Presipitasi Ultrasonik Superpartikel Kurkumin
- Karena kunyit hanya mengandung 2–9 wt% kurkuminoid, diperlukan teknik ekstraksi atau sintesis yang efisien untuk memperoleh bubuk dengan potensi medis yang tinggi.
- Presipitasi antisolven berbantuan ultrasonik merupakan metode yang sangat efisien untuk menyintesis partikel kurkumin.
- Presipitasi antisolven ultrasonik dapat dengan mudah ditingkatkan skalanya untuk memproduksi kurkumin berkualitas tinggi dalam jumlah besar.
Kurkumin
Kurkumin, suatu polifenol, merupakan obat yang sukar larut dalam air dan ditemukan dalam rempah herbal kunyit (Curcuma longa). Kurkumin memiliki antioksidan yang sangat kuat dan dikenal karena sifat antiinflamasi, antikanker, antijamur, dan antimikrobanya. Terutama karena beragam aktivitas kemopreventif dan kemoterapeutiknya, kurkumin digunakan sebagai senyawa obat pilihan.
Sebagai antioksidan kuat, kurkumin meningkatkan aktivitas antioksidan dalam serum seperti superoksida dismutase (SOD), serta menangkap dan menetralkan radikal bebas seperti spesies oksigen dan nitrogen reaktif (ROS dan RNS). Selain itu, kurkumin meningkatkan aktivitas enzim antioksidan tubuh sendiri. Kurkumin juga diketahui mengurangi penyakit jantung dan meningkatkan fungsi otak. Karena beragam khasiat medis yang bermanfaat ini, kurkumin banyak digunakan sebagai rempah, suplemen, dan obat.
Presipitasi Antisolven Cair Ultrasonik
Presipitasi antisolven cair (LAS) berbantuan ultrasonik merupakan teknik sintesis satu wadah yang sederhana dan cepat untuk menghasilkan nanopartikel kurkumin dengan superstruktur ortorombik. Presipitasi antisolven ultrasonik merupakan proses yang sederhana, cepat, dan dapat ditingkatkan skalanya, yang memungkinkan presipitasi kurkumin berkualitas tinggi dalam industri farmasi dan pangan.
Hipotesis mekanisme pembentukan superpartikel kurkumin tanpa dan dengan ultrasonik, tanpa penstabil. Gambar © 2014 Thorat et al.
Protokol Presipitasi Ultrasonik:
Untuk presipitasi ultrasonik partikel kurkumin, larutan organik kurkumin dalam etanol (5 mg/mL) ditambahkan ke dalam 100mL air yang mengandung surfaktan (0,02 wt% dalam air) atau tanpa surfaktan. Sebagai wadah reaksi, digunakan wadah kaca berjaket dengan volume sekitar 500mL, diameter 7cm, dan rasio L/D 1,7. Suhu campuran terus dipertahankan pada 1ºC. Untuk proses presipitasi ultrasonik, sonotrode dari homogenizer ultrasonik seperti UP200Ht atau UP200St yang dilengkapi dengan sonotrode S26d14 dicelupkan ke dalam campuran pelarut–antisolven. Pada pengaturan amplitudo 100% dan sonikasi selama 10min., campuran terdispersi.
Waktu sonikasi memungkinkan manipulasi polimorfisme kristal kurkumin. Ketika durasi sonikasi diperpanjang, persentase partikel ortorombik meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan energi ultrasonik lebih mendukung pembentukan bentuk ortorombik dibandingkan bentuk monoklinik, terlepas dari aditif yang digunakan.
[bdk. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – prosesor ultrasonik 1kW untuk presipitasi API
Peningkatan Bioavailabilitas melalui Enkapsulasi Ultrasonik
Karena kurkumin merupakan molekul lipofilik dan sukar larut dalam air (= hidrofobik), bioavailabilitas sistemiknya rendah. Oleh karena itu, perlu disiapkan formulasi kurkumin yang meningkatkan bioavailabilitasnya. Untuk menyiapkan larutan kurkumin berbasis air, surfaktan, lipid, albumin, siklodekstrin, biopolimer, dan sebagainya ditambahkan untuk mengenkapsulasi atau memuat molekul kurkumin dalam liposom, nanopartikel, dan pembawa obat lainnya.
