კურკუმინის სუპერნაწილაკების ულტრაბგერითი დალექვა
- რადგან კურკუმა შეიცავს მხოლოდ 2-9 wt% კურკუმინოიდებს, სამკურნალოდ ეფექტური ფხვნილის მისაღებად საჭიროა ექსტრაქციის ან სინთეზის ეფექტური მეთოდი.
- ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ანტიმხსნელით დალექვა კურკუმინის ნაწილაკების სინთეზის მაღალეფექტური მეთოდია.
- ულტრაბგერითი ანტიმხსნელის დალექვა მარტივად მასშტაბირდება მაღალი ხარისხის კურკუმინის დიდი რაოდენობის წარმოებაში.
კურკუმინი
კურკუმინი, პოლიფენოლი, არის წყალში ცუდად გახსნადი წამალი, რომელიც მცენარეულ სანელებელ კურკუმაშია ნაპოვნი (Curcuma longa). ის შეიცავს მაღალპოტენტურ ანტიოქსიდანტებს და ცნობილია თავისი ანთების საწინააღმდეგო, ანტიკანცეროგენული, ანტიფუნგალური და ანტიმიკრობული თვისებებით. განსაკუთრებით ქემოპრევენციული და ქემოთერაპიული აქტივობების ფართო სპექტრის გამო, კურკუმინი გამოიყენება, როგორც პრეფერირებული წამლის კომპონენტი.
როგორც პოტენტური ანტიოქსიდანტი, კურკუმინი ზრდის სისხლში ანტიოქსიდანტების, როგორიცაა სუპეროქსიდ დისმუტაზა (SOD), აქტივობას და ანეიტრალებს თავისუფალ რადიკალებს, როგორიცაა რეაქტიული ჟანგბადისა და აზოტის სახეობები (ROS და RNS). გარდა ამისა, ის აძლიერებს ორგანიზმის საკუთარი ანტიოქსიდანტური ფერმენტების აქტივობას. კურკუმინი ასევე ცნობილია, როგორც გულის დაავადებების შემცირებისა და გონებრივი ფუნქციის გაუმჯობესების საშუალება. ამ მრავალმხრივი სასარგებლო სამედიცინო თვისებების გამო, კურკუმინი ფართოდ გამოიყენება, როგორც სანელებელი, დამატება და წამალი.
ულტრაბგერითი დალექვა თხევადი ანტიმხსნელით
ულტრაბგერით ხელშეწყობილი თხევადი ანტიმხსნელით (LAS) დალექვა მარტივი და სწრაფი, ერთ ჭურჭელში მიმდინარე სინთეზის მეთოდია ორთორომბული სუპერსტრუქტურის მქონე კურკუმინის ნანონაწილაკების მისაღებად. ულტრაბგერითი დალექვა ანტიმხსნელით მარტივი, სწრაფი და მასშტაბირებადი პროცესია, რომელიც ფარმაცევტულ და კვების მრეწველობაში მაღალი ხარისხის კურკუმინის დალექვის საშუალებას იძლევა.
კურკუმინის სუპერნაწილაკების წარმოქმნის ჰიპოთეზური მექანიზმი ულტრაბგერის არარსებობისა და არსებობის პირობებში, სტაბილიზატორების გარეშე. სურათი © 2014 Thorat et al.
ულტრაბგერითი დალექვის პროტოკოლი:
კურკუმინის ნაწილაკების ულტრაბგერითი დალექვისთვის კურკუმინის ორგანული ხსნარი ეთანოლში (5 mg/mL) ემატება 100mL წყალს, რომელიც შეიცავს ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებას (0,02 wt% წყალში), ან წყალს ასეთი ნივთიერების გარეშე. სარეაქციო ჭურჭლად გამოიყენება თბოცვლის პერანგით აღჭურვილი მინის ჭურჭელი, რომლის მოცულობა დაახლოებით 500mL-ია, დიამეტრი – 7cm, ხოლო L/D თანაფარდობა – 1,7. ნარევის ტემპერატურა მუდმივად ნარჩუნდება 1ºC-ზე. ულტრაბგერითი დალექვის პროცესისთვის გამოიყენება ისეთი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის სონოტროდი, როგორიცაა UP200Ht ან UP200St S26d14 სონოტროდით, ჩაეშვება მხსნელი-ანტიმხსნელის ნარევში. 100% ამპლიტუდის პარამეტრზე და 10min. ულტრაბგერითი დამუშავებისას, ნარევი დისპერგირდება.
