Կուրկումինի սուպերմասնիկների ուլտրաձայնային նստեցում
- Քանի որ քրքումը պարունակում է ընդամենը 2–9 wt% կուրկումինոիդներ, բժշկական առումով ուժեղ ազդեցությամբ փոշի ստանալու համար անհրաժեշտ է արդյունահանման կամ սինթեզի արդյունավետ մեթոդ։
- Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ հակալուծիչային նստեցումը կուրկումինի մասնիկների սինթեզի խիստ արդյունավետ մեթոդ է։
- Ուլտրաձայնային հակալուծիչային նստեցման արտադրական մասշտաբը կարելի է հեշտությամբ մեծացնել՝ մեծ քանակությամբ բարձրորակ կուրկումին արտադրելու համար։
Կուրկումին
Կուրկումինը՝ պոլիֆենոլային միացություն, ջրում վատ լուծվող դեղանյութ է, որը պարունակվում է քրքում բուսական համեմունքում (Curcuma longa)։ Այն պարունակում է խիստ ուժեղ ազդեցությամբ հակաօքսիդանտներ և հայտնի է իր հակաբորբոքային, հակաքաղցկեղային, հակասնկային և հակամանրէային հատկություններով։ Հատկապես քիմիական կանխարգելիչ և քիմիաթերապևտիկ ազդեցությունների լայն շրջանակի շնորհիվ կուրկումինն օգտագործվում է որպես նախընտրելի դեղային միացություն։
Որպես ուժեղ հակաօքսիդանտ՝ կուրկումինը բարձրացնում է այնպիսի հակաօքսիդանտների շիճուկային ակտիվությունը, ինչպիսին է սուպերօքսիդ դիսմուտազը (SOD), ինչպես նաև որսում և չեզոքացնում է ազատ ռադիկալները, օրինակ՝ թթվածնի և ազոտի ռեակտիվ ձևերը (ROS և RNS)։ Բացի այդ, այն ուժեղացնում է օրգանիզմի սեփական հակաօքսիդանտային ֆերմենտների ակտիվությունը։ Հայտնի է նաև, որ կուրկումինը նվազեցնում է սրտային հիվանդությունները և բարելավում ուղեղի աշխատանքը։ Այս բազմազան օգտակար բուժական հատկությունների շնորհիվ կուրկումինը լայնորեն օգտագործվում է որպես համեմունք, հավելում և դեղամիջոց։
Ուլտրաձայնային նստեցում հեղուկ հակալուծիչով
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ հեղուկ հակալուծիչով (LAS) նստեցումը մեկ անոթում իրականացվող սինթեզի պարզ և արագ մեթոդ է՝ օրթոռոմբիկ գերկառուցվածքով կուրկումինի նանոմասնիկներ ստանալու համար։ Ուլտրաձայնային հակալուծիչային նստեցումը պարզ, արագ և մասշտաբավորվող գործընթաց է, որը հնարավորություն է տալիս դեղագործական և սննդի արդյունաբերության մեջ նստեցնել բարձրորակ կուրկումին։
Կուրկումինի սուպերմասնիկների առաջացման ենթադրվող մեխանիզմը ուլտրաձայնի բացակայության և առկայության պայմաններում՝ առանց կայունացուցիչների։ Պատկեր՝ © 2014 Thorat և համահեղինակներ։
Ուլտրաձայնային նստեցման ընթացակարգ․
Կուրկումինի մասնիկների ուլտրաձայնային նստեցման համար էթանոլում կուրկումինի օրգանական լուծույթը (5 mg/mL) ավելացվում է 100mL ջրի մեջ, որը պարունակում է մակերևութաակտիվ նյութ (ջրում՝ 0,02 wt%) կամ չի պարունակում մակերևութաակտիվ նյութ։ Որպես ռեակցիոն անոթ օգտագործվում է ջերմափոխանակման պատյանով ապակե անոթ՝ մոտ 500mL ծավալով, 7cm տրամագծով և L/D հարաբերակցության 1,7 արժեքով։ Խառնուրդի ջերմաստիճանը մշտապես պահպանվում է 1ºC մակարդակում։ Ուլտրաձայնային նստեցման գործընթացի համար օգտագործվում է ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր, օրինակ՝ UP200Ht կամ UP200St սարքը՝ հագեցած S26d14 սոնոտրոդով։ Սոնոտրոդն ընկղմվում է լուծիչ–հակալուծիչ խառնուրդի մեջ։ 100% ամպլիտուդի կարգավորման և 10min. ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում խառնուրդը դիսպերսվում է։
