Précipitation ultrasonique de superparticules de curcumine
- Le curcuma ne contenant que 2 à 9 % en poids de curcuminoïdes, une technique d'extraction ou de synthèse efficace est nécessaire pour obtenir une poudre médicalement puissante.
- La précipitation d'antisolvant assistée par ultrasons est une méthode très efficace pour synthétiser des particules de curcumine.
- La précipitation ultrasonique par antisolvant peut être facilement mise à l'échelle pour la production de grandes quantités de curcumine de haute qualité.
curcumine
La curcumine, un polyphénol, est un médicament peu soluble dans l'eau que l'on trouve dans l'épice curcuma (Curcuma longa). Elle possède des antioxydants très puissants et est connue pour ses propriétés anti-inflammatoires, anticancéreuses, antifongiques et antimicrobiennes. La curcumine est utilisée comme composé médicamenteux privilégié, notamment pour son large éventail d'activités chimio-préventives et chimio-thérapeutiques.
En tant qu’antioxydant puissant, la curcumine augmente l’activité sérique des antioxydants tels que la superoxyde dismutase (SOD) et piège et neutralise les radicaux libres tels que les espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS et RNS). De plus, il améliore l’activité des enzymes antioxydantes du corps. La curcumine est également connue pour réduire les maladies cardiaques et améliorer la fonction cérébrale. En raison de ces multiples propriétés médicinales bénéfiques, la curcumine est largement utilisée comme épice, supplément et médicament.
Précipitation d'antisolvant liquide par ultrasons
La précipitation d'un antisolvant liquide (LAS) sous assistance ultrasonique est une technique de synthèse simple et rapide en une seule étape pour produire des nanoparticules de curcumine avec une superstructure orthorhombique. La précipitation ultrasonique anti-solvant est un processus simple, rapide et évolutif, qui permet la précipitation de curcumine de haute qualité dans l'industrie pharmaceutique et alimentaire.
Mécanisme hypothétique de formation de superparticules de curcumine en l'absence et en présence d'ultrasons sans stabilisateurs. Image © 2014 Thorat et al.
Protocole de précipitation par ultrasons :
Pour la précipitation ultrasonique des particules de curcumine, une solution organique de curcumine dans l'éthanol (5 mg/ml) est ajoutée à 100 ml d'eau contenant un agent tensioactif (0,02 % en poids dans l'eau) ou sans agent tensioactif. Le récipient de réaction est un récipient en verre à double enveloppe d'un volume d'environ 500 ml, d'un diamètre de 7 cm et d'un rapport L/D de 1,7. La température du mélange est constamment maintenue à 1ºC. Pour le processus de précipitation ultrasonique, la sonotrode de l'homogénéisateur ultrasonique tel que le UP200Ht ou UP200St équipé d'une sonotrode S26d14 est immergé dans le mélange solvant-antisolvant. Avec un réglage d'amplitude de 100 % et une sonication de 10 minutes, le mélange se disperse.
La durée de sonication permet de manipuler le polymorphisme des cristaux de cucrcumine. Lorsque la durée de sonication est prolongée, le pourcentage de particules orthorhombiques augmente. Cela indique qu'une augmentation de l'énergie ultrasonique facilite la formation de la forme orthorhombique par rapport à la forme monoclinique, indépendamment de l'additif utilisé.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – Processeur à ultrasons de 1 kW pour la précipitation de l'API
Biodisponibilité améliorée par encapsulation ultrasonique
La curcumine étant une molécule lipophile et peu soluble dans l'eau (= hydrophobe), sa biodisponibilité systémique est faible. Il est donc nécessaire de préparer des formulations de curcumine qui améliorent sa biodisponibilité. Pour la préparation de solutions aqueuses de curcumine, des surfactants, des lipides, des albumines, des cyclodextrines, des biopolymères, etc. sont ajoutés afin d'encapsuler ou de charger les molécules de curcumine dans des liposomes, des nanoparticules et d'autres vecteurs de médicaments.
L'ultrasonication est une technique très efficace et fiable pour formuler des vecteurs de médicaments tels que liposomes, core-shell nanoparticulesLes biopolymères et les émulsions doubles! Vous trouverez ci-dessous un protocole exemplaire pour l'encapsulation ultrasonique de la curcumine.