ულტრაბგერითი დამუშავების ხანგრძლივობა კურკუმინის კრისტალების პოლიმორფიზმის მართვის საშუალებას იძლევა. ულტრაბგერითი დამუშავების ხანგრძლივობის ზრდასთან ერთად ორთორომბული ნაწილაკების პროცენტული წილი იზრდება. ეს მიუთითებს, რომ ულტრაბგერითი ენერგიის ზრდა მონოკლინურთან შედარებით უპირატესად ორთორომბული ფორმის წარმოქმნას უწყობს ხელს, გამოყენებული დანამატის მიუხედავად.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ულტრაბგერითი პროცესორი API-ის დალექვისთვის
გაუმჯობესებული ბიოშეღწევადობა ულტრაბგერითი ინკაფსულირების გზით
რადგან კურკუმინი ლიპოფილური მოლეკულაა და წყალში ცუდად იხსნება (= ჰიდროფობურია), მას დაბალი სისტემური ბიოშეღწევადობა აქვს. ამიტომ აუცილებელია კურკუმინის ისეთი ფორმულაციების მომზადება, რომლებიც მის ბიოშეღწევადობას გაზრდის. კურკუმინის წყალხსნარების მოსამზადებლად ამატებენ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებს, ლიპიდებს, ალბუმინებს, ციკლოდექსტრინებს, ბიოპოლიმერებს და სხვ., რათა კურკუმინის მოლეკულები ინკაფსულირდეს ან ჩაიტვირთოს ლიპოსომებში, ნანონაწილაკებსა და წამლის სხვა მატარებლებში.
ულტრაბგერითი დამუშავება მაღალეფექტური და საიმედო მეთოდია წამლის ისეთი მატარებლების შესაქმნელად, როგორიცაა ლიპოსომები, ბირთვ-გარსის სტრუქტურის მქონე ნანონაწილაკები, ბიოპოლიმერები და ორმაგი ემულსიები! ქვემოთ იხილეთ კურკუმინის ულტრაბგერითი ინკაფსულირების მაგალითური პროტოკოლი.
ულტრაბგერითი კურკუმინის ინკაფსულირების პროტოკოლი:
კურკუმინით დატვირთული რძემჟავასა და გლიკოლის მჟავას კოპოლიმერის (PLGA) ნანონაწილაკები
- თავდაპირველად PLGA პოლიმერი იხსნება ეთილაცეტატში. ემატება კურკუმინი (15% w/w), რომელსაც გახსნის საშუალებას აძლევენ ხსნარის პერიოდული ვორტექსული შერევით.
- ზეთში დისპერგირებული მყარი ნივთიერების ნარევი ემატება PVA-ს წყლიან ფაზას (w/v), რათა წარმოიქმნას S-O/W ემულსია. შემდეგ წამლის/პოლიმერის ხსნარი PVA-ში ვორტექსული შემრევით ირევა 8,000 rpm სიჩქარით.
- მიღებული ხსნარი დამუშავდება ულტრაბგერით დაახლოებით 300წმ განმავლობაში 45% ამპლიტუდით ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის გამოყენებით, როგორიცაა UP200Ht ან UP200St (200W, 26kHz). ულტრაბგერითი დამუშავების დასრულებისთანავე ემულსია დიფუზიისთვის ჩაისხმება წყლიან ფაზაში (0,1% PVA წყალში; 200mL), მაგნიტური შემრევით სწრაფი მორევის პირობებში.
- ამ კოლოიდურ სუსპენზიას უწყვეტად ურევენ მაგნიტური შემრევით გამხსნელის აორთქლების დასრულებამდე. შემდეგ ნანონაწილაკებს აგროვებენ ცენტრიფუგირებით და 3-ჯერ რეცხავენ დისტილირებული Milli Q წყლით. ბოლოს მათ ხელახლა ასუსპენზირებენ კრიოპროტექტორულ ხსნარში (საქაროზა (2 %w/w) და ტრეჰალოზა (5% w/w)), აშრობენ ATR FD3.0 ლიოფილიზატორის სისტემაში და ინახავენ 4°C-ზე სულ მცირე 6 თვის განმავლობაში.
[იხ. Ranjan et al. 2012]
ულტრაბგერითი პროცესორები კურკუმინის დალექვისა და ფორმულაციების მომზადებისთვის
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ მაღალეფექტურ ულტრაბგერით აპარატურას ნანონაწილაკების (მაგ. API) სინთეზისა და მცენარეული ნაერთების ექსტრაქციისთვის. ჩვენი პროდუქციის ასორტიმენტი მოიცავს თანამედროვე ლაბორატორიულ, მაგიდაზე დასადგმელ და სამრეწველო ულტრაბგერით აპარატებს, რაც მცირე მასშტაბიდან კომერციულ მასშტაბამდე გამოყენების პროცესების შემუშავების საშუალებას იძლევა. ლაბორატორიულ და საპილოტე გამოცდებში მიღებული ყველა შედეგის სრულად ხაზოვანი მასშტაბირება შესაძლებელია კომერციული წარმოების დონემდე. ყველა სისტემა განკუთვნილია 24/7 მუშაობისთვის, გამძლეა და ადვილად გამოსაყენებელი.
