Precipitazione a ultrasuoni di superparticelle di curcumina
- Poiché la curcuma contiene solo il 2-9% in peso di curcuminoidi, è necessaria una tecnica di estrazione o sintesi efficiente per ottenere una polvere potente dal punto di vista medico.
- La precipitazione in antisolvente assistita da ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per sintetizzare particelle di curcumina.
- La precipitazione ad ultrasuoni con antisolvente può essere facilmente scalata per la produzione di grandi quantità di curcumina di alta qualità.
curcumina
La curcumina, un polifenolo, è un farmaco scarsamente idrosolubile presente nella spezia erboristica curcuma (Curcuma longa). Ha antiossidanti molto potenti ed è nota per le sue proprietà antinfiammatorie, antitumorali, antifungine e antimicrobiche. Soprattutto per la sua ampia gamma di attività chemiopreventive e chemioterapiche, la curcumina è utilizzata come composto farmacologico preferito.
In quanto potente antiossidante, la curcumina aumenta l'attività sierica di antiossidanti come la superossido dismutasi (SOD) e neutralizza i radicali liberi come le specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (ROS e RNS). Inoltre, potenzia l'attività degli enzimi antiossidanti dell'organismo. La curcumina è anche nota per ridurre le malattie cardiache e migliorare le funzioni cerebrali. Grazie a queste molteplici proprietà medicinali, la curcumina è ampiamente utilizzata come spezia, integratore e farmaco.
Precipitazione ad ultrasuoni di antisolventi liquidi
La precipitazione con antisolvente liquido (LAS) a ultrasuoni è una tecnica di sintesi one-pot semplice e rapida per produrre nanoparticelle di curcumina con sovrastruttura ortorombica. La precipitazione con antisolvente a ultrasuoni è un processo semplice, veloce e scalabile, che consente la precipitazione di curcumina di alta qualità nell'industria farmaceutica e alimentare.
Meccanismo ipotizzato di formazione di superparticelle di curcumina in assenza e presenza di ultrasuoni senza stabilizzatori. Immagine © 2014 Thorat et al.
Protocollo di precipitazione a ultrasuoni:
Per la precipitazione ultrafonica delle particelle di curcumina, una soluzione organica di curcumina in etanolo (5 mg/mL) viene aggiunta in 100mL di acqua contenente tensioattivo (0,02 wt% in acqua) o senza tensioattivo. Come recipiente di reazione, si utilizza un recipiente di vetro incamiciato di circa 500 mL di volume, 7 cm di diametro e un rapporto L/D di 1,7. La temperatura della miscela viene mantenuta costantemente a 1ºC. Per il processo di precipitazione a ultrasuoni, il sonotrodo dell'omogeneizzatore a ultrasuoni come il UP200Ht o UP200St dotato di un sonotrodo S26d14 viene immerso nella miscela solvente-antisolvente. Con un'impostazione di ampiezza del 100% e una sonicazione di 10 minuti, la miscela si è dispersa.
Il tempo di sonicazione consente di manipolare il polimorfismo dei cristalli di cucrumina. Quando la durata della sonicazione è prolungata, la percentuale di particelle ortorombiche aumenta. Ciò indica che un aumento dell'energia ultrasonica facilita la formazione della forma ortorombica rispetto a quella monoclina, indipendentemente dall'additivo utilizzato.
[cfr. Thorat et al. 2014].
UIP1000hdT – Processore a ultrasuoni da 1 kW per la precipitazione di API
Miglioramento della biodisponibilità grazie all'incapsulamento a ultrasuoni
Poiché la curcumina è una molecola lipofila e scarsamente dissolvibile in acqua (= idrofoba), ha una bassa biodisponibilità sistemica. Pertanto, è necessario preparare formulazioni di curcumina che ne aumentino la biodisponibilità. Per la preparazione di soluzioni acquose di curcumina, vengono aggiunti tensioattivi, lipidi, albumine, ciclodestrine, biopolimeri ecc. al fine di incapsulare o caricare le molecole di curcumina in liposomi, nanoparticelle e altri vettori farmacologici.
L'ultrasonicazione è una tecnica altamente efficiente e affidabile per formulare vettori di farmaci come I Liposomi, core-shell Nanoparticelle, biopolimeri e emulsioni doppie! Di seguito è riportato un protocollo esemplare per l'incapsulamento a ultrasuoni della curcumina.
Protocollo di incapsulamento della curcumina a ultrasuoni:
Nanoparticelle di acido polilattico-co-glicolico (PLGA) caricate con curcumina
- In primo luogo, il polimero PLGA viene sciolto in acetato di etile. Si aggiunge la curcumina (15% p/p) e si lascia sciogliere agitando la soluzione a intermittenza.
- La miscela solido-in-olio viene aggiunta a una fase acquosa di PVA (w/v) per formare un'emulsione S-O/W. Quindi, la soluzione di farmaco/polimero in PVA viene sottoposta a vortex a 8.000 giri al minuto.
- La soluzione ottenuta viene sonicata per circa 300 secondi al 45% di ampiezza con un omogeneizzatore a ultrasuoni, ad esempio UP200Ht o UP200St (200W, 26kHz). Subito dopo la sonicazione, l'emulsione è stata versata nella fase acquosa (0,1% PVA in acqua; 200mL) per la diffusione sotto agitazione rapida con un agitatore magnetico.
- Questa sospensione colloidale viene continuamente agitata 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 risospese in una soluzione crioprotettrice (saccarosio (2% p/p) e trealosio (5% p/p)), essiccate su un liofilizzatore ATR FD3.0 e conservate a 4°C per almeno 6 mesi.
[cfr. Ranjan et al. 2012].
