Ultraschallfällung vu Curcumin-Superpartikelen
- Well Kurkuma nëmmen 2–9 wt% Curcuminoiden enthält, ass eng effizient Extraktiouns- oder Synthesetechnik néideg, fir e medezinesch héichwierksaamt Pudder ze kréien.
- Duerch Ultraschall ënnerstëtzte Fällung mat engem Antiléisungsmëttel ass eng héicheffizient Method fir d’Synthes vu Curcumin-Partikelen.
- D’Ultraschallfällung mat engem Antiléisungsmëttel kann einfach op d’Produktioun vu grousse Quantitéiten u qualitativ héichwäertegem Curcumin eropskaléiert ginn.
Curcumin
Curcumin, e Polyphenol, ass e schlecht waasserléisleche Wierkstoff, deen am Gewierz Kurkuma virkënnt (Curcuma longa). Et huet héichwierksam Antioxidantien an ass fir seng entzündungshemmend, kriibshemmend, pilzhemmend an antimikrobiell Eegenschafte bekannt. Besonnesch wéinst sengem breede Spektrum u chemopräventiven a chemotherapeutesche Wierkunge gëtt Curcumin als bevorzugte medezinesche Wierkstoff agesat.
Als staarken Antioxidant erhéicht Curcumin d’Serumaktivitéit vun Antioxidantie wéi Superoxiddismutas (SOD) a fänkt fräi Radikale wéi reaktiv Sauerstoff- a Stéckstoffspezies (ROS a RNS) of an neutraliséiert se. Ausserdeem verstäerkt et d’Aktivitéit vun de kierpereegenen antioxidativen Enzymen. Curcumin ass och dofir bekannt, Häerzkrankheeten ze reduzéieren an d’Gehierfunktioun ze verbesseren. Wéinst dëse villfältege gënschtege medezineschen Eegenschafte gëtt Curcumin vill als Gewierz, Nahrungsergänzungsmëttel a Medikament benotzt.
Ultraschallfällung mat engem flëssegen Antiléisungsmëttel
Déi duerch Ultraschall ënnerstëtzte Fällung mat engem flëssegen Antiléisungsmëttel (LAS) ass eng einfach a séier Eendëppen-Synthesetechnik fir Curcumin-Nanopartikele mat enger orthorhombescher Superstruktur hierzestellen. D’Ultraschallfällung mat engem Antiléisungsmëttel ass en einfachen, séieren a skaléierbare Prozess, deen d’Fällung vu qualitativ héichwäertegem Curcumin an der Pharma- a Liewensmëttelindustrie erméiglecht.
Ugehollene Mechanismus vun der Bildung vu Curcumin-Superpartikelen ouni a mat Ultraschall, ouni Stabilisatoren. Bild © 2014 Thorat et al.
Protokoll fir d’Ultraschallfällung:
Fir d’Ultraschallfällung vu Curcumin-Partikele gëtt eng organesch Léisung vu Curcumin an Ethanol (5 mg/mL) zu 100mL Waasser mat engem Tensid (0,02 wt% am Waasser) oder ouni Tensid bäiginn. Als Reaktiounsgefääss gëtt e Glasgefääss mat Mantel, engem Volume vun ongeféier 500mL, engem Duerchmiesser vu 7cm an engem L/D-Verhältnes vun 1,7 benotzt. D’Temperatur vun der Mëschung gëtt konstant op 1ºC gehalen. Fir den Ultraschallfällungsprozess gëtt d’Sonotrod vun engem Ultraschallhomogenisator wéi dem UP200Ht oder UP200St , dee mat enger S26d14-Sonotrod equipéiert ass, an d’Léisungsmëttel-Antiléisungsmëttel-Mëschung agedaucht. Bei enger Astellung vun 100% Amplitud an enger Ultraschallbehandlung vun 10min. gëtt d’Mëschung dispergéiert.
