Ultradźwiękowe wytrącanie supercząstek kurkuminy

• Ponieważ kurkuma zawiera tylko 2-9% wagowych kurkuminoidów, do uzyskania proszku o silnym działaniu medycznym niezbędna jest skuteczna technika ekstrakcji lub syntezy.
• Ultradźwiękowo wspomagane wytrącanie antyrozpuszczalnikowe jest wysoce skuteczną metodą syntezy cząstek kurkuminy.
• Ultradźwiękowe wytrącanie antyrozpuszczalnikowe można łatwo skalować do produkcji dużych ilości wysokiej jakości kurkuminy.

kurkumina

Kurkumina, polifenol, jest słabo rozpuszczalnym w wodzie lekiem występującym w kurkumie (Curcuma longa). Kurkumina ma silne właściwości przeciwutleniające i jest znana ze swoich właściwości przeciwzapalnych, przeciwnowotworowych, przeciwgrzybiczych i przeciwdrobnoustrojowych. Szczególnie ze względu na szeroki zakres działań chemoprewencyjnych i chemoterapeutycznych, kurkumina jest stosowana jako preferowany związek leczniczy.
Jako silny przeciwutleniacz, kurkumina zwiększa aktywność przeciwutleniaczy w surowicy, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) oraz zmiata i neutralizuje wolne rodniki, takie jak reaktywne formy tlenu i azotu (ROS i RNS). Ponadto zwiększa aktywność własnych enzymów antyoksydacyjnych organizmu. Kurkumina jest również znana z obniżania poziomu chorób serca i poprawy funkcji mózgu. Ze względu na te różnorodne korzystne właściwości lecznicze, kurkumina jest szeroko stosowana jako przyprawa, suplement i lek.

Ultradźwiękowe wytrącanie ciekłego antyrozpuszczalnika

Wytrącanie ciekłego antyrozpuszczalnika (LAS) wspomagane ultradźwiękami jest prostą i szybką techniką syntezy jednopotowej w celu wytworzenia nanocząstek kurkuminy o nadstrukturze rombowej. Ultradźwiękowe wytrącanie antyrozpuszczalnikowe jest prostym, szybkim i skalowalnym procesem, który pozwala na wytrącanie wysokiej jakości kurkuminy w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.

Hipotetyczny mechanizm powstawania supercząstek kurkuminy w nieobecności i obecności ultradźwięków bez stabilizatorów. Zdjęcie © 2014 Thorat et al.

Protokół wytrącania ultradźwiękowego:

Do ultradźwiękowego wytrącania cząstek kurkuminy, organiczny roztwór kurkuminy w etanolu (5 mg/ml) dodaje się do 100 ml wody zawierającej środek powierzchniowo czynny (0,02% wag. w wodzie) lub bez środka powierzchniowo czynnego. Jako naczynie reakcyjne stosuje się szklane naczynie z płaszczem o objętości około 500 ml, średnicy 7 cm i stosunku L / D wynoszącym 1,7. Temperatura mieszaniny jest stale utrzymywana na poziomie 1ºC. W procesie wytrącania ultradźwiękowego, sonotroda homogenizatora ultradźwiękowego, takiego jak UP200Ht lub UP200St wyposażony w sonotrodę S26d14 jest zanurzony w mieszaninie rozpuszczalnik-rozpuszczalnik. Przy 100% ustawieniu amplitudy i 10 minutach sonikacji mieszanina uległa rozproszeniu.
Czas sonikacji pozwala na manipulowanie polimorfizmem kryształów kukrkuminy. Gdy czas trwania sonikacji jest przedłużony, zwiększa się procent cząstek ortorombowych. Wskazuje to, że wzrost energii ultradźwiękowej ułatwia tworzenie się postaci ortorombowej nad postacią jednoskośną, niezależnie od zastosowanego dodatku.
[por. Thorat et al. 2014].

Zwiększona biodostępność dzięki kapsułkowaniu ultradźwiękowemu

Ponieważ kurkumina jest cząsteczką lipofilową i słabo rozpuszczalną w wodzie (= hydrofobową), ma niską ogólnoustrojową biodostępność. Dlatego konieczne jest przygotowanie preparatów kurkuminy, które zwiększają jej biodostępność. Do przygotowania wodnych roztworów kurkuminy dodaje się środki powierzchniowo czynne, lipidy, albuminy, cyklodekstryny, biopolimery itp. w celu enkapsulacji lub załadowania cząsteczek kurkuminy do liposomów, nanocząstek i innych nośników leków.
Ultradźwięki są wysoce skuteczną i niezawodną techniką formułowania nośników leków, takich jak liposomyrdzeń-powłoka nanocząstkibiopolimery i podwójne emulsje! Poniżej znajduje się przykładowy protokół ultradźwiękowej enkapsulacji kurkuminy.

