Ultrazvučno taloženje superčestica kurkumina
- Budući da kurkuma sadrži samo 2-9 težinskih postotaka kurkuminoida, potrebna je učinkovita tehnika ekstrakcije ili sinteze kako bi se dobio medicinski snažan prah.
- Ultrazvučno potpomognuto taloženje antiotapalom vrlo je učinkovita metoda za sintezu čestica kurkumina.
- Ultrazvučno taloženje antiotapalom može se lako povećati na proizvodnju velikih količina visokokvalitetnog kurkumina.
kurkumin
Kurkumin, polifenol, slabo je topiv u vodi lijek koji se nalazi u biljnom začinu kurkumi (Curcuma longa). Ima vrlo snažne antioksidanse i poznato je po svojim protuupalnim, antikancerogenim, antigljivičnim i antimikrobnim svojstvima. Osobito zbog svog širokog spektra kemopreventivnih i kemoterapijskih aktivnosti, kurkumin se koristi kao preferirani spoj lijekova.
Kao snažan antioksidans, kurkumin povećava serumsku aktivnost antioksidansa kao što je superoksid dismutaza (SOD) te uklanja i neutralizira slobodne radikale kao što su reaktivne kisikove i dušikove vrste (ROS i RNS). Nadalje, pojačava aktivnost vlastitih tjelesnih antioksidativnih enzima. Također je poznato da kurkumin smanjuje bolesti srca i poboljšava rad mozga. Zbog ovih brojnih korisnih ljekovitih svojstava, kurkumin se široko koristi kao začin, dodatak prehrani i lijek.
Ultrazvučno taloženje tekućim antiotapalom
Ultrazvučno potpomognuto taloženje tekućim antiotapalom (LAS) jednostavna je i brza tehnika sinteze u jednom loncu za proizvodnju nanočestica kurkumina s ortorombičnom superstrukturom. Ultrazvučno taloženje protiv otapala je jednostavan, brz i skalabilan proces, koji omogućuje taloženje visokokvalitetnog kurkumina u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji.
Pretpostavljeni mehanizam stvaranja superčestica kurkumina u odsutnosti i prisutnosti ultrazvuka bez stabilizatora. Slika © 2014 Thorat et al.
Protokol ultrazvučnog taloženja:
Za ultrazvučno taloženje čestica kurkumina, organska otopina kurkumina u etanolu (5 mg/mL) dodaje se u 100 mL vode koja sadrži surfaktant (0,02 wt% u vodi) ili bez tenzida. Kao reakcijska posuda, staklena posuda s omotačem od pribl. Koristi se volumen od 500 mL, promjer 7 cm i omjer L/D od 1,7. Temperatura smjese se stalno održava na 1ºC. Za ultrazvučni proces taloženja, sonotroda ultrazvučnog homogenizatora kao što je UP200Ht ili UP200St opremljen sonotrodom S26d14 uranja se u smjesu otapalo-antiotapalo. Pri postavci amplitude od 100% i 10 min. ultrazvukom, smjesa je raspršena.
Vrijeme ultrazvuka omogućuje manipulaciju polimorfizmom kristala cucrumina. Kada se trajanje sonikacije produlji, postotak ortorombskih čestica se povećava. To ukazuje da povećanje ultrazvučne energije olakšava stvaranje ortorombskog oblika u odnosu na monoklinski oblik, bez obzira na korišteni aditiv.
[usp. Thorat i sur. 2014.]
UIP1000hdT – 1kW ultrazvučni procesor za API taloženje
Poboljšana bioraspoloživost ultrazvučnom inkapsulacijom
Budući da je kurkumin lipofilna molekula i slabo topljiv u vodi (= hidrofoban), ima nisku sistemsku bioraspoloživost. Stoga je potrebno pripremiti formulacije kurkumina koje povećavaju njegovu bioraspoloživost. Za pripremu vodenih otopina kurkumina dodaju se surfaktanti, lipidi, albumini, ciklodekstrini, biopolimeri itd. kako bi se molekule kurkumina inkapsulirale ili učitale u liposome, nanočestice i druge nosače lijekova.
