Precipitação ultrassônica de superpartículas de curcumina
- Como a cúrcuma contém apenas 2-9% em peso de curcuminóides, uma técnica eficiente de extração ou síntese é necessária para obter um pó medicamente potente.
- A precipitação antissolvente assistida por ultrassom é um método altamente eficiente para sintetizar partículas de curcumina.
- A precipitação antissolvente ultrassônica pode ser facilmente ampliada para a produção de grandes quantidades de curcumina de alta qualidade.
Curcumina
A curcumina, um polifenol, é uma droga pouco solúvel em água encontrada na erva da cúrcuma (Curcuma longa). Possui antioxidantes altamente potentes e é conhecido por suas propriedades anti-inflamatórias, anticancerígenas, antifúngicas e antimicrobianas. Especialmente por sua ampla gama de atividades quimiopreventivas e quimioterapêuticas, a curcumina é usada como um composto medicamentoso preferido.
Como um potente antioxidante, a curcumina aumenta a atividade sérica de antioxidantes, como a superóxido dismutase (SOD), e elimina e neutraliza os radicais livres, como espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (ROS e RNS). Além disso, aumenta a atividade das enzimas antioxidantes do próprio corpo. A curcumina também é conhecida por diminuir as doenças cardíacas e melhorar a função cerebral. Devido a essas múltiplas propriedades medicinais benéficas, a curcumina é amplamente utilizada como tempero, suplemento e medicamento.
Precipitação antissolvente líquida ultrassônica
A precipitação de antissolvente líquido (LAS) asstistted por ultrassom é uma técnica de síntese simples e rápida de um pote para produzir nanopartículas de curcumina com superestrutura ortorrômbica. A precipitação ultrassônica anti-solvente é um processo simples, rápido e escalável, que permite a precipitação de curcumina de alta qualidade na indústria farmacêutica e alimentícia.
Mecanismo hipotético de formação de superpartículas de curcumina na ausência e presença de ultrassom sem estabilizadores. Foto: © 2014 Thorat et al.
Protocolo de precipitação ultrassônica:
Para a precipitação ultasônica de partículas de curcumina, uma solução orgânica de curcumina em etanol (5 mg / mL) é adicionada em 100mL de água contendo surfactante (0,02% em peso em água) ou sem surfactante. Como recipiente de reação, é utilizado um recipiente de vidro encamisado de aprox. 500mL de volume, 7cm de diâmetro e relação L/D de 1,7. A temperatura da mistura é mantida constantemente a 1ºC. Para o processo de precipitação ultrassônica, o sonotrodo do homogeneizador ultrassônico, como o UP200Ht ou UP200St equipado com um sonotrodo S26d14 é imerso na mistura solvente-antissolvente. A 100% de amplitude e 10min. sonicação, a mistura se dispersou.
O tempo de sonicação permite a manipulação do polimorfismo dos cristais de cucrcumina. Quando a duração da sonicação é prolongada, a porcentagem de partículas ortorrômbicas é aumentada. Isso indica que um aumento na energia ultrassônica facilita a formação da forma ortorrômbica sobre a forma monoclínica, independentemente do aditivo utilizado.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – Processador ultrassônico de 1kW para precipitação API
Biodisponibilidade aprimorada por encapsulamento ultrassônico
Como a curcumina é uma molécula lipofílica e pouco solúvel em água (= hidrofóbica), ela tem uma baixa biodisponibilidade sistêmica. Portanto, é necessário preparar formulações de curcumina que aumentem sua biodisponibilidade. Para a preparação de soluções aquosas de curcumina, surfactantes, lipídios, albuminas, ciclodextrinas, biopolímeros, etc., são adicionados para encapsular ou carregar as moléculas de curcumina em lipossomas, nanopartículas e outros transportadores de drogas.
A ultrassonografia é uma técnica altamente eficiente e confiável para formular carreadores de fármacos, como lipossomas, casca de núcleo nanopartículas, biopolímeros e emulsões duplas! Veja abaixo um protocolo exemplar para o encapsulamento ultrassônico da curcumina.
Protocolo de encapsulamento de curcumina ultrassônica:
Nanopartículas de ácido polilático-co-glicólico (PLGA) carregadas com curcumina
- Primeiro, o polímero PLGA é dissolvido em acetato de etila. A curcumina (15% p / p) é adicionada e deixada dissolver enquanto a solução é agitada intermitentemente.
- A mistura sólida em óleo é adicionada a uma fase aquosa de PVA (p / v) para formar uma emulsão SO / W. Em seguida, a solução do medicamento/polímero em PVA é subtraída a 8.000 rpm.
- A solução resultante é sonicada por aprox. 300 segundos a 45% de amplitude com um homogeneizador ultrassônico como UP200Ht ou UP200St (200W, 26kHz). Imediatamente após a sonicação, a emulsão é despejada na fase aquosa (0,1% de PVA em água; 200mL) para difusão sob agitação rápida com agitador magnético.