D’Dauer vun der Ultraschallbehandlung erméiglecht et, de Polymorphismus vun de Curcumin-Kristallen ze beaflossen. Wann d’Dauer vun der Ultraschallbehandlung verlängert gëtt, klëmmt de Prozentsaz vun orthorhombesche Partikelen. Dëst weist drop hin, datt eng Erhéijung vun der Ultraschallenergie d’Bildung vun der orthorhombescher Form géintiwwer der monokliner Form begënschtegt, onofhängeg vum benotzten Zousazstoff.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW Ultraschallprozessor fir d’Fällung vun APIen
Verbessert Bioverfügbarkeet duerch Ultraschallverkapselung
Well Curcumin e lipophilt Moleküll ass a sech schlecht a Waasser opléist (= hydrophob), huet et eng niddreg systemesch Bioverfügbarkeet. Dofir ass et néideg, Curcumin-Formuléierungen hierzestellen, déi seng Bioverfügbarkeet erhéijen. Fir wässereg Curcumin-Léisungen hierzestelle ginn Tensiden, Lipiden, Albuminnen, Cyclodextrinnen, Biopolymeren asw. bäiginn, fir d’Curcumin-Moleküllen a Liposomen, Nanopartikelen an aner Wierkstoffdréier anzeschléissen oder dës domat ze belueden.
D’Ultraschallbehandlung ass eng héicheffizient an zouverlässeg Technik fir d’Formuléierung vu Wierkstoffdréier wéi Liposomen, Kär-Schuel- Nanopartikelen, Biopolymeren an Duebelemulsiounen! Hei drënner fannt Dir e Beispillprotokoll fir d’Ultraschallverkapselung vu Curcumin.
Protokoll fir d’Ultraschallverkapselung vu Curcumin:
Mat Curcumin belueden Nanopartikelen aus Polymëllechsaier-co-Glykolsäier (PLGA)
- Als Éischt gëtt de PLGA-Polymer an Ethylacetat opgeléist. Curcumin (15% w/w) gëtt bäiginn an opgeléist, wärend d’Léisung tëschenduerch ëmmer nees mat engem Vortexmëscher gemëscht gëtt.
- D’Feststoff-an-Ueleg-Mëschung gëtt zu enger wässerlecher Phas vu PVA (w/v) bäigefüügt, fir eng S-O/W-Emulsioun ze bilden. Duerno gëtt d’Léisung vum Wierkstoff/Polymer am PVA bei 8.000 rpm mat engem Vortexmëscher gemëscht.
- Déi entstane Léisung gëtt ongeféier 300sec laang bei enger Amplitud vu 45% mat engem Ultraschallhomogenisator wéi dem UP200Ht oder dem UP200St (200W, 26kHz) beschallt. Direkt no der Beschallung gëtt d’Emulsioun fir d’Diffusioun an déi wässerlech Phas (0,1% PVA am Waasser; 200mL) gegoss, wärend se mat engem Magnéitréierer séier geréiert gëtt.
- Dës kolloidal Suspensioun gëtt kontinuéierlech mat engem Magnéitréierer geréiert, bis d’Léisungsmëttel komplett verdonst ass. Duerno ginn d’Nanopartikelen duerch Zentrifugatioun gesammelt an 3 Mol mat destilléiertem Milli Q-Waasser gewäsch. Zum Schluss gi se an enger Gefréierschutzléisung (Saccharose (2 %w/w) an Trehalose (5% w/w)) resuspendéiert, an engem ATR FD3.0-Gefréierdréchner gedréchent a kënne bei 4°C op d’mannst 6 Méint gelagert ginn.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Ultraschallprozessoren fir d’Ausfällung an d’Formuléierung vu Curcumin
Hielscher Ultrasonics bitt leeschtungsstaark Ultraschallapparater fir d’Synthes vun Nanopartikelen (z. B. APIen) an d’Extraktioun vu planzleche Verbindungen. Eis Produktpalette ëmfaasst sophistikéiert Ultraschallapparater fir de Labo, de Labordësch an d’Industrie, déi d’Entwécklung vun Uwendunge vum klenge bis zum kommerzielle Moossstaf erméiglechen. All Resultater aus Labo- a Pilotversich kënne komplett linear op de kommerzielle Produktiounsmoossstaf eropskaléiert ginn. All Systemer si fir de 24/7-Betrib gebaut, robust an einfach ze bedéngen.
