クルクミン超微粒子の超音波沈殿法
- ウコンにはクルクミノイドが2～9wt％しか含まれていないため、医薬的に強力な粉末を得るには効率的な抽出または合成技術が必要である。
- 超音波補助溶媒沈殿は、クルクミン粒子を合成するための非常に効率的な方法である。
- 超音波抗溶媒沈殿は、高品質のクルクミンを大量に生産するために容易にスケールアップできる。
クルクミン
ポリフェノールの一種であるクルクミンは、ハーブスパイスのターメリック(クルクマ・ロンガ).クルクミンは非常に強力な抗酸化物質を有し、抗炎症、抗がん、抗真菌、抗菌作用で知られている。特に、その幅広い化学予防および化学治療活性のために、クルクミンは好ましい薬剤化合物として使用されている。
強力な抗酸化物質であるクルクミンは、スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）などの抗酸化物質の血清活性を高め、活性酸素や窒素種（ROSやRNS）などのフリーラジカルを消去・中和する。さらに、体内の抗酸化酵素の活性を高めます。クルクミンはまた、心臓病を低下させ、脳機能を改善することでも知られている。これらの様々な有益な薬効により、クルクミンはスパイス、サプリメント、医薬品として広く使用されている。
超音波液体アンチソルベント析出法
超音波アシスト液体アンチソルベント（LAS）沈殿は、斜方晶系の超構造を有するクルクミンナノ粒子を製造するための、シンプルで迅速なワンポット合成技術である。超音波アンチソルベント沈殿は、シンプルで高速かつスケーラブルなプロセスであり、製薬および食品産業における高品質のクルクミンの沈殿を可能にする。
超音波非存在下および安定剤非存在下におけるクルクミンスーパーパーティクルの形成メカニズムの仮説。写真 © 2014 Thorat et al.
超音波沈殿プロトコル：
クルクミン粒子の超音波沈殿は、クルクミンのエタノール中有機溶液（5 mg/mL）を界面活性剤（水中0.02 wt%）を含む100 mLの水、または界面活性剤を含まない100 mLの水に加える。反応容器には、容量約500mL、直径7cm、L/D比1.7のジャケット付きガラス容器を使用。混合物の温度は常に1℃に保たれている。超音波沈殿工程では、超音波ホモジナイザーのソノトロードを使用する。 UP200Ht または UP200St S26d14ソノトロードを溶媒-溶媒混合液に浸す。100％の振幅設定と10分間の超音波処理で、混合物は分散した。
超音波処理時間によって、クルクミン結晶の多形を操作することができる。超音波処理時間を長くすると、斜方晶粒子の割合が増加する。このことは、超音波エネルギーの増加は、使用する添加剤に関係なく、単斜晶よりも斜方晶の形成を促進することを示している。
[参照：Thorat et al.］
UIP1000hdT – API沈殿用1kW超音波プロセッサー
超音波カプセル化によるバイオアベイラビリティの向上
クルクミンは親油性分子であり、水に溶けにくい（＝疎水性）ため、全身的な生物学的利用能は低い。したがって、生物学的利用能を高めるクルクミン製剤を調製する必要がある。クルクミン水溶液の調製には、界面活性剤、脂質、アルブミン、シクロデキストリン、生体高分子などを添加し、クルクミン分子をリポソーム、ナノ粒子、その他の薬物担体に封入または担持させる。
超音波処理は、次のような薬物キャリアを処方するための非常に効率的で信頼性の高い技術である。 リポソームコアシェル ナノ粒子バイオポリマーと ダブルエマルジョン!クルクミンを超音波カプセル化するための模範的なプロトコルを以下に示す。
超音波クルクミンカプセル化プロトコル：
クルクミン担持ポリ乳酸-グリコール酸（PLGA）ナノ粒子
- まず、PLGAポリマーを酢酸エチルに溶解する。クルクミン（15％w/w）を添加し、溶液を断続的にボルテックスしながら溶解させる。
- 油中固体混合物をPVA（w/v）の水相に加え、S-O/Wエマルションを形成する。次に、PVA中の薬物／ポリマーの溶液を8,000rpmでボルテックスする。
- 得られた溶液を、以下のような超音波ホモジナイザーを用いて、振幅45%で約300秒間超音波処理する。 UP200Ht または UP200St (200W、26kHz）。超音波処理後すぐに、エマルジョンを水相（水中0.1％PVA；200mL）に注ぎ、マグネチックスターラーで急速に攪拌しながら拡散させる。
- このコロイド懸濁液を、溶媒の蒸発が完了するまでマグネチックスターラーで撹拌し続ける。その後、遠心分離によってナノ粒子を回収し、蒸留ミリQ水で3回洗浄する。最後に、凍結保護液（スクロース（2％w/w）およびトレハロース（5％w/w））に再懸濁し、凍結乾燥機ATR FD3.0システムで乾燥させ、4℃で少なくとも6ヶ月間保存できる。
[Ranjan et al.］
クルクミンの沈殿と製剤化のための超音波プロセッサー
Hielscher Ultrasonics社は、ナノ粒子（原薬など）の合成や植物化合物の抽出のための高性能超音波装置を提供しています。当社の製品レンジには、洗練されたラボ用、ベンチトップ用、工業用超音波装置があり、小規模から商業規模までのアプリケーション開発が可能です。ラボ試験やパイロット試験で得られた結果はすべて、商業生産レベルまで完全にリニアにスケールアップすることができます。すべてのシステムは、24時間365日稼動するように設計されており、堅牢で使いやすくなっています。
