen kurkumiinin saostumisen lääke- ja elintarviketeollisuudessa.
Oletettu kurkumiinin superhiukkasten muodostumismekanismi ultraäänen puuttuessa ja läsnä ollessa ilman stabilointiaineita. Kuva © 2014 Thorat et al.
Ultraäänisaostumisprotokolla:
Kurkumiinihiukkasten ultasonista saostamista varten orgaaninen kurkumiiniliuos etanolissa (5 mg/ml) lisätään 100 ml: aan pinta-aktiivista ainetta sisältävää vettä (0,02 paino-% vedessä) tai ilman pinta-aktiivista ainetta. Reaktioastiana käytetään vaippalasiastiaa, jonka tilavuus on noin 500 ml, halkaisija 7 cm ja L/D-suhde 1,7. Seoksen lämpötila pidetään jatkuvasti 1 ºC: ssa. Ultraäänisaostusprosessissa ultraäänihomogenisaattorin sonotrode, kuten UP200Ht tai UP200St varustettu S26d14-sonotrodilla upotetaan liuotin-antiliuotinseokseen. 100%: n amplitudiasetuksella ja 10 minuutin sonikaatiolla seos hajosi.
Sonikaatioaika mahdollistaa cucrcumin-kiteiden polymorfismin manipuloinnin. Kun sonikaatioaikaa pidennetään, ortorombisten hiukkasten prosenttiosuus kasvaa. Tämä osoittaa, että ultraäänienergian lisääntyminen helpottaa ortorombisen muodon muodostumista monokliinisessä muodossa käytetystä lisäaineesta riippumatta.
[vrt. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultraääniprosessori API-saostumiseen
Parannettu biologinen hyötyosuus ultraäänikapseloinnin avulla
Koska kurkumiini on lipofiilinen molekyyli ja liukenee huonosti veteen (= hydrofobinen), sillä on alhainen systeeminen biologinen hyötyosuus. Siksi on tarpeen valmistaa kurkumiiniformulaatioita, jotka parantavat sen hyötyosuutta. Vesipitoisten kurkumiiniliuosten valmistamiseksi lisätään pinta-aktiivisia aineita, lipidejä, albumiineja, syklodekstriiniä, biopolymeerejä jne. Kurkumiinimolekyylien kapseloimiseksi tai lataamiseksi liposomeihin, nanohiukkasiin ja muihin lääkeaineisiin.
Ultrasonication on erittäin tehokas ja luotettava tekniikka lääkeaineiden, kuten liposomit, core-shell nanohiukkaset, biopolymeerejä ja kaksinkertaiset emulsiot! Alla on esimerkillinen protokolla kurkumiinin ultraäänikapselointiin.
Ultraäänikurkumiinin kapselointiprotokolla:
Kurkumiinilla ladatut polymaitohappo-glykolihapon (PLGA) nanohiukkaset
- Ensinnäkin PLGA-polymeeri liuotetaan etyyliasetaattiin. Kurkumiini (15% w? w) lisätään ja annetaan liueta samalla kun liuosta pyörretään ajoittain.
- Kiinteä öljyssä -seos lisätään PVA: n vesifaasiin (w? v) S-O/W-emulsion muodostamiseksi. Sitten lääkkeen? polymeerin liuos PVA: ssa pyörretään nopeudella 8,000 rpm.
- Tuloksena oleva liuos sonikoidaan noin 300 sekuntia 45%: n amplitudilla ultraäänihomogenisaattorilla, kuten UP200Ht tai UP200St (200W, 26kHz). Välittömästi sonikoinnin jälkeen emulsio kaadetaan vesifaasiin (0,1% PVA vedessä; 200 ml) diffuusiota varten nopeasti sekoittaen magneettisekoittimella.
- Tätä kolloidista suspensiota sekoitetaan jatkuvasti magneettisekoittimella, kunnes liuotin on haihtunut. Sitten nanohiukkaset kerätään sentrifugoimalla, pestään 3 kertaa tislatulla Milli Q -vedellä. Lopuksi ne suspendoidaan uudelleen kryoprotektiiviseen liuokseen (sakkaroosi (2 %w/w) ja trehaloosi (5 % w/w)), kuivataan lyofilisaattori ATR FD3.0 -järjestelmällä ja niitä voidaan säilyttää 4 °C:ssa vähintään 6 kuukautta.
[vrt. Ranjan et al. 2012]
Ultraääniprosessorit kurkumiinin saostumiseen ja formulaatioon
Hielscher Ultrasonics tarjoaa korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita nanohiukkasten synteesiin (esim. API: t) ja kasvitieteellisten yhdisteiden uuttamiseen. Tuotevalikoimaamme kuuluu hienostuneita laboratorio-, penkki- ja teollisia ultraäänilaitteita, jotka mahdollistavat sovellusten kehittämisen pienestä kaupalliseen mittakaavaan. Kaikki laboratorio- ja pilottitesteissä saadut tulokset voidaan skaalata täysin lineaarisesti kaupalliselle tuotantotasolle. Kaikki järjestelmät on rakennettu 24/7 käyttöön, kestäviksi ja helppokäyttöisiksi.
UIPxxxxhdT-sarja kattaa teollisuusluokan ultraäänijärjestelmämme, joita voidaan käyttää penkki-top-, prosessioptimointiin ja teolliseen tuotantoon. Teollisuusjärjestelmämme ovat saatavilla 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) ja 16,000W (UIP16000, maailman tehokkain ultraäänilaite). Hielscherin ultraääni’ industrial ultrasonic processors can be run continuously 24/7 at very high amplitudes of up to 200µm. For even higher amplitudes, Hielscher offers customized ultrasonic sonotrodes. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for a reliable around-the-clock operation at heavy duty and in demanding environments.