Ultrasonikasi merupakan teknik yang sangat efisien dan andal untuk memformulasikan pembawa obat seperti liposom, partikel berstruktur inti–cangkang berupa nanopartikel, biopolimer, dan emulsi ganda! Berikut adalah contoh protokol untuk enkapsulasi ultrasonik kurkumin.
Protokol Enkapsulasi Kurkumin Ultrasonik:
Nanopartikel asam poli(laktat-ko-glikolat) (PLGA) bermuatan kurkumin
- Pertama, polimer PLGA dilarutkan dalam etil asetat. Kurkumin (15% w/w) ditambahkan dan dibiarkan larut sambil mengaduk larutan dengan vorteks secara berselang.
- Campuran padatan dalam minyak ditambahkan ke fase air PVA (w/v) untuk membentuk emulsi S-O/W. Kemudian, larutan obat/polimer dalam PVA diaduk dengan vorteks pada 8.000 rpm.
- Larutan yang dihasilkan disonikasi selama sekitar 300sec pada amplitudo 45% dengan homogenizer ultrasonik seperti UP200Ht atau UP200St (200W, 26kHz). Segera setelah sonikasi, emulsi dituangkan ke dalam fase air (0,1% PVA dalam air; 200mL) untuk difusi sambil diaduk cepat dengan pengaduk magnetik.
- Suspensi koloid ini terus diaduk dengan pengaduk magnetik hingga penguapan pelarut selesai. Kemudian, nanopartikel dikumpulkan melalui sentrifugasi, lalu dicuci 3 kali dengan air Milli Q yang didistilasi. Terakhir, nanopartikel disuspensikan kembali dalam larutan krioprotektan (sukrosa (2 %w/w) dan trehalosa (5% w/w)), dikeringkan menggunakan sistem liofilisator ATR FD3.0, dan dapat disimpan pada 4°C selama setidaknya 6 bulan.
[bdk. Ranjan et al. 2012]
Prosesor Ultrasonik untuk Presipitasi dan Formulasi Kurkumin
Hielscher Ultrasonics menawarkan peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk sintesis nanopartikel (misalnya API) dan ekstraksi senyawa tumbuhan. Rangkaian produk kami mencakup ultrasonikator laboratorium, tipe meja, dan industri yang canggih, sehingga memungkinkan pengembangan aplikasi dari skala kecil hingga skala komersial. Semua hasil yang diperoleh dalam pengujian laboratorium dan skala percontohan dapat ditingkatkan skalanya secara sepenuhnya linear hingga tingkat produksi komersial. Semua sistem dibuat untuk pengoperasian 24/7, tangguh, dan mudah digunakan.
Seri UIPxxxxhdT mencakup sistem ultrasonik kelas industri kami, yang dapat digunakan untuk aplikasi tipe meja, optimasi proses, dan produksi industri. Sistem industri kami tersedia dalam pilihan 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) dan 16.000W (UIP16000, ultrasonikator paling kuat di dunia). Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat dioperasikan terus-menerus 24/7 pada amplitudo sangat tinggi hingga 200µm. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, Hielscher menawarkan sonotrode ultrasonik yang disesuaikan dengan kebutuhan. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian yang andal sepanjang waktu untuk pekerjaan berat dan dalam lingkungan yang menantang.
Untuk semua sistem ultrasonik kami, kami menawarkan beragam aksesori seperti sonotrode, horn penguat amplitudo, sel alir, dan reaktor dengan berbagai ukuran, bentuk, dan geometri. Dengan perangkat ini, prosesor ultrasonik kami dapat dengan mudah disesuaikan secara optimal dengan kondisi proses yang diperlukan.
Untuk presipitasi dan sintesis dari bawah ke atas, Hielscher menawarkan sisipan sel alir yang unik – MultiPhaseCavitator MPC48. Dengan MultiPhaseCavitator, fase kedua (antisolven) diinjeksikan melalui 48 kanula halus langsung ke zona kavitasi ultrasonik, tempat fase tersebut tercampur ke dalam fase pertama dalam hitungan milidetik. Hasilnya, nanopartikel homogen terpresipitasi.
Sonikasi berdaya tinggi dari laboratorium dan aplikasi tipe meja hingga produksi industri.
