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.
Voimakkaana antioksidanttina kurkumiini lisää antioksidanttien, kuten superoksididismutaasin (SOD), seerumiaktiivisuutta ja poistaa ja neutraloi vapaita radikaaleja, kuten reaktiivisia happi- ja typpilajeja (ROS ja RNS). Lisäksi se tehostaa kehon omien antioksidanttientsyymien toimintaa. Kurkumiinin tiedetään myös alentavan sydänsairauksia ja parantavan aivojen toimintaa. Näiden monipuolisten hyödyllisten lääkinnällisten ominaisuuksien vuoksi kurkumiinia käytetään laajalti mausteena, lisäravinteena ja lääkkeenä.
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’ Teollisia ultraääniprosessoreita voidaan käyttää jatkuvasti 24/7 erittäin suurilla amplitudilla jopa 200μm. Vielä suuremmille amplitudille Hielscher tarjoaa räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa luotettavan ympärivuorokautisen toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
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): Kurkumiini: katsaus sen vaikutuksiin ihmisten terveyteen. Elintarvikkeet. 2017 lokakuu; 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.
Farmakologisten ominaisuuksiensa suhteen puhtaalla, modifioimattomalla kurkumiinilla on suuri ongelma: Huonon vesiliukoisuuden ja siten huonon biologisen hyötyosuuden vuoksi modifioimaton kurkumiini ei voi peittää terapeuttisia vaikutuksiaan, vaan metaboloituu nopeasti maksassa ja suolen seinämässä. Kurkumiinin alhaisen imeytymisnopeuden voittamiseksi aktiiviset molekyylit kapseloidaan nanokantajiin (esim. liposomit, nanopallot) tai ladattu nanokomplekseihin (esim. nanohiukkaset, fosfolipidikompleksit, syklodekstriinit ja kiinteät dispersiot). Lisäksi kurkumiinin hyötyosuutta voidaan lisätä noin 2000%, kun sen annos yhdistetään piperiiniin, joka on mustapippuriuute.
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 Lääketieteelliseen hoitoon tarkoitetusta kurkumiinista ovat nanohiukkaset, liposomit, misellit, nanoemulsiot, syklodekstriinikompleksit, nanolevyt, nanokuidut, kiinteät lipidien nanohiukkaset ja kurkumiinikonjugaatit. Nämä nanokokoiset annosmuodot voittavat kurkumiinin huonon hyötyosuuden ja mahdollistavat erittäin voimakkaan kurkumiinilääkkeen kohdennetun ja tehokkaan toimittamisen.
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.