D’Serie UIPxxxxhdT ëmfaasst eis Ultraschallsystemer vun industrieller Qualitéit, déi um Labordësch, fir d’Prozessoptimiséierung an an der industrieller Produktioun agesat kënne ginn. Eis Industriesystemer si verfügbar als 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) an 16.000W (UIP16000, de weltwäit leeschtungsstäerksten Ultraschallapparat). Déi industriell Ultraschallprozessore vun Hielscher Ultrasonics kënne kontinuéierlech 24/7 bei ganz héijen Amplitude vu bis zu 200µm bedriwwe ginn. Fir nach méi héich Amplitudë bitt Hielscher personaliséiert Ultraschallsonotroden. D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht en zouverlässege Betrib ronderëm d’Auer ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
Fir all eis Ultraschallsystemer bidde mir eng breet Palette vun Accessoirë wéi Sonotroden, Booster-Haren, Duerchflosszellen a Reakteren a verschiddene Gréissten, Formen a Geometrien. Mat dësen Hëllefsmëttel kënnen eis Ultraschallprozessoren einfach optimal un déi erfuerderlech Prozessbedéngungen ugepasst ginn.
Fir d’Ausfällung an d’Bottom-up-Synthes bitt Hielscher en eenzegaartegen Asaz fir Duerchflosszellen – de MultiPhaseCavitator MPC48. Mam MultiPhaseCavitator gëtt déi zweet Phas (Antiléisungsmëttel) iwwer 48 fein Kanüllen direkt an d’Ultraschallkavitatiounszon agesprëtzt, wou se bannent Millisekonne mat der éischter Phas vermëscht gëtt. Als Resultat ginn homogen Nanopartikelen ausgefällt.
Leeschtungsstaark Beschallung vum Labo a vum Labordësch bis zur industrieller Produktioun.
Literatur/Referenzen
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: En Iwwerbléck iwwer seng Auswierkungen op d’mënschlech Gesondheet. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Weeër vun der Partikelbildung a Polymorphismus vu Curcumin, déi duerch Ultraschall an Zousazstoffer bei der Ausfällung mat flëssegem Antiléisungsmëttel induzéiert ginn. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Eropskaléierung, Optimiséierung a Stabilitéitsanalys vun Nanopartikelen, déi mam Curcumin-C3-Komplex beluede sinn, fir d’Kriibstherapie. Zäitschrëft fir Nanobiotechnologie 2012, 10:38.
Wëssenswäert Fakten
Curcumin
Curcumin ass eng giel cheemesch Verbindung, déi a Kurkuma virkënnt. Kurkuma ass eng méijäreg krauteg Planz mat Rhizomen (Curcuma longa) aus der Famill vun den Ingwerplanzen. Curcumin ass e Polyphenol, deen aus de Rhizomen extrahéiert gëtt a breet als Gewierz benotzt gëtt. Jee no Hierkonft an de Buedembedéngungen, ënner deenen et ugebaut gëtt, enthält Kurkuma 2%–9% Curcuminoiden. Curcumin ass den Haaptcurcuminoid vu Kurkuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). Et gëtt als Nahrungsergänzungsmëttel, medezinesche Wierkstoff, Aroma- a Faarfzousaz fir Liewensmëttel souwéi als kosmeteschen Inhaltsstoff benotzt.
