Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Precipitazione ultrasonica delle superparticelle di curcumina

  • Poiché la curcuma contiene solo il 2-9% in peso di curcuminoidi, è necessaria un'efficiente tecnica di estrazione o sintesi per ottenere una polvere potente dal punto di vista medico.
  • La precipitazione antisolvente ad ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per sintetizzare le particelle di curcumina.
  • La precipitazione ad ultrasuoni antisolvente può essere facilmente scalata fino alla produzione di grandi quantità di curcumina di alta qualità.

curcumina

La curcumina, un polifenolo, è un farmaco scarsamente solubile in acqua che si trova nella curcuma delle spezie a base di erbe (Curcuma longa). Ha potentissimi antiossidanti ed è noto per le sue proprietà antinfiammatorie, antitumorali, antimicrobiche e antimicrobiche. Soprattutto per la sua vasta gamma di attività chemiopreventive e chemioterapeutiche, la curcumina è usata come composto farmacologico preferito.
Come potente antiossidante, la curcumina aumenta l'attività sierica di antiossidanti come la superossido dismutasi (SOD) e pulisce e neutralizza i radicali liberi come l'ossigeno reattivo e le specie di azoto (ROS e RNS). Inoltre, aumenta l'attività degli enzimi antiossidanti propri dell'organismo. La curcumina è anche nota per abbassare le malattie cardiache e migliorare la funzione cerebrale. Grazie a queste molteplici proprietà medicinali benefiche, la curcumina è ampiamente usata come spezia, integratore e farmaco.

Ultrasuoni Liquido Antisolvente Precipitazioni

La precipitazione liquida antisolvente (LAS) ad ultrasuoni è una semplice e rapida tecnica di sintesi in un solo vaso per produrre nanoparticelle di curcumina con sovrastruttura ortorombica. La precipitazione ad ultrasuoni anti-solvente è un processo semplice, veloce e scalabile, che consente la precipitazione di curcumina di alta qualità nell'industria farmaceutica e alimentare.

Precipitazione ultrasonica di particelle di curcumina con sovrastruttura.

Ipotizzato meccanismo di formazione di superparticelle di curcumina in assenza e presenza di ultrasuoni senza stabilizzatori. Immagine © 2014 Thorat et al.

Protocollo di precipitazione ad ultrasuoni:

UP200Ht - un potente dispositivo portatile ad ultrasuoni.Per la precipitazione ultasonica di particelle di curcumina, una soluzione organica di curcumina in etanolo (5 mg/mL) viene aggiunta in 100mL di acqua contenente tensioattivo (0,02 % in peso in acqua) o senza tensioattivo. Come recipiente di reazione viene utilizzato un recipiente in vetro a doppia parete di circa 500 ml di volume, diametro 7 cm e rapporto L/D di 1,7. La temperatura della miscela viene mantenuta costantemente a 1ºC. Per il processo di precipitazione ad ultrasuoni, il sonotrodo dell'omogeneizzatore ad ultrasuoni come il UP200Ht o UP200St dotato di un sonotrodo S26d14 viene immerso nella miscela solvente-antisolvente. Con l'impostazione del 100% di ampiezza e 10min. sonicazione, la miscela si è dispersa.
Il tempo di sonicazione permette di manipolare il polimorfismo dei cristalli di cucrumina. Quando la durata della sonicazione è prolungata, la percentuale di particelle ortoombiche è aumentata. Ciò indica che un aumento dell'energia ultrasonica facilita la formazione di forme ortoombiche rispetto alla forma monoclino, indipendentemente dall'additivo utilizzato.
[cfr. Thorat et al. 2014]

L'estrazione ad ultrasuoni è utilizzata per isolare composti bioattivi come antiossidanti, adattogeni e antociani dalle piante.

