Precipitação ultra-sónica de superpartículas de curcumina
- Uma vez que a curcuma contém apenas 2-9% em peso de curcuminóides, é necessária uma técnica de extração ou síntese eficiente para obter um pó medicinalmente potente.
- A precipitação antisolvente assistida por ultra-sons é um método altamente eficiente para sintetizar partículas de curcumina.
- A precipitação antisolvente ultra-sónica pode ser facilmente ampliada para a produção de grandes quantidades de curcumina de alta qualidade.
curcumina
A curcumina, um polifenol, é um fármaco pouco solúvel em água que se encontra na especiaria à base de plantas curcuma (Curcuma longa). Possui antioxidantes altamente potentes e é conhecida pelas suas propriedades anti-inflamatórias, anti-cancerígenas, anti-fúngicas e antimicrobianas. Especialmente devido à sua vasta gama de actividades quimiopreventivas e quimioterapêuticas, a curcumina é utilizada como um composto medicamentoso preferencial.
Sendo um potente antioxidante, a curcumina aumenta a atividade sérica de antioxidantes como a superóxido dismutase (SOD) e elimina e neutraliza os radicais livres como as espécies reactivas de oxigénio e de azoto (ROS e RNS). Além disso, aumenta a atividade das enzimas antioxidantes do próprio organismo. A curcumina é também conhecida por reduzir as doenças cardíacas e melhorar a função cerebral. Devido a estas múltiplas propriedades medicinais benéficas, a curcumina é amplamente utilizada como especiaria, suplemento e medicamento.
Precipitação de anti-solventes líquidos por ultra-sons
A precipitação de anti-solvente líquido ultrassonicamente assistida (LAS) é uma técnica de síntese simples e rápida de um pote para produzir nanopartículas de curcumina com superestrutura ortorrômbica. A precipitação anti-solvente ultra-sónica é um processo simples, rápido e escalável, que permite a precipitação de curcumina de alta qualidade na indústria farmacêutica e alimentar.
Mecanismo hipotético de formação de superpartículas de curcumina na ausência e presença de ultra-sons sem estabilizadores. Imagem © 2014 Thorat et al.
Protocolo de precipitação por ultra-sons:
Para a precipitação ultasónica das partículas de curcumina, adiciona-se uma solução orgânica de curcumina em etanol (5 mg/mL) a 100mL de água contendo surfactante (0,02 wt% em água) ou sem surfactante. Como recipiente de reação, é utilizado um recipiente de vidro encamisado com cerca de 500 ml de volume, 7 cm de diâmetro e uma relação L/D de 1,7. A temperatura da mistura é mantida constantemente a 1ºC. Para o processo de precipitação ultra-sónica, o sonotrodo do homogeneizador ultrassónico, tal como o UP200Ht OU UP200St equipado com um sonotrodo S26d14 é imerso na mistura solvente-antisolvente. A 100% de ajuste de amplitude e 10min. de sonicação, a mistura dispersa-se.
O tempo de sonicação permite manipular o polimorfismo dos cristais de cucrcumina. Quando a duração da sonicação é prolongada, a percentagem de partículas ortorrômbicas aumenta. Isto indica que um aumento da energia ultra-sónica facilita a formação da forma ortorrômbica sobre a forma monoclínica, independentemente do aditivo utilizado.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdt – Processador ultrassónico de 1kW para precipitação API
Biodisponibilidade melhorada por encapsulamento ultrassónico
Uma vez que a curcumina é uma molécula lipofílica e pouco dissolvível em água (= hidrofóbica), tem uma baixa biodisponibilidade sistémica. Por conseguinte, é necessário preparar formulações de curcumina que aumentem a sua biodisponibilidade. Para a preparação de soluções aquosas de curcumina, são adicionados tensioactivos, lípidos, albuminas, ciclodextrinas, biopolímeros, etc., a fim de encapsular ou carregar as moléculas de curcumina em lipossomas, nanopartículas e outros transportadores de fármacos.