Ultrasonication je vrlo učinkovita i pouzdana tehnika za formuliranje lijekova nosača kao što su liposomi, jezgra-ljuska nanočestice, biopolimeri i dvostruke emulzije! U nastavku pronađite primjer protokola za ultrazvučnu kapsulaciju kurkumina.
Protokol ultrazvučne inkapsulacije kurkumina:
Nanočestice polilaktične-ko-glikolne kiseline (PLGA) pune kurkumina
- Prvo se PLGA polimer otopi u etil acetatu. Dodan je kurkumin (15% w/w) i ostavljeno da se otopi uz povremeno miješanje otopine.
- Mješavina krutina u ulju dodaje se u vodenu fazu PVA (w/v) da se dobije emulzija SO/W. Zatim se otopina lijeka/polimera u PVA miješa na 8000 okretaja u minuti.
- Dobivena otopina se sonicira cca. 300 sekundi pri 45% amplitude s ultrazvučnim homogenizatorom kao što je UP200Ht ili UP200St (200 W, 26 kHz). Odmah nakon sonikacije, emulzija se izlije u vodenu fazu (0,1% PVA u vodi; 200 mL) za difuziju uz brzo miješanje magnetskom miješalicom.
- Ova koloidna suspenzija se neprestano miješa magnetskom miješalicom sve dok otapalo ne ispari. Zatim se nanočestice prikupe centrifugiranjem, isperu 3 puta destiliranom Milli Q vodom. Na kraju se resuspendiraju u otopini krioprotektora (saharoza (2 % w/w) i trehaloza (5 % w/w)), suše na sustavu liofilizatora ATR FD3.0 i mogu se čuvati na 4 °C najmanje 6 mjeseci .
[usp. Ranjan i sur. 2012.]
Ultrazvučni procesori za taloženje i formulaciju kurkumina
Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučnu opremu visokih performansi za sintezu nanočestica (npr. API) i ekstrakciju botaničkih spojeva. Naš asortiman proizvoda uključuje sofisticirane laboratorijske, stolne i industrijske ultrazvučne uređaje, koji omogućuju razvoj aplikacija od malih do komercijalnih razmjera. Svi rezultati dobiveni u laboratoriju i pilot testiranju mogu se potpuno linearno skalirati na razinu komercijalne proizvodnje. Svi sustavi izgrađeni su za rad 24/7, robusni su i jednostavni za korištenje.
Serija UIPxxxxhdT obuhvaća naše ultrazvučne sustave industrijske razine, koji se mogu koristiti za stolne uređaje, optimizaciju procesa i industrijsku proizvodnju. Naši industrijski sustavi dostupni su kao 500 W (UIP500hdT), 1000 W (UIP1000hdT), 1500 W (UIP1500hdT), 2000 W (UIP2000hdT), 4000 W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) i 16 000 W (UIP16000, najsnažniji ultrazvučni uređaj na svijetu). Hielscher ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu raditi kontinuirano 24/7 na vrlo visokim amplitudama do 200µm. Za još veće amplitude, Hielscher nudi prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje pouzdan rad 24 sata dnevno pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Za sve naše ultrazvučne sustave nudimo širok spektar dodataka kao što su sonotrode, booster rogovi, protočne ćelije i reaktori više veličina, oblika i geometrija. S ovim alatima postaje lako moguće optimalno prilagoditi naše ultrazvučne procesore potrebnim uvjetima procesa.
Za taloženje i sintezu odozdo prema gore, Hielscher nudi jedinstveni umetak protočne ćelije – The MultiPhaseCavitator MPC48. S MultiPhaseCavitatorom, druga faza (anti-otapalo) ubrizgava se putem 48 finih kanila izravno u zonu ultrazvučne kavitacije, gdje se unutar milisekundi miješa s prvom fazom. Kao rezultat, talože se homogene nanočestice.
Snažna sonikacija od laboratorijske i stolne do industrijske proizvodnje.
Literatura/Reference
- Hewlings, SJ; Kalman, DS (2017.): Kurkumin: pregled njegovih učinaka na ljudsko zdravlje. Hrana. listopad 2017.; 6 (10): 92.