Ուլտրաձայնային մշակման տևողությունը հնարավորություն է տալիս կառավարել կուրկումինի բյուրեղների պոլիմորֆիզմը։ Ուլտրաձայնային մշակման տևողությունը երկարացնելիս օրթոռոմբիկ մասնիկների տոկոսային մասնաբաժինն աճում է։ Սա ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային էներգիայի ավելացումը նպաստում է օրթոռոմբիկ ձևի առաջացմանը՝ մոնոկլինային ձևի համեմատ, անկախ օգտագործվող հավելանյութից։
[հմմտ. Thorat և համահեղինակներ, 2014]
UIP1000hdT – 1kW ուլտրաձայնային պրոցեսոր՝ ակտիվ դեղագործական բաղադրիչների (API) նստեցման համար
Կենսամատչելիության բարելավում ուլտրաձայնային պատիճավորմամբ
Քանի որ կուրկումինը լիպոֆիլ մոլեկուլ է և ջրում վատ է լուծվում (= հիդրոֆոբ է), այն ունի ցածր համակարգային կենսամատչելիություն։ Ուստի անհրաժեշտ է պատրաստել կուրկումինի այնպիսի պատրաստուկներ, որոնք բարձրացնում են դրա կենսամատչելիությունը։ Կուրկումինի ջրային լուծույթների պատրաստման համար ավելացվում են մակերևութաակտիվ նյութեր, լիպիդներ, ալբումիններ, ցիկլոդեքստրիններ, կենսապոլիմերներ և այլն՝ կուրկումինի մոլեկուլները լիպոսոմներում, նանոմասնիկներում և դեղանյութի այլ կրիչներում պատիճավորելու կամ ներառելու նպատակով։
Ուլտրաձայնային մշակումը խիստ արդյունավետ և հուսալի մեթոդ է դեղանյութի կրիչներ պատրաստելու համար, ինչպիսիք են լիպոսոմները, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոմասնիկները, կենսապոլիմերները և կրկնակի էմուլսիաները։ Ստորև ծանոթացեք կուրկումինի ուլտրաձայնային պատիճավորման օրինակելի ընթացակարգին։
Կուրկումինի ուլտրաձայնային պատիճավորման ընթացակարգ․
Կուրկումինով բեռնված պոլի(կաթնաթթու-կո-գլիկոլաթթու) (PLGA) նանոմասնիկներ
- Նախ PLGA պոլիմերը լուծվում է էթիլացետատում։ Ավելացվում է կուրկումին (15% w/w), և թողնվում է, որ այն լուծվի՝ լուծույթը պարբերաբար հորձանուտային եղանակով խառնելով։
- Պինդ նյութը յուղի մեջ պարունակող խառնուրդն ավելացվում է PVA պարունակող ջրային փուլին (w/v)՝ S-O/W էմուլսիա ստանալու համար։ Այնուհետև PVA պարունակող միջավայրում դեղանյութի/պոլիմերի լուծույթը ենթարկվում է վորտեքսային խառնման՝ 8 000 rpm արագությամբ։
- Ստացված լուծույթը մոտ 300sec ենթարկվում է ուլտրաձայնային մշակման՝ 45% ամպլիտուդով, օգտագործելով ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր, օրինակ՝ UP200Ht կամ UP200St (200W, 26kHz)։ Ուլտրաձայնային մշակումից անմիջապես հետո էմուլսիան լցվում է ջրային փուլի մեջ (0,1% PVA ջրում; 200mL)՝ դիֆուզիայի համար, մագնիսական խառնիչով արագ խառնման պայմաններում։
- Այս կոլոիդային կախույթն անընդհատ խառնվում է մագնիսական խառնիչով, մինչև լուծիչի գոլորշիացումն ավարտվի։ Այնուհետև նանոմասնիկները հավաքվում են ցենտրիֆուգմամբ և 3 անգամ լվացվում թորած Milli Q ջրով։ Վերջում դրանք կրկին կախույթացվում են կրիոպաշտպանիչ լուծույթում (սախարոզ (2 %w/w) և տրեհալոզ (5% w/w)), չորացվում ATR FD3.0 լիոֆիլացման համակարգով և կարող են պահվել 4°C ջերմաստիճանում առնվազն 6 ամիս։
[տե՛ս Ranjan et al. 2012]
Ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ կուրկումինի նստեցման և դեղաձևերի պատրաստման համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն առաջարկում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ նանոմասնիկների (օրինակ՝ ակտիվ դեղագործական բաղադրիչների) սինթեզի և բուսական միացությունների արդյունահանման համար։ Մեր արտադրատեսականին ներառում է կատարելագործված լաբորատոր, սեղանադիր և արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքեր, որոնք հնարավորություն են տալիս մշակել կիրառություններ՝ փոքր մասշտաբից մինչև առևտրային մասշտաբ։ Լաբորատոր և փորձնական փորձարկումների ընթացքում ստացված բոլոր արդյունքները կարող են ամբողջությամբ գծային կերպով մասշտաբավորվել դեպի առևտրային արտադրության ավելի մեծ ծավալներ։ Բոլոր համակարգերը նախատեսված են 24/7 աշխատանքի համար, ամուր են և հեշտ օգտագործվող։