UIP1000hdT – Processore ad ultrasuoni da 1kW per precipitazione API

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Migliore biodisponibilità grazie all'incapsulamento ad ultrasuoni

Poiché la curcumina è una molecola lipofila e scarsamente solubile in acqua (= idrofoba), ha una bassa biodisponibilità sistemica. Pertanto, è necessario preparare formulazioni di curcumina che ne aumentano la biodisponibilità. Per la preparazione di soluzioni acquose di curcumina, vengono aggiunti tensioattivi, lipidi, albumine, ciclodestrine, biopolimeri, ecc. per incapsulare o caricare le molecole di curcumina in liposomi, nanoparticelle e altri supporti di farmaci.
L'ultrasonicazione è una tecnica altamente efficiente e affidabile per formulare supporti farmacologici quali I Liposomiguscio del nucleo nanoparticellebiopolimeri e emulsioni doppie! Di seguito è riportato un protocollo esemplare per l'incapsulamento ultrasonico della curcumina.

Protocollo di incapsulamento della curcumina ad ultrasuoni:

Nanoparticelle di acido polilattico-glicolico (PLGA) caricate con curcumina.

  1. In primo luogo, il polimero PLGA viene disciolto in acetato di etile. La curcumina (15% p/p) viene aggiunta e lasciata sciogliere durante il vortexing intermittente della soluzione.
  2. La miscela solido in olio viene aggiunta ad una fase acquosa di PVA (w/v) per formare un'emulsione S-O/W. Quindi, la soluzione del farmaco/polimero in PVA viene vortexata a 8.000 giri/min.
  3. La soluzione risultante è sonicato per circa 300sec a 45% di ampiezza con un omogeneizzatore ad ultrasuoni come ad esempio UP200Ht o UP200St (200W, 26kHz). Subito dopo la sonicazione, l'emulsione viene versata nella fase acquosa (0,1% di PVA in acqua; 200mL) per diffusione in agitazione rapida con agitatore magnetico.
  4. Questa sospensione colloidale viene continuamente mescolata con un agitatore magnetico fino al completamento dell'evaporazione del solvente. Quindi, le nanoparticelle vengono raccolte per centrifugazione, lavate 3 volte con acqua distillata Milli Q. Infine, vengono risospesi in soluzione crioprotettiva (saccarosio (2% peso/peso) e trealosio (5% peso/peso), essiccati su un sistema di liofilizzatore ATR FD3.0 e possono essere conservati a 4°C per almeno 6 mesi.

[cfr. Ranjan et al. 2012]

Processori ad ultrasuoni per la precipitazione e la formulazione della curcumina

Hielscher Ultrasonics offre apparecchiature a ultrasuoni ad alte prestazioni per la sintesi di nanoparticelle (es. API) e l'estrazione di composti botanici. La nostra gamma di prodotti comprende sofisticati ultrasuoni da laboratorio, da banco e industriali, che consentono lo sviluppo di applicazioni dalla piccola scala alla scala commerciale. Tutti i risultati ottenuti nei test di laboratorio e pilota possono essere scalati in scala completamente lineare fino al livello di produzione commerciale. Tutti i sistemi sono costruiti per un funzionamento 24/7, robusti e facili da usare.
La serie UIPxxxxxxxxhdT comprende i nostri sistemi a ultrasuoni industriali, che possono essere utilizzati per l'ottimizzazione dei processi e la produzione industriale. I nostri sistemi industriali sono disponibili come 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) e 16.000 W (UIP16000, il più potente ultrasuoni al mondo). Ultrasuoni Hielscher’ I processori a ultrasuoni industriali possono funzionare in continuo 24/7 ad ampiezze molto elevate fino a 200µm. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento affidabile 24 ore su 24 in ambienti gravosi ed esigenti.
Per tutti i nostri sistemi ad ultrasuoni, offriamo un'ampia gamma di accessori come sonotrodi, trombe di richiamo, celle di flusso e reattori di varie dimensioni, forme e geometrie. Con questi strumenti è possibile adattare facilmente e in modo ottimale i nostri processori ad ultrasuoni alle condizioni di processo richieste.
InsertMPC48 con 48 cannule fini, che iniettano la seconda fase dell'emulsione direttamente nella zona di cavitazione ultrasonica.Per la precipitazione e la sintesi dal basso verso l'alto, Hielscher offre un inserto unico di cellule di flusso – Gli MultiPhaseCavitator MPC48. Con MultiPhaseCavitator, la seconda fase (anti-solvente) viene iniettata attraverso 48 sottili cannule direttamente nella zona di cavitazione ultrasonica, dove viene miscelata in pochi millisecondi nella prima fase. Come risultato, le nano-particelle omogenee vengono precipitate.