Protocole d'encapsulation de la curcumine par ultrasons :
Nanoparticules d'acide polylactique-co-glycolique (PLGA) chargées de curcumine
- Tout d'abord, le polymère PLGA est dissous dans de l'acétate d'éthyle. La curcumine (15 % p/p) est ajoutée et on la laisse se dissoudre tout en agitant la solution au vortex par intermittence.
- Le mélange solide dans l'huile est ajouté à une phase aqueuse de PVA (w/v) pour former une émulsion S-O/W. Ensuite, la solution de médicament/polymère dans le PVA est agitée au vortex à 8 000 tours/minute.
- La solution obtenue est soniquée pendant environ 300 secondes à 45% d'amplitude avec un homogénéisateur ultrasonique tel que UP200Ht ou UP200St (200W, 26kHz). Immédiatement après la sonication, l'émulsion est versée dans la phase aqueuse (0,1% PVA dans l'eau ; 200mL) pour diffusion sous agitation rapide avec un agitateur magnétique.
- Cette suspension colloïdale est continuellement agitée à l'aide d'un agitateur magnétique jusqu'à ce que l'évaporation du solvant soit terminée. Ensuite, les nanoparticules sont collectées par centrifugation, lavées 3 fois avec de l'eau Milli Q distillée. Enfin, elles sont remises en suspension dans une solution cryoprotectrice (saccharose (2 % p/p) et tréhalose (5 % p/p)), séchées sur un lyophilisateur ATR FD3.0 et peuvent être conservées à 4°C pendant au moins 6 mois.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Processeurs ultrasoniques pour la précipitation et la formulation de la curcumine
Hielscher Ultrasonics propose des équipements ultrasoniques de haute performance pour la synthèse de nanoparticules (par exemple, API) et l'extraction de composés botaniques. Notre gamme de produits comprend des ultrasons sophistiqués de laboratoire, de paillasse et industriels, qui permettent le développement d'applications de la petite échelle à l'échelle commerciale. Tous les résultats obtenus en laboratoire et lors d'essais pilotes peuvent être transposés de manière totalement linéaire au niveau de la production commerciale. Tous les systèmes sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, ils sont robustes et faciles à utiliser.
La série UIPxxxxhdT englobe nos systèmes ultrasoniques de qualité industrielle, qui peuvent être utilisés pour les bancs d'essai, l'optimisation des processus et la production industrielle. Nos systèmes industriels sont disponibles en tant que 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) et 16 000 W (UIP16000, l'appareil à ultrasons le plus puissant au monde). Hielscher Ultrasons’ Les processeurs à ultrasons industriels peuvent fonctionner en continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à des amplitudes très élevées allant jusqu’à 200 μm. Pour des amplitudes encore plus élevées, Hielscher propose des sonomètres à ultrasons personnalisés. La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement fiable 24 heures sur 24 pour des applications lourdes et dans des environnements exigeants.
Pour tous nos systèmes à ultrasons, nous proposons une large gamme d'accessoires tels que des sonotrodes, des cornets amplificateurs, des cellules d'écoulement et des réacteurs de différentes tailles, formes et géométries. Grâce à ces outils, il devient facilement possible d'adapter nos processeurs à ultrasons de manière optimale aux conditions de process requises.
Pour la précipitation et la synthèse ascendante, Hielscher propose un insert de cellule d'écoulement unique. – Le Cavitateur multiphasé MPC48. Avec le MultiPhaseCavitator, la seconde phase (anti-solvant) est injectée par 48 canules fines directement dans la zone de cavitation ultrasonique, où elle est mélangée en quelques millisecondes à la première phase. Il en résulte une précipitation de nanoparticules homogènes.
Sonication puissante du laboratoire et de la paillasse à la production industrielle.
Littérature/références
- Hewlings, S.J. ; Kalman, D.S. (2017) : La curcumine : un examen de son’ Effets sur la santé humaine. Aliments. octobre 2017 ; 6(10): 92.