Eng gereinegt Form vu Curcumin, déi nëmmen aus de folgenden dräi Haaptkomponente besteet – Curcumin, Bisdemethoxycurcumin an Demethoxycurcumin – gëtt och als Curcumin-C3-Komplex bezeechent. Réngt Curcumin kann duerch Sailenchromatographie aus der C3-Mëschung aus Curcumin, Bisdemethoxycurcumin an Demethoxycurcumin getrennt ginn.
Wat seng pharmakologesch Eegenschaften ugeet, huet réngt, net modifizéiert Curcumin e grousse Problem: Wéinst senger schlechter Waasserléislechkeet an der doduerch bedéngter gerénger Bioverfügbarkeet kann net modifizéiert Curcumin seng therapeutesch Wierkungen net entfalen, mee gëtt séier an der Liewer an an der Daarmwand metaboliséiert. Fir déi geréng Absorptiounsquot vu Curcumin ze iwwerwannen, ginn déi aktiv Moleküllen an Nanodréier agekapselt (z. B. Liposome, Nanosphären) oder op Nanokomplexer gelueden (z. B. Nanopartikelen, Komplexer aus Phospholipiden, Cyclodextrinnen a fest Dispersiounen). Ausserdeem kann d’Bioverfügbarkeet vu Curcumin ëm ongeféier 2000% erhéicht ginn, wa seng Dosis mat Piperin kombinéiert gëtt, engem Extrait aus schwaarzem Peffer.
Wéinst dëse Fakte gëtt Curcumin an enger Nanoformuléierung (Nanocurcumin) als Doséierungsform vu Curcumin bevorzugt, well Curcumin an Nanoform déi virdru genannte Problemer bei der Wierkstoffzouféierung iwwerwannt. Nanocurcumin kann seng therapeutesch Eegenschaften duerch eng verbessert Zouféierung an dat krankt Geweebe, eng besser Opnam an d’Zellen an eng reduzéiert systemesch Eliminatioun entfalen.
Curcumin ass a verschiddene Verabreechungsforme verfügbar, dorënner Pudder, Kapselen, Pëllen, Salben, Ernärungsdrénken a kosmetesch Cremen.
Medezinesch Uwendunge vu Curcumin
Curcumin gouf am Hibléck op seng villfälteg Asazformen an der Medezin an an der Ernärung ëmfaassend ënnersicht. Fuerschungen hu gewisen, datt Curcumin eng héich antioxidativ Aktivitéit huet, déi Zellapoptose ausléist, d’Zellproliferatioun, d’Zelladhäsioun an d’Zellmotilitéit hemmt an antiangiogen an antimikrobiell Eegenschaften huet. Wéinst dëse Wierkunge gëtt Curcumin als Medikament fir d’Behandlung vu verschiddenen entzündleche Krankheeten, Kriibserkrankungen, neurodegenerative Krankheeten, Häerz-Kreeslaf-Krankheeten an och Diabetis agesat.
Mat Ultraschall hiergestallt Nano-Verabreechungsformen vu Curcumin fir medezinesch Therapien ëmfaassen Nanopartikelen, Liposomen, Mizellen, Nanoemulsiounen, Cyclodextrin-Komplexer, Nanoscheiwen, Nanofaseren, fest Lipidnanopartikelen a Curcumin-Konjugater. Dës Doséierungsformen an Nanogréisst iwwerwannen déi geréng Bioverfügbarkeet vu Curcumin an erméiglechen déi geziilt an effektiv Zouféierung vun engem héich potente Curcumin-Medikament.
Cheemesch Struktur vu Curcumin
Curcumin ass e symmetrescht Moleküll, dat och als Diferuloylmethan bekannt ass. Den IUPAC-Numm vu Curcumin ass (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione, mat der cheemescher Formel C21H20O6. Curcumin-Kristaller kënnen a verschiddene Formen optrieden, wéi monoklin (nodelefërmeg), orthorhombesch (räiskärefërmeg) an amorph.