Literatur/referensi
- Hewlings, SJ; Kalman, DS (2017): Kurkumin: Tinjauan Efeknya terhadap Kesehatan Manusia. Makanan. 2017 Okt; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Particle formation pathways and polymorphism of curcumin induced by ultrasound and additives during liquid antisolvent precipitation. CrystEngComm, 2014, 16, 11.102-11.114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Peningkatan skala, pengoptimalan, dan analisis stabilitas nanopartikel kompleks Curcumin C3 untuk terapi kanker. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Fakta yang Perlu Diketahui
Kurkumin
Kurkumin adalah senyawa kimia berwarna kuning yang ditemukan dalam kunyit. Kunyit merupakan tumbuhan herba menahun berimpang (Curcuma longa) dari keluarga jahe. Kurkumin merupakan polifenol yang diekstraksi dari rimpang dan banyak digunakan sebagai rempah. Bergantung pada asal dan kondisi tanah tempat tumbuhnya, kunyit mengandung 2%–9% kurkuminoid. Kurkumin adalah kurkuminoid utama dalam kunyit (Curcuma longa, Zingiberaceae). Kurkumin digunakan sebagai suplemen, senyawa obat, bahan tambahan penyedap dan pewarna makanan, serta bahan kosmetik.
Bentuk kurkumin yang dimurnikan, yang hanya terdiri atas tiga komponen utama berikut – kurkumin, bisdemetoksikurkumin, dan demetoksikurkumin – juga disebut kompleks kurkumin C3. Kurkumin murni dapat dipisahkan dari campuran C3 yang terdiri atas kurkumin, bisdemetoksikurkumin, dan demetoksikurkumin melalui kromatografi kolom.
Terkait sifat farmakologisnya, kurkumin murni yang tidak dimodifikasi memiliki masalah besar: karena kelarutannya dalam air rendah dan akibatnya bioavailabilitasnya rendah, kurkumin yang tidak dimodifikasi tidak dapat memberikan efek terapeutiknya, tetapi justru dimetabolisme dengan cepat di hati dan dinding usus. Untuk mengatasi rendahnya tingkat penyerapan kurkumin, molekul aktif dienkapsulasi dalam pembawa nano (misalnya liposom, nanosfer) atau dimuat pada kompleks nano (misalnya nanopartikel, kompleks fosfolipid, siklodekstrin, dan dispersi padat). Selain itu, bioavailabilitas kurkumin dapat ditingkatkan sekitar 2000% ketika dosisnya dikombinasikan dengan piperin, yang merupakan ekstrak lada hitam.
Berdasarkan fakta-fakta ini, kurkumin yang diformulasikan dalam bentuk nano (nanokurkumin) merupakan bentuk sediaan kurkumin pilihan karena kurkumin dalam bentuk nano mengatasi masalah penghantaran obat yang disebutkan di atas. Nanokurkumin dapat memberikan khasiat terapeutiknya berkat peningkatan penghantaran ke jaringan yang sakit, internalisasi yang lebih baik, dan berkurangnya eliminasi sistemik.
Kurkumin tersedia dalam berbagai bentuk penghantaran, termasuk bubuk, kapsul, tablet, salep, minuman bernutrisi, dan krim kosmetik.
Aplikasi Medis Kurkumin
Kurkumin telah diteliti secara luas karena beragam bentuk penggunaannya dalam pengobatan dan nutrisi. Penelitian menunjukkan bahwa kurkumin memiliki aktivitas antioksidan tinggi, yang menginduksi apoptosis sel, menghambat proliferasi, adhesi, dan motilitas sel, serta memberikan sifat antiangiogenesis dan antimikroba. Karena efek-efek ini, kurkumin digunakan sebagai obat untuk mengobati berbagai penyakit inflamasi, kanker, penyakit neurodegeneratif, penyakit kardiovaskular, serta diabetes.
Bentuk sediaan nano yang disiapkan secara ultrasonik dari kurkumin untuk terapi medis mencakup nanopartikel, liposom, misel, nanoemulsi, kompleks siklodekstrin, nanocakram, nanoserat, nanopartikel lipid padat, dan konjugat kurkumin. Bentuk sediaan berukuran nano ini mengatasi rendahnya bioavailabilitas kurkumin dan memungkinkan penghantaran obat kurkumin berpotensi tinggi secara terarah dan efektif.
Struktur Kimia Kurkumin
Kurkumin merupakan molekul simetris, yang juga dikenal sebagai diferuloil metana. Nama IUPAC kurkumin adalah (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione, dengan rumus kimia C21H20O6. Kristal kurkumin dapat muncul dalam berbagai bentuk, seperti monoklinik (berbentuk jarum), ortorombik (menyerupai butiran beras), dan bentuk amorf.