Ultrassom é uma técnica altamente eficiente e confiável para formular transportadores de drogas, tais como Lipossomas, núcleo-casca Nanopartículasbiopolímeros e emulsões duplas! Veja abaixo um protocolo exemplar para o encapsulamento ultrassónico da curcumina.
Protocolo de encapsulamento de curcumina por ultra-sons:
Nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) carregadas com curcumina
- Em primeiro lugar, o polímero PLGA é dissolvido em acetato de etilo. Adiciona-se curcumina (15% w/w) e deixa-se dissolver enquanto se agita a solução em vórtice de forma intermitente.
- A mistura sólido-em-óleo é adicionada a uma fase aquosa de PVA (p/v) para formar uma emulsão S-O/W. Em seguida, a solução do fármaco/polímero em PVA é agitada em vórtice a 8.000 rpm.
- A solução resultante é submetida a ultra-sons durante cerca de 300 segundos a 45% de amplitude com um homogeneizador ultrassónico, como UP200Ht OU UP200St (200W, 26kHz). Imediatamente após a sonicação, a emulsão é vertida na fase aquosa (0,1% PVA em água; 200mL) para difusão sob agitação rápida com um agitador magnético.
- Esta suspensão coloidal é continuamente agitada com um agitador magnético até que a evaporação do solvente esteja concluída. Em seguida, as nanopartículas são recolhidas por centrifugação e lavadas 3 vezes com água Milli Q destilada. Por fim, são ressuspendidas em solução crioprotectora (sacarose (2% p/p) e trealose (5% p/p)), secas num sistema liofilizador ATR FD3.0 e podem ser armazenadas a 4°C durante pelo menos 6 meses.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Processadores ultra-sônicos para precipitação e formulação de curcumina
Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos de ultrassom de alto desempenho para a síntese de nanopartículas (por exemplo, APIs) e extração de compostos botânicos. A nossa gama de produtos inclui sofisticados ultrasonicators de laboratório, de bancada e industriais, que permitem o desenvolvimento de aplicações de pequena escala a escala comercial. Todos os resultados obtidos em laboratório e em testes-piloto podem ser completamente lineares e escalonados para o nível de produção comercial. Todos os sistemas são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, são robustos e fáceis de utilizar.
A série UIPxxxxhdT engloba os nossos sistemas de ultra-sons de nível industrial, que podem ser utilizados em bancadas, na otimização de processos e na produção industrial. Os nossos sistemas industriais estão disponíveis como 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) e 16.000 W (UIP16000, o ultrassónico mais potente do mundo). Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem funcionar continuamente 24 horas por dia, 7 dias por semana, com amplitudes muito elevadas até 200 µm. Para amplitudes ainda mais elevadas, a Hielscher oferece sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite uma operação fiável 24 horas por dia em serviço pesado e em ambientes exigentes.
Para todos os nossos sistemas de ultra-sons, oferecemos uma vasta gama de acessórios, tais como sonotrodos, cornetas de reforço, células de fluxo e reactores de vários tamanhos, formas e geometrias. Com estas ferramentas, torna-se facilmente possível adaptar os nossos processadores ultra-sónicos de forma óptima às condições de processo necessárias.
Para a síntese de precipitação e de baixo para cima, a Hielscher oferece um inserto de célula de fluxo único – a Cavitador multifásico MPC48. Com o MultiPhaseCavitator, a segunda fase (anti-solvente) é injectada através de 48 cânulas finas diretamente na zona de cavitação ultra-sónica, onde é misturada em milissegundos na primeira fase. Como resultado, são precipitadas nano-partículas homogéneas.
Sonicação potente desde o laboratório e bancada até à produção industrial.
Literatura/Referências
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: Uma revisão dos seus efeitos na saúde humana. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Caminhos de formação de partículas e polimorfismo da curcumina induzida por ultrassom e aditivos durante a precipitação de anti-solvente líquido. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Aumento de escala, otimização e análise da estabilidade de nanopartículas carregadas com o complexo Curcumina C3 para a terapia do cancro. Jornal de Nanobiotecnologia 2012, 10:38.