- Thorat, A.A. ; Dalvi, S.V. (2014) : Voies de formation des particules et polymorphisme de la curcumine induits par les ultrasons et les additifs pendant la précipitation par antisolvant liquide. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P. ; Mukerjee, A. ; Helson, L. ; Vishwanatha, J.K : (2012) : Mise à l'échelle, optimisation et analyse de la stabilité des nanoparticules chargées du complexe C3 de curcumine pour la thérapie du cancer. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Qu'il faut savoir
curcumine
La curcumine est un composé chimique de couleur jaune présent dans le curcuma. Le curcuma est une plante herbacée vivace rhizomateuse (Curcuma longa) de la famille du gingembre. La curcumine est un polyphénol extrait des rhizomes et largement utilisé comme épice. Selon son origine et les conditions du sol où il est cultivé, le curcuma contient de 2 à 9 % de curcuminoïdes. La curcumine est le principal curcuminoïde du curcuma (Curcuma longa, Zingibéracées). Il est utilisé comme supplément, composé médicinal, arôme alimentaire, additif colorant et ingrédient cosmétique.
Forme purifiée de la curcumine, qui se compose uniquement des trois éléments principaux suivants – curcumine, bisdéméthoxycurcumine et déméthoxycurcumine – est également appelé complexe C3 de curcumine. La curcumine pure peut être séparée du mélange C3 de curcumine, de curcumine bisdéméthoxy et de curcumine déméthoxy par chromatographie sur colonne.
En ce qui concerne ses propriétés pharmacologiques, la curcumine pure et non modifiée présente un gros problème : en raison de sa faible solubilité dans l’eau et donc de sa faible biodisponibilité, la curcumine non modifiée ne peut pas englober ses effets thérapeutiques, mais est rapidement métabolisée dans le foie et la paroi intestinale. Pour pallier le faible taux d’absorption de la curcumine, les molécules actives sont encapsulées dans des nano-transporteurs (par ex. liposomesnanosphères) ou chargés sur des nanocomplexes (par ex. nanoparticulescomplexes de phospholipides, de cyclodextrines et de dispersions solides). De plus, la biodisponibilité de la curcumine peut être augmentée d’environ 2000 % lorsque son dosage est associé à de la pipérine, qui est un extrait de poivre noir.
C'est pourquoi la curcumine sous forme nanométrique (nanocurcumine) est la forme de dosage préférée de la curcumine, car la curcumine sous forme nanométrique surmonte les problèmes d'administration de médicaments susmentionnés. La nanocurcumine peut renforcer ses propriétés thérapeutiques grâce à un meilleur acheminement vers les tissus malades, une meilleure internalisation et une élimination systémique réduite.
La curcumine est disponible sous de multiples formes : poudres, gélules, comprimés, pommades, boissons nutritives et crèmes cosmétiques.
Applications médicales de la curcumine
La curcumine a été largement étudiée pour ses multiples formes d'utilisation en médecine et en nutrition. La recherche a montré que la curcumine a une forte activité antioxydante, qu'elle induit l'apoptose des cellules, qu'elle inhibe la prolifération cellulaire, qu'elle lutte contre l'adhésion et la motilité des cellules et qu'elle offre des propriétés anti-angiogénèse et anti-microbiennes. En raison de ces effets, la curcumine est utilisée comme médicament pour traiter diverses maladies inflammatoires, des cancers, des maladies neurodégénératives, des maladies cardiovasculaires ainsi que le diabète.
Formes de nano-administration préparées par ultrasons de curcumine pour le traitement médical comprennent des nanoparticules, des liposomes, des micelles, des nanoémulsions, des complexes de cyclodextrine, des nanodisques, des nanofibres, des nanoparticules lipidiques solides et des conjugués de curcumine. Ces formes posologiques de taille nanométrique surmontent la faible biodisponibilité de la curcumine et permettent l’administration ciblée et efficace d’un médicament à base de curcumine très puissant.
Structure chimique de la curcumine
La curcumine est une molécule symétrique, également connue sous le nom de diféruloyl-méthane. Le nom IUPAC de la curcumine est (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-méthoxyphényl)-1,6-heptadiène-3,5-dione, avec la formule chimique C21H20O6. Les cristaux de curcumine peuvent se présenter sous différentes formes : monoclinique (aciculaire), orthorhombique (semblable à un grain de riz) et amorphe.