UIPxxxxhdTシリーズは、ベンチトップ、プロセス最適化、工業生産に使用できる工業用グレードの超音波システムです。産業用システムには以下のものがあります。 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10,000W (uip10000) そして 16,000W (UIP16000、世界で最も強力な超音波発生器).ヒールシャー超音波’ 工業用超音波プロセッサーは、最大200µmの超高振幅で24時間連続運転が可能です。さらに高い振幅を得るために、Hielscherはカスタマイズされた超音波ソノトロードを提供しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷や過酷な環境下でも24時間連続運転が可能です。
すべての超音波システムに、ソノトロード、ブースターホーン、フローセル、リアクターなど、さまざまなサイズ、形状、形状のアクセサリーをご用意しています。これらのツールにより、当社の超音波プロセッサーを必要なプロセス条件に最適に適合させることが容易になります。
沈殿とボトムアップ合成のために、Hielscherはユニークなフローセルインサートを提供します。 – について マルチフェーズキャビテーター MPC48.MultiPhaseCavitatorでは、第2相（反溶媒）は48個の微細なカニューレを介して超音波キャビテーションゾーンに直接注入され、数ミリ秒以内に第1相と混合される。その結果、均質なナノ粒子が沈殿します。
ラボやベンチトップから工業生産まで、パワフルな超音波処理。
文献／参考文献
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017)：クルクミン：A Review of Its' Effects on Human Health.Foods.2017 Oct; 6(10)：92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014)：液状溶媒沈殿中に超音波と添加物によって誘導されるクルクミンの粒子形成経路と多形性。CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K.: (2012)： がん治療のためのクルクミンC3複合体担持ナノ粒子のスケールアップ、最適化および安定性解析。 Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
知っておくべき事実
クルクミン
クルクミンはウコンに含まれる黄色い化合物である。ウコンは根茎性の草本性多年草である(クルクマ・ロンガ)のショウガ科の植物である。クルクミンは根茎から抽出されるポリフェノールの一種で、香辛料として広く利用されている。原産地や栽培地の土壌条件にもよるが、ウコンには2％～9％のクルクミノイドが含まれている。クルクミンはウコンの主要なクルクミノイドである(ジンチョウゲ科クルクマ・ロンガ属).サプリメント、医薬品、食品香料、着色添加物、化粧品原料として使用される。
クルクミンを精製したもので、次の3つの主成分のみからなる。 – クルクミン、ビスデメトキシクルクミン、デメトキシクルクミン – はクルクミンC3複合体とも呼ばれる。純粋なクルクミンは、カラムクロマトグラフィーによって、クルクミン、ビスジメトキシクルクミンおよびデメトキシクルクミンのC3混合物から分離することができる。
その薬理学的特性に関して、純粋な非修飾クルクミンには大きな問題がある。水溶性が低く、それによって生物学的利用能が低いため、非修飾クルクミンはその治療効果を包み込むことができず、肝臓や腸壁で急速に代謝される。クルクミンの吸収率の低さを克服するために、活性分子をナノキャリア（例えば、以下のようなもの）にカプセル化している。 リポソームナノスフェア)、またはナノ複合体(例. ナノ粒子リン脂質の複合体、シクロデキストリン、固体分散体）。さらに、クルクミンのバイオアベイラビリティは、その投与量が黒コショウ抽出物であるピペリンと組み合わされることにより、約2000％増加させることができる。
これらの事実のため、ナノ形態のクルクミン（ナノクルクミン）は、前述の薬物送達の問題を克服するため、クルクミンの好ましい投与形態である。ナノクルクミンは、疾患組織への送達が改善され、体内への取り込みが良くなり、全身への排泄が減少するため、その治療特性を拡大することができる。
クルクミンは、粉末、カプセル、錠剤、軟膏、栄養ドリンク、美容クリームなど、さまざまな形態で提供されている。
クルクミンの医療応用
クルクミンは、医学や栄養学においてその多様な利用形態が広く研究されている。研究によると、クルクミンは高い抗酸化活性を有し、細胞アポトーシスを誘導し、細胞増殖を抑制し、細胞接着および運動性を阻害し、抗血管新生および抗菌特性を提供することが示されている。これらの効果により、クルクミンは様々な炎症性疾患、癌、神経変性疾患、心血管疾患、糖尿病の治療薬として応用されている。
超音波で調製したナノ投与フォーム 医療治療のためのクルクミンの投与形態には、ナノ粒子、リポソーム、ミセル、ナノエマルジョン、シクロデキストリン複合体、ナノディスク、ナノファイバー、固体脂質ナノ粒子、クルクミン結合体などがある。これらのナノサイズの剤形は、クルクミンの生物学的利用能の低さを克服し、非常に強力なクルクミン薬の標的を絞った効果的な送達を可能にする。
クルクミンの化学構造
クルクミンは対称分子であり、ジフェルロイルメタンとしても知られている。クルクミンのIUPAC名は(1E,6E)-1,7-ビス(4-ヒドロキシ-3-メトキシフェニル)-1,6-ヘプタジエン-3,5-ジオンで、化学式はC21H20O6.クルクミンの結晶は、単斜晶（針状）、斜方晶（米粒のような）、非晶質など、さまざまな形で現れる。