- Thorat, AA; Dalvi, SV (2014): Putevi stvaranja čestica i polimorfizam kurkumina izazvan ultrazvukom i aditivima tijekom taloženja tekućim antiotapalom. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, AP; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012.): Povećanje, optimizacija i analiza stabilnosti nanočestica s kompleksom kurkumina C3 za terapiju raka. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Činjenice koje vrijedi znati
kurkumin
Kurkumin je kemijski spoj žute boje koji se nalazi u kurkumi. Kurkuma je rizomatozna zeljasta višegodišnja biljka (Curcuma longa) iz obitelji đumbira. Kurkumin je polifenol koji se ekstrahira iz rizoma i široko se koristi kao začin. Ovisno o podrijetlu i uvjetima tla na kojem se uzgaja, kurkuma sadrži 2-9% kurkuminoida. Kurkumin je glavni kurkuminoid kurkume (Curcuma longa, Zingiberaceae). Koristi se kao dodatak, medicinski spoj, aditiv za bojenje arome hrane, kao i kozmetički sastojak.
Pročišćeni oblik kurkumina koji se sastoji samo od sljedeće tri glavne komponente – kurkumin, bisdemetoksikurkumin i demetoksikurkumin – također se naziva kurkumin C3 kompleks. Čisti kurkumin može se odvojiti od C3 mješavine kurkumina, bisdemetoksi kurkumina i demetoksi kurkumina kromatografijom na koloni.
Što se tiče njegovih farmakoloških svojstava, čisti, nemodificirani kurkumin ima veliki problem: zbog slabe topljivosti u vodi, a time i slabe bioraspoloživosti, nemodificirani kurkumin ne može ostvariti svoje terapeutske učinke, ali se brzo metabolizira u jetri i crijevnoj stjenci. Kako bi se prevladala niska stopa apsorpcije kurkumina, aktivne molekule su inkapsulirane u nano nosače (npr. liposomi, nanosfere) ili napunjene na nano-kompleksima (npr nanočestice, kompleksi fosfolipida, ciklodekstrini i čvrste disperzije). Nadalje, bioraspoloživost kurkumina može se povećati za cca. 2000% kada se njegova doza kombinira s piperinom, koji je ekstrakt crnog papra.
Zbog ovih činjenica, nano-formulirani kurkumin (nanokurkumin) je preferirani oblik doziranja kurkumina budući da kurkumin u nanoformi prevladava gore navedene probleme isporuke lijeka. Nanokurkumin može proširiti svoja terapeutska svojstva zbog poboljšane dostave u bolesno tkivo, bolje internalizacije i smanjene sistemske eliminacije.
Kurkumin je dostupan u više oblika isporuke uključujući prahove, kapsule, tablete, masti, prehrambene napitke i kozmetičke kreme.
Medicinska primjena kurkumina
Kurkumin je naširoko istražen zbog svojih brojnih oblika upotrebe u medicini i prehrani. Istraživanja su pokazala da kurkumin ima visoku antioksidacijsku aktivnost, koja inducira apoptozu stanica, inhibira staničnu proliferaciju, antistaničnu adheziju i pokretljivost, te nudi antiangiogenezu i antimikrobna svojstva. Zbog ovih učinaka kurkumin se primjenjuje kao lijek za liječenje raznih upalnih bolesti, karcinoma, neurodegenerativnih bolesti, kardiovaskularnih bolesti kao i dijabetesa.
Ultrazvučno pripremljeni oblici za nano primjenu kurkumina za medicinsku terapiju uključuju nanočestice, liposome, micele, nanoemulzije, komplekse ciklodekstrina, nanodiskove, nanovlakna, nanočestice čvrstih lipida i konjugate kurkumina. Ovi oblici doziranja nano veličine prevladavaju slabu bioraspoloživost kurkumina i omogućuju ciljanu i učinkovitu isporuku vrlo snažnog lijeka kurkumina.
Kemijska struktura kurkumina
Kurkumin je simetrična molekula, također poznata kao diferuloil metan. IUPAC naziv kurkumina je (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion, kemijske formule C21H20O6. Kristali kurkumina mogu se pojaviti u različitim oblicima, kao što su monoklinski (igličasti), ortorombični (poput zrna riže) i amorfni oblik.