Kurkumin-szuperrészecskék ultrahangos kicsapatása
- Mivel a kurkuma csak 2–9 wt% kurkuminoidot tartalmaz, gyógyászati szempontból erős hatású por előállításához hatékony extrakciós vagy szintézistechnika szükséges.
- Az ultrahanggal támogatott antiszolvens kicsapatás rendkívül hatékony módszer kurkuminrészecskék szintézisére.
- Az ultrahangos antiszolvens kicsapatás könnyen felskálázható nagy mennyiségű, kiváló minőségű kurkumin előállítására.
Kurkumin
A kurkumin egy polifenol, amely a növényi eredetű fűszerként használt kurkumában (Curcuma longa) található, vízben rosszul oldódó gyógyszerhatóanyag. Rendkívül erős hatású antioxidánsokat tartalmaz, és gyulladáscsökkentő, daganatellenes, gombaellenes és antimikrobiális tulajdonságairól ismert. A kurkumint különösen a kemopreventív és kemoterápiás hatásainak széles köre miatt használják előnyben részesített gyógyszerhatóanyagként.
Erős hatású antioxidánsként a kurkumin növeli az antioxidánsok, például a szuperoxid-diszmutáz (SOD) szérumbeli aktivitását, valamint megköti és semlegesíti a szabad gyököket, például a reaktív oxigén- és nitrogénformákat (ROS és RNS). Emellett fokozza a szervezet saját antioxidáns enzimeinek aktivitását. A kurkumin arról is ismert, hogy mérsékli a szívbetegségeket és javítja az agyműködést. E sokrétű, kedvező gyógyászati tulajdonsága miatt a kurkumint széles körben használják fűszerként, étrend-kiegészítőként és gyógyszerként.
Ultrahangos folyadékfázisú antiszolvens kicsapatás
Az ultrahanggal támogatott folyadékfázisú antiszolvens (LAS) kicsapatás egyszerű és gyors, egyetlen reakcióedényben végzett szintézistechnika ortorombos szuperstruktúrájú kurkumin-nanorészecskék előállítására. Az ultrahangos antiszolvens kicsapatás egyszerű, gyors és skálázható eljárás, amely lehetővé teszi kiváló minőségű kurkumin kicsapatását a gyógyszer- és élelmiszeriparban.
A kurkumin-szuperrészecskék képződésének feltételezett mechanizmusa ultrahang nélkül és ultrahang jelenlétében, stabilizátorok alkalmazása nélkül. Kép © 2014 Thorat et al.
Ultrahangos kicsapatási protokoll:
A kurkuminrészecskék ultrahangos kicsapatásához a kurkumin etanolos szerves oldatát (5 mg/mL) 100mL vízhez adják, amely felületaktív anyagot tartalmaz (0,02 wt% a vízben), vagy nem tartalmaz felületaktív anyagot. Reakcióedényként köpenyes üvegedényt használnak, amelynek térfogata kb. 500mL, átmérője 7cm, L/D aránya pedig 1,7. A keverék hőmérsékletét folyamatosan 1ºC értéken tartják. Az ultrahangos kicsapatási eljáráshoz egy ultrahangos homogenizátor, például az UP200Ht vagy az UP200St S26d14 szonotródával felszerelt változatának szonotródáját az oldószer–antiszolvens keverékbe merítik. 100%-os amplitúdóbeállítás és 10min. ultrahangos kezelés mellett a keverék diszpergálódik.
Az ultrahangos kezelés időtartama lehetővé teszi a kurkuminkristályok polimorfizmusának befolyásolását. Az ultrahangos kezelés időtartamának meghosszabbításával nő az ortorombos részecskék aránya. Ez arra utal, hogy az ultrahangos energia növelése a monoklin formával szemben az ortorombos forma képződését segíti elő, az alkalmazott adalékanyagtól függetlenül.
[vö. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW teljesítményű ultrahangos processzor gyógyszerhatóanyagok (API) kicsapatására
Jobb biológiai hozzáférhetőség ultrahangos kapszulázással
Mivel a kurkumin lipofil molekula, és vízben rosszul oldódik (= hidrofób), szisztémás biológiai hozzáférhetősége alacsony. Ezért olyan kurkuminkészítményeket kell előállítani, amelyek javítják a biológiai hozzáférhetőségét. Vizes kurkuminoldatok készítéséhez felületaktív anyagokat, lipideket, albuminokat, ciklodextrineket, biopolimereket stb. adnak hozzá, hogy a kurkuminmolekulákat liposzómákba, nanorészecskékbe és más gyógyszerhordozókba kapszulázzák vagy töltsék.
Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony és megbízható technika olyan gyógyszerhordozók kialakítására, mint a liposzómák, a mag–héj szerkezetű nanorészecskék, a biopolimerek és a kettős emulziók! Az alábbiakban a kurkumin ultrahangos kapszulázásának egy példaként szolgáló protokollja található.
A kurkumin ultrahangos kapszulázásának protokollja:
Kurkuminnal töltött poli(tejsav-ko-glikolsav) (PLGA) nanorészecskék
- Először a PLGA polimert etil-acetátban feloldják. Kurkumint (15% w/w) adnak hozzá, és hagyják feloldódni, miközben az oldatot időszakosan vortexkeveréssel keverik.
- A szilárd anyagot olajban tartalmazó keveréket PVA-t tartalmazó vizes fázishoz (w/v) adják, hogy S-O/W emulzió képződjön. Ezután a gyógyszer/polimer PVA-ban lévő oldatát 8 000 rpm fordulatszámon vortexkeveréssel keverik.
- A kapott oldatot kb. 300sec időtartamú ultrahangos kezelésnek vetik alá 45%-os amplitúdóval, ultrahangos homogenizátorral, például az UP200Ht vagy az UP200St (200W, 26kHz) készülékkel. Közvetlenül az ultrahangos kezelés után az emulziót a vizes fázisba (0,1% PVA vízben; 200mL) öntik a diffúzió elősegítésére, mágneses keverővel végzett gyors keverés közben.
- Ezt a kolloid szuszpenziót mágneses keverővel folyamatosan keverik, amíg az oldószer elpárolgása be nem fejeződik. Ezután a nanorészecskéket centrifugálással összegyűjtik, és 3 alkalommal desztillált Milli Q vízzel mossák. Végül krioprotektív oldatban (szacharóz (2 %w/w) és trehalóz (5% w/w)) újraszuszpendálják, ATR FD3.0 liofilizáló rendszerben szárítják, és legalább 6 hónapig tárolhatók 4°C-on.
[vö. Ranjan et al. 2012]
Ultrahangos processzorok kurkumin kicsapatásához és készítmények előállításához
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket kínál nanorészecskék (pl. gyógyszerhatóanyagok, API-k) szintéziséhez és növényi vegyületek extrakciójához. Termékkínálatunk korszerű laboratóriumi, asztali és ipari ultrahangos készülékeket foglal magában, amelyek lehetővé teszik az alkalmazások fejlesztését kis léptéktől a kereskedelmi léptékig. A laboratóriumi és kísérleti üzemi vizsgálatok során kapott összes eredmény teljesen lineárisan felskálázható a kereskedelmi termelés szintjére. Minden rendszer 24/7 üzemre készült, robusztus és könnyen használható.
A UIPxxxxhdT sorozat ipari kivitelű ultrahangos rendszereinket foglalja magában, amelyek asztali alkalmazásokhoz, folyamatoptimalizáláshoz és ipari termeléshez használhatók. Ipari rendszereink az alábbi teljesítményű változatokban érhetők el: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) és 16 000W (UIP16000, a világ legnagyobb teljesítményű ultrahangos készüléke). A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai folyamatosan, 24/7 üzemben működtethetők igen nagy, akár 200µm amplitúdóval. Még nagyobb amplitúdókhoz a Hielscher egyedi ultrahangos szonotródákat kínál. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága nagy igénybevétel és nehéz üzemi körülmények között is megbízható, éjjel-nappali működést tesz lehetővé.
Minden ultrahangos rendszerünkhöz tartozékok széles választékát kínáljuk, például szonotródákat, amplitúdóerősítő kürtöket, valamint különböző méretű, alakú és geometriájú átfolyó cellákat és reaktorokat. Ezekkel az eszközökkel ultrahangos processzoraink könnyen és optimálisan hozzáigazíthatók a szükséges folyamatkörülményekhez.
Kicsapatáshoz és alulról felfelé építkező szintézishez a Hielscher egyedülálló átfolyócella-betétet kínál – ez a MultiPhaseCavitator MPC48. A MultiPhaseCavitator segítségével a második fázist (antiszolvens) 48 vékony kanülön keresztül közvetlenül az ultrahangos kavitációs zónába fecskendezik, ahol ezredmásodperceken belül elkeveredik az első fázissal. Ennek eredményeként homogén nanorészecskék csapódnak ki.
Nagy teljesítményű ultrahangos kezelés a laboratóriumi és asztali alkalmazásoktól az ipari termelésig.