Fatos, vale a pena conhecer
curcumina
A curcumina é um composto químico de cor amarela presente na curcuma. A curcuma é uma planta herbácea perene rizomatosa (Curcuma longa) da família do gengibre. A curcumina é um polifenol extraído dos rizomas e muito utilizado como especiaria. Dependendo da sua origem e das condições do solo onde é cultivada, a curcuma contém 2%-9% de curcuminóides. A curcumina é o principal curcuminóide da curcuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). É utilizado como suplemento, composto medicinal, aditivo corante para aromatizar alimentos, bem como ingrediente cosmético.
Uma forma purificada de curcumina, que consiste apenas nos três componentes principais seguintes – curcumina, bisdemetoxicurcumina e desmetoxicurcumina – é também designado por complexo C3 da curcumina. A curcumina pura pode ser separada da mistura C3 de curcumina, bisdemetoxi curcumina e demetoxi curcumina por cromatografia em coluna.
No que respeita às suas propriedades farmacológicas, a curcumina pura e não modificada tem um grande problema: devido à sua fraca solubilidade em água e, por conseguinte, à sua fraca biodisponibilidade, a curcumina não modificada não consegue integrar os seus efeitos terapêuticos, sendo rapidamente metabolizada no fígado e na parede intestinal. Para ultrapassar a baixa taxa de absorção da curcumina, as moléculas activas são encapsuladas em nanopartículas (por exemplo Lipossomas, nanoesferas) ou carregados em nanocomplexos (por exemplo Nanopartículascomplexos de fosfolípidos, ciclodextrinas e dispersões sólidas). Além disso, a biodisponibilidade da curcumina pode ser aumentada em cerca de 2000% quando a sua dosagem é combinada com a piperina, que é um extrato de pimenta preta.
Devido a estes factos, a curcumina nano-formulada (nanocurcumina) é a forma de dosagem preferida de curcumina, uma vez que a curcumina em nanoforma supera os problemas de administração de medicamentos acima mencionados. A nanocurcumina pode incorporar as suas propriedades terapêuticas devido a uma melhor administração ao tecido doente, a uma melhor internalização e a uma menor eliminação sistémica.
A curcumina está disponível em várias formas de administração, incluindo pós, cápsulas, comprimidos, pomadas, bebidas nutricionais e cremes cosméticos.
Aplicações médicas da curcumina
A curcumina tem sido amplamente investigada pelas suas múltiplas formas de utilização na medicina e na nutrição. A investigação demonstrou que a curcumina tem uma elevada atividade antioxidante, que induz a apoptose celular, inibe a proliferação celular, a adesão e a motilidade anti-células e oferece propriedades anti-angiogénicas e anti-microbianas. Devido a estes efeitos, a curcumina é aplicada como medicamento para tratar várias doenças inflamatórias, cancros, doenças neurodegenerativas, doenças cardiovasculares e diabetes.
Formas de nano-administração preparadas por ultra-sons de curcumina para terapia médica incluem nanopartículas, lipossomas, micelas, nanoemulsões, complexos de ciclodextrina, nanodiscos, nanofibras, nanopartículas lipídicas sólidas e conjugados de curcumina. Estas formas de dosagem nanométricas superam a fraca biodisponibilidade da curcumina e permitem a administração direcionada e eficaz de um medicamento altamente potente à base de curcumina.
Estrutura química da curcumina
A curcumina é uma molécula simétrica, também conhecida como diferuloil metano. O nome IUPAC da curcumina é(1E,6E)-1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-heptadieno-3,5-diona, com fórmula química C21H20O6. Os cristais de curcumina podem aparecer em diferentes formas, tais como monoclínica (acicular), ortorrômbica (semelhante a um grão de arroz) e amorfa.