UIPxxxxhdT շարքն ընդգրկում է արդյունաբերական դասի մեր ուլտրաձայնային համակարգերը, որոնք կարող են օգտագործվել սեղանադիր աշխատանքների, գործընթացների օպտիմալացման և արդյունաբերական արտադրության համար։ Մեր արդյունաբերական համակարգերը հասանելի են հետևյալ տարբերակներով՝ 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) և 16 000W (UIP16000՝ աշխարհում ամենահզոր ուլտրաձայնային սարքը)։ Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են անընդհատ աշխատել 24/7՝ մինչև 200µm շատ բարձր ամպլիտուդներով։ Է՛լ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար Hielscher ընկերությունն առաջարկում է անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունն ապահովում է հուսալի շուրջօրյա աշխատանք՝ ծանր բեռնվածության և խստապահանջ միջավայրերի պայմաններում։
Մեր բոլոր ուլտրաձայնային համակարգերի համար առաջարկում ենք պարագաների լայն տեսականի, այդ թվում՝ սոնոտրոդներ, ամպլիտուդն ուժեղացնող եղջյուրներ, ինչպես նաև տարբեր չափերի, ձևերի և երկրաչափությունների հոսքային բջիջներ ու ռեակտորներ։ Այս միջոցներով հեշտությամբ հնարավոր է մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորներն օպտիմալ կերպով հարմարեցնել գործընթացի պահանջվող պայմաններին։
Նստեցման և փոքր կառուցվածքային միավորներից ավելի խոշոր կառուցվածքներ ստանալու սինթեզի համար Hielscher ընկերությունն առաջարկում է հոսքային բջջի եզակի ներդիր՝ MultiPhaseCavitator MPC48։ MultiPhaseCavitator սարքի միջոցով երկրորդ փուլը (հակալուծիչը) 48 բարակ կանյուլաներով ներարկվում է անմիջապես ուլտրաձայնային կավիտացիայի գոտի, որտեղ միլիվայրկյանների ընթացքում խառնվում է առաջին փուլին։ Արդյունքում նստեցվում են համասեռ նանոմասնիկներ։
Հզոր ուլտրաձայնային մշակում՝ լաբորատոր և սեղանադիր աշխատանքներից մինչև արդյունաբերական արտադրություն։
Գրականություն/հղումներ
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Կուրկումին. մարդու առողջության վրա դրա ազդեցությունների ակնարկ։ Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Հեղուկ հակալուծիչով նստեցման ընթացքում ուլտրաձայնի և հավելանյութերի ազդեցությամբ կուրկումինի մասնիկների ձևավորման ուղիները և պոլիմորֆիզմը։ CrystEngComm, 2014, 16, 11 102–11 114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Քաղցկեղի բուժման համար Curcumin C3 համալիրով բեռնված նանոմասնիկների արտադրության մասշտաբի մեծացում, օպտիմալացում և կայունության վերլուծություն։ Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Օգտակար տեղեկություններ
Կուրկումին
Կուրկումինը դեղին գույնի քիմիական միացություն է, որը պարունակվում է քրքումում։ Քրքումը կոճապղպեղազգիների ընտանիքին պատկանող կոճղարմատավոր բազմամյա խոտաբույս է (Curcuma longa)։ Կուրկումինը պոլիֆենոլ է, որն արդյունահանվում է կոճղարմատներից և լայնորեն օգտագործվում որպես համեմունք։ Կախված ծագումից և աճեցման վայրի հողային պայմաններից՝ քրքումը պարունակում է 2%–9% կուրկումինոիդներ։ Կուրկումինը քրքումի հիմնական կուրկումինոիդն է (Curcuma longa, Zingiberaceae)։ Այն օգտագործվում է որպես հավելում, դեղանյութ, սննդի համային և գունավորող հավելանյութ, ինչպես նաև կոսմետիկ բաղադրիչ։