Szakirodalom és hivatkozások
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Kurkumin: az emberi egészségre gyakorolt hatásainak áttekintése. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Az ultrahang és az adalékanyagok által kiváltott kurkuminrészecske-képződési útvonalak és polimorfizmus a folyadékfázisú antiszolvens kicsapatás során. CrystEngComm, 2014, 16, 11 102–11 114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): A daganatterápiához használt Curcumin C3 komplexszel töltött nanorészecskék előállításának felskálázása, optimalizálása és stabilitáselemzése. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Hasznos tudnivalók
Kurkumin
A kurkumin a kurkumában található, sárga színű kémiai vegyület. A kurkuma rizómás, lágyszárú, évelő növény (Curcuma longa) a gyömbérfélék családjából. A kurkumin a rizómákból kivont polifenol, amelyet széles körben használnak fűszerként. Eredetétől és a termesztés helyének talajviszonyaitól függően a kurkuma 2%–9% kurkuminoidot tartalmaz. A kurkumin a kurkuma (Curcuma longa, Zingiberaceae) fő kurkuminoidja. Étrend-kiegészítőként, gyógyászati vegyületként, élelmiszer-ízesítő és -színező adalékanyagként, valamint kozmetikai összetevőként használják.
A kurkumin tisztított formáját, amely kizárólag a következő három fő összetevőből – kurkuminból, biszdemetoxi-kurkuminból és demetoxi-kurkuminból – áll, kurkumin C3 komplexnek is nevezik. A tiszta kurkumin oszlopkromatográfiával választható el a kurkumin, biszdemetoxi-kurkumin és demetoxi-kurkumin C3 keverékétől.
Farmakológiai tulajdonságait tekintve a tiszta, módosítatlan kurkuminnak jelentős problémája van: rossz vízoldhatósága és az ebből eredő rossz biológiai hozzáférhetősége miatt a módosítatlan kurkumin nem képes kifejteni terápiás hatásait, hanem gyorsan metabolizálódik a májban és a bélfalban. A kurkumin alacsony felszívódási arányának leküzdésére az aktív molekulákat nanohordozókba (pl. liposzómákba, nanogömbökbe) kapszulázzák, vagy nanokomplexekre (pl. nanorészecskékre, foszfolipid-komplexekre, ciklodextrinekre és szilárd diszperziókra) töltik. Emellett a kurkumin biológiai hozzáférhetősége kb. 2000%-kal növelhető, ha az adagját piperinnel kombinálják, amely egy feketebors-kivonat.
E tények miatt a nanoformulázott kurkumin (nanokurkumin) a kurkumin előnyben részesített adagolási formája, mivel a nanoformájú kurkumin leküzdi a fent említett gyógyszerbevitelhez kapcsolódó problémákat. A nanokurkumin a beteg szövetbe történő jobb bejuttatás, a hatékonyabb internalizáció és a csökkent szisztémás elimináció révén képes kifejteni terápiás tulajdonságait.
A kurkumin többféle beviteli formában érhető el, például porok, kapszulák, tabletták, kenőcsök, tápláló italok és kozmetikai krémek formájában.
A kurkumin orvosi alkalmazásai
A kurkumin sokrétű orvosi és táplálkozási felhasználási formáit széles körben vizsgálták. A kutatások kimutatták, hogy a kurkumin erős antioxidáns aktivitással rendelkezik, amely sejtes apoptózist vált ki, gátolja a sejtek proliferációját, adhézióját és motilitását, valamint antiangiogén és antimikrobiális tulajdonságokat biztosít. E hatásai miatt a kurkumint gyógyszerként alkalmazzák különféle gyulladásos betegségek, daganatok, neurodegeneratív betegségek, szív- és érrendszeri betegségek, valamint cukorbetegség kezelésére.
A kurkumin ultrahanggal előállított nanoméretű adagolási formái közé az orvosi terápiában a nanorészecskék, liposzómák, micellák, nanoemulziók, ciklodextrin-komplexek, nanokorongok, nanoszálak, szilárd lipid-nanorészecskék és kurkuminkonjugátumok tartoznak. Ezek a nanoméretű adagolási formák leküzdik a kurkumin rossz biológiai hozzáférhetőségét, és lehetővé teszik egy erős hatású kurkumingyógyszer célzott és hatékony bejuttatását.
A kurkumin kémiai szerkezete
A kurkumin szimmetrikus molekula, amely diferuloil-metán néven is ismert. A kurkumin IUPAC-neve (1E,6E)-1,7-bisz(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-heptadién-3,5-dion, kémiai képlete C21H20O6. A kurkuminkristályok különböző alakokban jelenhetnek meg, például monoklin (tű alakú), ortorombos (rizsszemhez hasonló) és amorf formában.