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Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni.

Potente sonicazione da laboratorio e da banco fino alla produzione industriale.

Letteratura/riferimenti



Particolarità / Cose da sapere

curcumina

La precipitazione ultrasonica della curcumina è una tecnica altamente efficiente per produrre nanocurcumina con sovrastruttura.La curcumina è un composto chimico di colore giallo che si trova nella curcuma. La curcuma è una pianta erbacea perenne rizomatosa (Curcuma longa) della famiglia dello zenzero. La curcumina è un polifenolo che viene estratto dai rizomi e ampiamente usato come spezia. A seconda dell'origine e delle condizioni del suolo in cui viene coltivata, la curcuma contiene il 2%-9% di curcuminoidi. La curcumina è il principale curcuminoide della curcuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). È usato come integratore, composto medicinale, additivo colorante e ingrediente cosmetico.
Una forma purificata di curcumina, che consiste solo dei seguenti tre componenti principali – curcumina, bisdimetossicurcumina e demetossicurcumina – è indicato anche come complesso di curcumina C3. La curcumina pura può essere separata dalla miscela C3 di curcumina, bisdimetossi curcumina e demetossi curcumina mediante cromatografia in colonna.
Per quanto riguarda le sue proprietà farmacologiche, la curcumina pura non modificata ha un grosso problema: a causa della sua scarsa solubilità in acqua e quindi della scarsa biodisponibilità, la curcumina non modificata non è in grado di potenziare i suoi effetti terapeutici, ma viene rapidamente metabolizzata nel fegato e nella parete intestinale. Per superare il basso tasso di assorbimento della curcumina, le molecole attive sono incapsulate in nano vettori (ad es. I Liposominanosfere) o caricati su nanocomplessi (ad es. nanoparticellecomplessi di fosfolipidi, ciclodestrine e dispersioni solide). Inoltre, la biodisponibilità della curcumina può essere aumentata di circa il 2000% quando il suo dosaggio è combinato con la piperina, che è un estratto di pepe nero.
A causa di questi fatti, la curcumina (nanocurcumina) è la forma di dosaggio preferito della curcumina, poiché la curcumina in nanoforma supera i suddetti problemi di somministrazione dei farmaci. La nanocurcumina può racchiudere le sue proprietà terapeutiche grazie ad una migliore veicolazione al tessuto malato, una migliore internalizzazione e una riduzione dell'eliminazione sistemica.
La curcumina è disponibile in diverse forme di somministrazione, tra cui polveri, capsule, compresse, unguenti, bevande nutrizionali e creme cosmetiche.

Applicazioni mediche della curcumina

La curcumina è stata ampiamente studiata per le sue molteplici forme d'uso in medicina e nutrizione. La ricerca ha dimostrato che la curcumina ha un'elevata attività antiossidante, che induce l'apoptosi cellulare, inibisce la proliferazione cellulare, l'adesione e la motilità delle cellule e offre proprietà antiangiogenesi e antimicrobiche. A causa di questi effetti, la curcumina viene applicata come farmaco per il trattamento di varie malattie infiammatorie, tumori, malattie neurodegenerative, malattie cardiovascolari e diabete.
Forme di nano-amministrazione preparate per via ultrasonica di curcumina per la terapia medica includono nanoparticelle, liposomi, micelle, nanoemulsioni, complessi di ciclodestrine, nanodischi, nanofibre, nanoparticelle di lipidi solidi e coniugati di curcumina. Queste forme di dosaggio di dimensioni nanometriche superano la scarsa biodisponibilità della curcumina e consentono la somministrazione mirata ed efficace di un potente farmaco a base di curcumina.

Struttura chimica della curcumina

La curcumina è una molecola simmetrica, nota anche come diferuloyl metano. Il nome IUPAC della curcumina è(1E,6E,6E)-1,7-bis(4-idrossi-3-metossifenil)-1,6-eptadiene-3,5-dione, con formula chimica C21H20O6. I cristalli di curcumina possono apparire in forme diverse, come la forma monoclino (acicolare), ortoombica (come il chicco di riso) e amorfa.