Կուրկումինի մաքրված ձևը, որը բաղկացած է միայն հետևյալ երեք հիմնական բաղադրիչներից՝ կուրկումինից, բիսդեմեթօքսիկուրկումինից և դեմեթօքսիկուրկումինից, կոչվում է նաև կուրկումինի C3 համալիր։ Մաքուր կուրկումինը կարելի է առանձնացնել կուրկումինի, բիսդեմեթօքսիկուրկումինի և դեմեթօքսիկուրկումինի C3 խառնուրդից սյունակային քրոմատագրությամբ։
Դեղաբանական հատկությունների առումով մաքուր, չձևափոխված կուրկումինն ունի մեծ խնդիր. ջրում վատ լուծելիության և դրանով պայմանավորված ցածր կենսամատչելիության պատճառով չձևափոխված կուրկումինը չի կարող դրսևորել իր բուժական ազդեցությունները, այլ արագ նյութափոխանակվում է լյարդում և աղիքային պատում։ Կուրկումինի ներծծման ցածր արագությունը հաղթահարելու համար ակտիվ մոլեկուլները պատիճավորվում են նանոկրիչներում (օրինակ՝ լիպոսոմներում, նանոգնդիկներում) կամ բեռնվում են նանոհամալիրների վրա (օրինակ՝ նանոմասնիկների, ֆոսֆոլիպիդների համալիրների, ցիկլոդեքստրինների և պինդ դիսպերսիաների)։ Բացի այդ, կուրկումինի կենսամատչելիությունը կարող է ավելանալ մոտավորապես 2000%-ով, երբ դրա դեղաչափը համակցվում է պիպերինի հետ, որը սև պղպեղի մզվածք է։
Այս փաստերի շնորհիվ նանոձևակերպված կուրկումինը (նանոկուրկումինը) կուրկումինի նախընտրելի դեղաձևն է, քանի որ նանոձևով կուրկումինը հաղթահարում է դեղի հասցման վերոհիշյալ խնդիրները։ Նանոկուրկումինը կարող է դրսևորել իր բուժական հատկությունները՝ հիվանդ հյուսվածք բարելավված հասցման, բջիջներ ավելի լավ ներթափանցման և համակարգային հեռացման նվազման շնորհիվ։
Կուրկումինը հասանելի է ներմուծման տարբեր ձևերով՝ ներառյալ փոշիները, պատիճները, հաբերը, քսուքները, սննդային ըմպելիքները և կոսմետիկ քսուքները։
Կուրկումինի բժշկական կիրառությունները
Կուրկումինը լայնորեն ուսումնասիրվել է բժշկության և սնուցման մեջ կիրառման իր բազմազան ձևերի առնչությամբ։ Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ կուրկումինն ունի բարձր հակաօքսիդանտային ակտիվություն, որը հարուցում է բջիջների ապոպտոզ, արգելակում է բջիջների պրոլիֆերացիան, հակաադհեզիան և շարժունակությունը, ինչպես նաև ապահովում է հակաանգիոգեն և հակամանրէային հատկություններ։ Այս ազդեցությունների շնորհիվ կուրկումինը կիրառվում է որպես դեղամիջոց՝ տարբեր բորբոքային հիվանդությունների, քաղցկեղների, նյարդադեգեներատիվ հիվանդությունների, սրտանոթային հիվանդությունների, ինչպես նաև շաքարային դիաբետի բուժման համար։
Բժշկական բուժման համար կուրկումինի՝ ուլտրաձայնով պատրաստված նանոչափային դեղաձևերը ներառում են նանոմասնիկներ, լիպոսոմներ, միցելներ, նանոէմուլսիաներ, ցիկլոդեքստրինային համալիրներ, նանոսկավառակներ, նանոմանրաթելեր, պինդ լիպիդային նանոմասնիկներ և կուրկումինի կոնյուգատներ։ Այս նանոչափային դեղաձևերը հաղթահարում են կուրկումինի ցածր կենսամատչելիությունը և թույլ են տալիս կուրկումինի խիստ ուժեղ ազդեցությամբ դեղամիջոցի նպատակային և արդյունավետ հասցումը։
Կուրկումինի քիմիական կառուցվածքը
Կուրկումինը համաչափ մոլեկուլ է, որը հայտնի է նաև որպես դիֆերուլոիլմեթան։ Կուրկումինի IUPAC անվանումն է (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione, իսկ քիմիական բանաձևը՝ C21H20O6։ Կուրկումինի բյուրեղները կարող են ունենալ տարբեր ձևեր, օրինակ՝ մոնոկլինային (ասեղնաձև), օրթոռոմբային (բրնձահատիկի նման) և ամորֆ ձև։