Processori a ultrasuoni per la precipitazione e la formulazione della curcumina
Hielscher Ultrasonics offre apparecchiature a ultrasuoni ad alte prestazioni per la sintesi di nanoparticelle (ad esempio API) e l'estrazione di composti botanici. La nostra gamma di prodotti comprende sofisticati ultrasuonatori da laboratorio, da banco e industriali, che consentono lo sviluppo di applicazioni dalla piccola alla scala commerciale. Tutti i risultati ottenuti in laboratorio e nei test pilota possono essere scalati in modo completamente lineare a livello di produzione commerciale. Tutti i sistemi sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, sono robusti e facili da usare.
La serie UIPxxxxhdT comprende i nostri sistemi a ultrasuoni di livello industriale, che possono essere utilizzati per la produzione da banco, 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 16.000W (UIP16000, l'ultrasuonatore più potente al mondo). Hielscher Ultrasuoni’ I processori industriali a ultrasuoni possono funzionare ininterrottamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con ampiezze molto elevate, fino a 200 µm. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento affidabile 24 ore su 24 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Per tutti i nostri sistemi a ultrasuoni, offriamo un'ampia gamma di accessori come sonotrodi, trombe di rilancio, celle di flusso e reattori di varie dimensioni, forme e geometrie. Con questi strumenti, è facile adattare i nostri processori a ultrasuoni in modo ottimale alle condizioni di processo richieste.
Per la precipitazione e la sintesi dal basso verso l'alto, Hielscher offre un inserto unico nella cella a flusso – Gli Cavitatore multifase MPC48. Con il MultiPhaseCavitator, la seconda fase (antisolvente) viene iniettata attraverso 48 canule sottili direttamente nella zona di cavitazione a ultrasuoni, dove viene miscelata in pochi millisecondi alla prima fase. Il risultato è la precipitazione di nano-particelle omogenee.
Potente sonicazione da laboratorio e da banco fino alla produzione industriale.
Letteratura/riferimenti
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumina: A Review of Its' Effects on Human Health. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Percorsi di formazione delle particelle e polimorfismo della curcumina indotti dagli ultrasuoni e dagli additivi durante la precipitazione con antisolvente liquido. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Scale up, ottimizzazione e analisi della stabilità di nanoparticelle caricate con il complesso Curcumina C3 per la terapia del cancro. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Particolarità / Cose da sapere
curcumina
La curcumina è un composto chimico di colore giallo presente nella curcuma. La curcuma è una pianta erbacea perenne rizomatosa (Curcuma longa) della famiglia dello zenzero. La curcumina è un polifenolo estratto dai rizomi e ampiamente utilizzato come spezia. A seconda della sua origine e delle condizioni del terreno in cui viene coltivata, la curcuma contiene dal 2% al 9% di curcuminoidi. La curcumina è il principale curcuminoide della curcuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). Viene utilizzato come integratore, composto medicinale, additivo colorante per alimenti e ingrediente cosmetico.
Una forma purificata di curcumina, che consiste solo dei seguenti tre componenti principali – curcumina, bisdemetossicurcumina e demetossicurcumina – è anche definito complesso C3 della curcumina. La curcumina pura può essere separata dalla miscela C3 di curcumina, curcumina bisdemetossi e curcumina demetossi mediante cromatografia su colonna.
Per quanto riguarda le sue proprietà farmacologiche, la curcumina pura e non modificata ha un grosso problema: a causa della sua scarsa idrosolubilità e quindi della scarsa biodisponibilità, la curcumina non modificata non può esplicare i suoi effetti terapeutici, ma viene rapidamente metabolizzata nel fegato e nella parete intestinale. Per ovviare al basso tasso di assorbimento della curcumina, le molecole attive vengono incapsulate in nano vettori (ad es. I Liposomi, nanosfere) o caricati su nano-complessi (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, un estratto di pepe nero.
Per questi motivi, la curcumina nano-formulata (nanocurcumina) è la forma di dosaggio preferita della curcumina, poiché la curcumina in nanoforma supera i problemi di rilascio del farmaco sopra menzionati. La nanocurcumina è in grado di estendere le sue proprietà terapeutiche grazie a una migliore somministrazione ai tessuti malati, a una migliore internalizzazione e a una ridotta 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 di utilizzo in medicina e in nutrizione. Le ricerche hanno dimostrato che la curcumina ha un'elevata attività antiossidante, che induce l'apoptosi cellulare, inibisce la proliferazione cellulare, contrasta l'adesione e la motilità delle cellule e offre proprietà anti-angiogenesi e anti-microbiche. Grazie a questi effetti, la curcumina viene utilizzata come farmaco per il trattamento di varie malattie infiammatorie, tumori, malattie neurodegenerative, malattie cardiovascolari e diabete.
Forme di nano-amministrazione preparate ad ultrasuoni di curcumina per la terapia medica includono nanoparticelle, liposomi, micelle, nanoemulsioni, complessi di ciclodestrine, nanodischi, nanofibre, nanoparticelle lipidiche solide e coniugati di curcumina. Queste forme di dosaggio di dimensioni nanometriche superano la scarsa biodisponibilità della curcumina e consentono una somministrazione mirata ed efficace di un farmaco altamente potente come la curcumina.
Struttura chimica della curcumina
La curcumina è una molecola simmetrica, nota anche come diferuloil metano. Il nome IUPAC della curcumina è(1E,6E)-1,7-bis(4-idrossi-3-metossifenil)-1,6-eptadiene-3,5-dione, con formula chimica C21H20O6. I cristalli di curcumina possono assumere forme diverse, come quella monoclinica (aciculare), quella ortorombica (simile a un chicco di riso) e quella amorfa.