Kaikille ultraäänijärjestelmillemme tarjoamme laajan valikoiman lisävarusteita, kuten sonotrodeja, tehostesarvia, virtaussoluja ja reaktoreita, joissa on useita kokoja, muotoja ja geometrioita. Näiden työkalujen avulla on helppo mukauttaa ultraääniprosessorimme optimaalisesti vaadittuihin prosessiolosuhteisiin.
Saostumista ja alhaalta ylöspäin suuntautuvaa synteesiä varten Hielscher tarjoaa ainutlaatuisen virtauskennon insertin – Sitä Monivaiheinen kavitaattori MPC48. MultiPhaseCavitatorilla toinen vaihe (anti-liuotin) injektoidaan 48 hienon kanulan kautta suoraan ultraäänikavitaatiovyöhykkeelle, jossa se sekoitetaan millisekuntien kuluessa ensimmäiseen vaiheeseen. Tämän seurauksena homogeeniset nanohiukkaset saostuvat.
Tehokas sonikaatio laboratoriosta ja penkistä teolliseen tuotantoon.
Kirjallisuus/viitteet
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: A Review of Its’ Effects on Human Health. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, AA; Dalvi, S.V. (2014): Ultraäänen ja lisäaineiden aiheuttaman kurkumiinin hiukkasten muodostumisreitit ja polymorfismi nestemäisen liuottimen saostumisen aikana. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012): Kurkumiini C3 -kompleksikuormitettujen nanohiukkasten skaalaus, optimointi ja stabiilisuusanalyysi syövän hoitoon. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Curcumin
Kurkumiini on keltainen kemiallinen yhdiste, jota löytyy kurkumasta. Kurkuma on juurakkoinen ruohomainen monivuotinen kasvi (Kurkuma longa) inkivääriperheestä. Kurkumiini on polyfenoli, joka uutetaan juurakoista ja jota käytetään laajalti mausteena. Kurkuma sisältää alkuperästään ja viljelyolosuhteistaan riippuen 2–9% kurkuminoideja. Kurkumiini on kurkuman tärkein kurkuminoidi (Kurkuma longa, Zingiberaceae). Sitä käytetään täydennyksenä, lääkeyhdisteenä, elintarvikearomiaineena sekä kosmeettisena ainesosana.
Kurkumiinin puhdistettu muoto, joka koostuu vain seuraavista kolmesta pääkomponentista – kurkumiini, bisdemetoksikurkumiini ja demetoksikurkumiini – kutsutaan myös kurkumiini C3 -kompleksiksi. Puhdas kurkumiini voidaan erottaa kurkumiinin, bisdemetoksikurkumiinin ja demetoksikurkumiinin C3-seoksesta kolonnikromatografialla.
Regarding its pharmacological properties, pure, non-modified curcumin has a big problem: Due to is poor water-solubility and thereby poor bioavailability, unmodified curcumin cannot enfold its therapeutic effects, but is rapidly metabolised in the liver and intestinal wall. To overcome curcumin’s low absorption rate, the active molecules are encapsulated in nano carriers (e.g. liposomit, nanopallot) tai ladattu nanokomplekseihin (esim. nanohiukkaset, complexes of phospholipids, cyclodextrins and solid dispersions). Furthermore, curcumin’s bioavailability can be increased by approx. 2000% when its dosage is combined with piperine, which is a black pepper extract.
Näiden tosiasioiden vuoksi nanoformuloitu kurkumiini (nanokurkumiini) on kurkumiinin edullinen annosmuoto, koska nanomuodossa oleva kurkumiini voittaa edellä mainitut lääkkeen toimitusongelmat. Nanokurkumiini voi peittää terapeuttiset ominaisuutensa johtuen parantuneesta toimituksesta sairaaseen kudokseen, paremmasta sisäistämisestä ja vähentyneestä systeemisestä eliminaatiosta.
Kurkumiinia on saatavana useissa toimitusmuodoissa, mukaan lukien jauheet, kapselit, tabletit, voiteet, ravintojuomat ja kosmeettiset voiteet.
Kurkumiinin lääketieteelliset sovellukset
Kurkumiinia on tutkittu laajalti sen monipuolisten käyttömuotojen vuoksi lääketieteessä ja ravitsemuksessa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kurkumiinilla on korkea antioksidanttiaktiivisuus, joka indusoi solujen apoptoosia, estää solujen lisääntymistä, solujen vastaista tarttumista ja liikkuvuutta sekä tarjoaa anti-angiogeneesiä ja antimikrobisia ominaisuuksia. Näiden vaikutusten vuoksi kurkumiinia käytetään lääkkeenä erilaisten tulehdussairauksien, syöpien, neurodegeneratiivisten sairauksien, sydän- ja verisuonitautien sekä diabeteksen hoitoon.
Ultraäänellä valmistetut nano-annostelumuodot of curcumin for medical therapy include nanoparticles, liposomes, micelles, nanoemulsions, cyclodextrin complexes, nanodisks, nanofibres, solid lipid nanoparticles, and curcumin conjugates. These nano-sized dosage forms overcome curcumin’s poor bioavailability and allow for the targeted and effective delivery of a highly potent curcumin drug.
Kurkumiinin kemiallinen rakenne
Kurkumiini on symmetrinen molekyyli, joka tunnetaan myös nimellä diferuloyylimetaani. Kurkumiinin IUPAC-nimi on (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroksi-3-metoksifenyyli)-1,6-heptadieeni-3,5-dioni, kemiallinen kaava C21H20O6. Kurkumiinikiteet voivat esiintyä eri muodoissa, kuten monokliinisenä (acicular), ortorombisena (riisinjyvän kaltaisena) ja amorfisena muotona.