UIPxxxxhdT სერია მოიცავს ჩვენს სამრეწველო კლასის ულტრაბგერით სისტემებს, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნეს მაგიდის მასშტაბის სამუშაოებისთვის, პროცესის ოპტიმიზაციისა და სამრეწველო წარმოებისთვის. ჩვენი სამრეწველო სისტემები ხელმისაწვდომია შემდეგი სიმძლავრეებით: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) და 16 000W (UIP16000, მსოფლიოში ყველაზე მძლავრი ულტრაბგერითი აპარატი). Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ უწყვეტად, 24/7 მუშაობა ძალიან მაღალ ამპლიტუდებზე, 200µm-მდე. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის Hielscher გთავაზობთ ინდივიდუალურად დამზადებულ ულტრაბგერით სონოტროდებს. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატურის გამძლეობა უზრუნველყოფს საიმედო სადღეღამისო მუშაობას მაღალი დატვირთვისა და რთული გარემო პირობების დროს.
ჩვენი ყველა ულტრაბგერითი სისტემისთვის გთავაზობთ აქსესუარების ფართო სპექტრს, როგორიცაა სონოტროდები, ამპლიტუდის გამაძლიერებლები, სხვადასხვა ზომის, ფორმისა და გეომეტრიის გამდინარე უჯრედები და რეაქტორები. ამ საშუალებებით მარტივად ხდება ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორების ოპტიმალური მორგება პროცესის საჭირო პირობებზე.
დალექვისა და აღმავალი სინთეზისთვის Hielscher გთავაზობთ გამდინარე უჯრედის უნიკალურ ჩანართს – MultiPhaseCavitator MPC48. MultiPhaseCavitator-ის გამოყენებით მეორე ფაზა (ანტიმხსნელი) 48 წვრილი კანულის საშუალებით პირდაპირ ულტრაბგერითი კავიტაციის ზონაში შეჰყავთ, სადაც ის მილიწამებში ერევა პირველ ფაზას. შედეგად ილექება ერთგვაროვანი ნანონაწილაკები.
მძლავრი ულტრაბგერითი დამუშავება ლაბორატორიული და მაგიდის მასშტაბიდან სამრეწველო წარმოებამდე.
ლიტერატურა/წყაროები
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): კურკუმინი: ადამიანის ჯანმრთელობაზე მისი ზემოქმედების მიმოხილვა. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): ნაწილაკების წარმოქმნის გზები და კურკუმინის პოლიმორფიზმი, რომლებიც გამოწვეულია ულტრაბგერითა და დანამატებით თხევადი ანტიმხსნელით დალექვის დროს. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): კიბოს თერაპიისთვის Curcumin C3 კომპლექსით დატვირთული ნანონაწილაკების მასშტაბირება, ოპტიმიზაცია და სტაბილურობის ანალიზი. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
კურკუმინი
კურკუმინი ყვითელი ფერის ქიმიური ნაერთია, რომელიც კურკუმაში გვხვდება. კურკუმა ფესურიანი ბალახოვანი მრავალწლიანი მცენარეა (Curcuma longa) ჯანჯაფილისებრთა ოჯახიდან. კურკუმინი პოლიფენოლია, რომელიც ფესურებიდან ექსტრაქციით მიიღება და ფართოდ გამოიყენება როგორც სანელებელი. წარმოშობისა და იმ ნიადაგის პირობების მიხედვით, სადაც იზრდება, კურკუმა შეიცავს 2%–9% კურკუმინოიდებს. კურკუმინი კურკუმის მთავარი კურკუმინოიდია (Curcuma longa, Zingiberaceae). ის გამოიყენება როგორც საკვები დანამატი, სამკურნალო ნაერთი, საკვების არომატიზატორი და საღებავი დანამატი, ასევე კოსმეტიკური ინგრედიენტი.