Ultradźwiękowy protokół kapsułkowania kurkuminy:

Nanocząsteczki kwasu polimlekowego-co-glikolowego (PLGA) z kurkuminą

1. Najpierw polimer PLGA rozpuszcza się w octanie etylu. Dodaje się kurkuminę (15% w/w) i pozostawia do rozpuszczenia, jednocześnie worteksując roztwór z przerwami.
2. Mieszanina ciała stałego w oleju jest dodawana do fazy wodnej PVA (w/v) w celu utworzenia emulsji S-O/W. Następnie roztwór leku/polimeru w PVA jest worteksowany z prędkością 8000 obrotów na minutę.
3. Otrzymany roztwór poddaje się działaniu ultradźwięków przez około 300 sekund przy amplitudzie 45% za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego, takiego jak UP200Ht lub UP200St (200W, 26kHz). Natychmiast po sonikacji emulsję wlewa się do fazy wodnej (0,1% PVA w wodzie; 200 ml) w celu dyfuzji przy szybkim mieszaniu za pomocą mieszadła magnetycznego.
4. Ta koloidalna zawiesina jest stale mieszana za pomocą mieszadła magnetycznego, aż do zakończenia odparowywania rozpuszczalnika. Następnie nanocząstki są zbierane przez odwirowanie, przemywane 3 razy destylowaną wodą Milli Q. Na koniec są one ponownie zawieszane w roztworze krioprotektanta (sacharoza (2% w/w) i trehaloza (5% w/w)), suszone w liofilizatorze ATR FD3.0 i mogą być przechowywane w temperaturze 4°C przez co najmniej 6 miesięcy.

[por. Ranjan et al. 2012].

Procesory ultradźwiękowe do wytrącania i formowania kurkuminy

Hielscher Ultrasonics oferuje wysokowydajny sprzęt ultradźwiękowy do syntezy nanocząstek (np. API) i ekstrakcji związków botanicznych. Nasza gama produktów obejmuje zaawansowane ultrasonografy laboratoryjne, stołowe i przemysłowe, co pozwala na rozwój aplikacji od małej do komercyjnej skali. Wszystkie wyniki uzyskane w testach laboratoryjnych i pilotażowych mogą być całkowicie skalowane liniowo do poziomu produkcji komercyjnej. Wszystkie systemy są zbudowane do pracy w trybie 24/7, solidne i łatwe w użyciu.
Seria UIPxxxxhdT obejmuje nasze systemy ultradźwiękowe klasy przemysłowej, które mogą być wykorzystywane do badań laboratoryjnych, optymalizacji procesów i produkcji przemysłowej. Nasze systemy przemysłowe są dostępne jako 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) i 16,000W (UIP16000, najpotężniejszy ultradźwiękowiec na świecie). Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą pracować w trybie ciągłym 24/7 przy bardzo wysokich amplitudach do 200µm. Dla jeszcze wyższych amplitud, Hielscher oferuje niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na niezawodną pracę przez całą dobę przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Dla wszystkich naszych systemów ultradźwiękowych oferujemy szeroką gamę akcesoriów, takich jak sonotrody, klaksony wspomagające, komory przepływowe i reaktory o różnych rozmiarach, kształtach i geometriach. Dzięki tym narzędziom można łatwo dostosować nasze procesory ultradźwiękowe optymalnie do wymaganych warunków procesowych.
W przypadku wytrącania i syntezy oddolnej firma Hielscher oferuje unikalny wkład do celi przepływowej – The Kawitator wielofazowy MPC48. W urządzeniu MultiPhaseCavitator druga faza (antyrozpuszczalnik) jest wtryskiwana przez 48 drobnych kanalików bezpośrednio do strefy kawitacji ultradźwiękowej, gdzie jest mieszana w ciągu milisekund z pierwszą fazą. W rezultacie wytrącają się jednorodne nanocząstki.