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.
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:
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]
UIP1000hdT – Processore ad ultrasuoni da 1kW per precipitazione API
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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.
Potente sonicazione da laboratorio e da banco fino alla produzione industriale.
Letteratura/riferimenti
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumina: Una rassegna dei suoi effetti sulla salute umana. Cibo. 2017 ottobre; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Percorsi di formazione di particelle e polimorfismo della curcumina indotta da ultrasuoni e additivi durante la precipitazione di liquidi antisolvente. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Scalabilità, ottimizzazione e analisi di stabilità di nanoparticelle di Curcumina C3 caricate in modo complesso per la terapia del cancro. Rivista di Nanobiotecnologie 2012, 10:38.
Particolarità / Cose da sapere
curcumina
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.