კურკუმინის გაწმენდილი ფორმა, რომელიც შედგება მხოლოდ შემდეგი სამი ძირითადი კომპონენტისგან – კურკუმინის, ბისდემეთოქსიკურკუმინისა და დემეთოქსიკურკუმინისგან – ასევე ცნობილია როგორც კურკუმინ C3 კომპლექსი. სუფთა კურკუმინი შეიძლება გამოიყოს კურკუმინის, ბისდემეთოქსიკურკუმინისა და დემეთოქსიკურკუმინის C3 ნარევიდან სვეტური ქრომატოგრაფიის გზით.
ფარმაკოლოგიური თვისებების თვალსაზრისით, სუფთა, არამოდიფიცირებულ კურკუმინს მნიშვნელოვანი პრობლემა აქვს: წყალში ცუდი ხსნადობისა და, შესაბამისად, დაბალი ბიოშეღწევადობის გამო არამოდიფიცირებული კურკუმინი ვერ ავლენს თავის თერაპიულ ეფექტებს და სწრაფად მეტაბოლიზდება ღვიძლსა და ნაწლავის კედელში. კურკუმინის დაბალი შეწოვის დასაძლევად აქტიური მოლეკულები ინკაფსულირდება ნანომატარებლებში (მაგ. ლიპოსომები, ნანოსფეროები) ან დაიტვირთება ნანო-კომპლექსებზე (მაგ. ნანონაწილაკები, ფოსფოლიპიდების, ციკლოდექსტრინებისა და მყარი დისპერსიების კომპლექსები). გარდა ამისა, კურკუმინის ბიოშეღწევადობა შეიძლება გაიზარდოს დაახლოებით 2000%-ით, როდესაც მისი დოზირება კომბინირდება პიპერინთან, რომელიც შავი წიწაკის ექსტრაქტია.
ამ ფაქტების გამო, ნანო-ფორმულირებული კურკუმინი (ნანოკურკუმინი) არის კურკუმინის პრეფერირებული დოზირების ფორმა, რადგან კურკუმინი ნანოფორმაში აღმოფხვრის ზემოთ ხსენებულ წამლის მიწოდების პრობლემებს. ნანოკურკუმინი შეუძლია გამოავლინოს თერაპიული თვისებები დაავადებულ ქსოვილში მიწოდების გაუმჯობესების, უკეთესი ინტერნალიზაციისა და სისტემური ელიმინაციის შემცირების გამო.
კურკუმინი ხელმისაწვდომია მიწოდების მრავალ ფორმაში, მათ შორის ფხვნილებში, კაფსულებში, ტაბლეტებში, მაზებში, კვებით სასმელებში და კოსმეტიკურ კრემებში.
კურკუმინის სამედიცინო გამოყენებები
კურკუმინი ფართოდ არის შესწავლილი მისი მრავალფეროვანი გამოყენების ფორმებისთვის მედიცინასა და კვებაში. კვლევამ აჩვენა, რომ კურკუმინს აქვს მაღალი ანტიოქსიდანტური აქტივობა, რაც იწვევს უჯრედულ აპოპტოზს, აფერხებს უჯრედულ პროლიფერაციას, უჯრედულ ადჰეზიასა და მოძრაობას, და ავლენს ანტიანგიოგენეზურ და ანტიმიკრობულ თვისებებს. ამ ეფექტების გამო, კურკუმინი გამოიყენება როგორც წამალი სხვადასხვა ანთებითი დაავადებების, კანცერის, ნეიროდეგენერაციული დაავადებების, გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების, ასევე დიაბეტის სამკურნალოდ.
ულტრაბგერითად მომზადებული ნანომიწოდების ფორმები კურკუმინის სამედიცინო თერაპიისთვის მოიცავს ნანონაწილაკებს, ლიპოსომებს, მიცელებს, ნანოემულსიებს, ციკლოდექსტრინის კომპლექსებს, ნანოდისკებს, ნანოფიბრებს, მყარ ლიპიდურ ნანონაწილაკებს და კურკუმინის კონიუგატებს. ეს ნანოზომიერი დოზირების ფორმები გადალახავს კურკუმინის ცუდ ბიოშეღწევადობას და შესაძლებელს ხდის მაღალპოტენციური კურკუმინის წამლის მიზნობრივ და ეფექტურ მიწოდებას.
კურკუმინის ქიმიური სტრუქტურა
კურკუმინი არის სიმეტრიული მოლეკულა, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც დიფერულოილ მეთანი. კურკუმინის IUPAC სახელია (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione, ქიმიური ფორმულით C21H20O6. კურკუმინის კრისტალები შეიძლება გამოჩნდეს სხვადასხვა ფორმით, როგორიცაა მონოკლინური (ნემსისებრი), ორთორომბული (ბრინჯის მარცვლის მსგავსი) და ამორფული ფორმა.