- Esta suspensão coloidal é continuamente agitada com um agitador magnético até que a evaporação do solvente seja concluída. Em seguida, as nanopartículas são coletadas por centrifugação, lavadas 3 vezes com água destilada Milli Q. Por fim, são ressuspensos em solução crioprotetora (sacarose (2% p/p) e trealose (5% p/p)), secos em sistema liofilizador ATR FD3.0 e podem ser armazenados a 4°C por pelo menos 6 meses.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Processadores ultrassônicos para precipitação e formulação de curcumina
A Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para a síntese de nanopartículas (por exemplo, APIs) e extração de compostos botânicos. Nossa linha de produtos inclui sofisticados ultrassônicos de laboratório, bancada e industriais, o que permite o desenvolvimento de aplicações de pequena a escala comercial. Todos os resultados obtidos em testes de laboratório e piloto podem ser dimensionados de forma completamente linear para o nível de produção comercial. Todos os sistemas são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, robustos e fáceis de usar.
A série UIPxxxxhdT abrange nossos sistemas ultrassônicos de nível industrial, que podem ser usados para bancada, otimização de processos e produção industrial. Nossos sistemas industriais estão disponíveis como 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) e 16.000 W (UIP16000, ultrassônico mais poderoso do mundo). Ultrassom de Hielscher’ Os processadores ultrassônicos industriais podem ser executados continuamente 24 horas por dia, 7 dias por semana, em amplitudes muito altas de até 200 μm. Para amplitudes ainda maiores, a Hielscher oferece sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite uma operação confiável 24 horas por dia em ambientes pesados e exigentes.
Para todos os nossos sistemas ultrassônicos, oferecemos um amplo espectro de acessórios, como sonotrodos, buzinas de reforço, células de fluxo e reatores de vários tamanhos, formas e geometrias. Com essas ferramentas, torna-se facilmente possível adaptar nossos processadores ultrassônicos de forma ideal às condições de processo exigidas.
Para precipitação e síntese de baixo para cima, a Hielscher oferece uma inserção exclusiva de célula de fluxo – O MultifásicoCavitator MPC48. Com o MultiPhaseCavitator, a segunda fase (anti-solvente) é injetada através de 48 cânulas finas diretamente na zona de cavitação ultrassônica, onde é misturada em milissegundos na primeira fase. Como resultado, nanopartículas homogêneas são precipitadas.
Sonicação poderosa do laboratório e bancada para a produção industrial.
Literatura/Referências
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumina: uma revisão de seus efeitos na saúde humana. Alimentos. Outubro de 2017; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Vias de formação de partículas e polimorfismo da curcumina induzida por ultrassom e aditivos durante a precipitação de antissolvente líquido. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Oliveira, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Análise de ampliação, otimização e estabilidade de nanopartículas carregadas com complexo de curcumina C3 para terapia do câncer. Jornal de Nanobiotecnologia 2012, 10:38.
Fatos, vale a pena conhecer
Curcumina
A curcumina é um composto químico de cor amarela encontrado na cúrcuma. A cúrcuma é uma planta herbácea perene rizomatosa (Curcuma longa) da família do gengibre. A curcumina é um polifenol extraído dos rizomas e amplamente utilizado como tempero. Dependendo de sua origem e das condições do solo onde é cultivado, a cúrcuma contém 2% a 9% de curcuminóides. A curcumina é o principal curcuminóide da cúrcuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). É usado como suplemento, composto medicinal, aditivo corante aromatizante alimentar, bem como ingrediente cosmético.
Uma forma purificada de curcumina, que consiste apenas nos três componentes principais a seguir – curcumina, bisdemetoxicurcumina e demetoxicurcumina – também é conhecido como complexo de curcumina C3. A curcumina pura pode ser separada da mistura C3 de curcumina, bidemetoxi curcumina e demetoxi curcumina por cromatografia em coluna.
Em relação às suas propriedades farmacológicas, a curcumina pura e não modificada tem um grande problema: devido à sua baixa solubilidade em água e, portanto, à baixa biodisponibilidade, a curcumina não modificada não pode envolver seus efeitos terapêuticos, mas é rapidamente metabolizada no fígado e na parede intestinal. Para superar a baixa taxa de absorção da curcumina, as moléculas ativas são encapsuladas em nano transportadores (por exemplo, lipossomas, nanoesferas) ou carregado em nanocomplexos (por exemplo, nanopartículas, complexos de fosfolipídios, ciclodextrinas e dispersões sólidas). Além disso, a biodisponibilidade da curcumina pode ser aumentada em aprox. 2000% quando sua dosagem é combinada com piperina, que é um extrato de pimenta-do-reino.
Devido a esses fatos, a curcumina nanoformulada (nanocurcumina) é a forma farmacêutica preferida de curcumina, uma vez que a curcumina em nanoforma supera os problemas de entrega de medicamentos mencionados acima. A nanocurcumina pode envolver suas propriedades terapêuticas devido à melhor entrega ao tecido doente, melhor internalização e eliminação sistêmica reduzida.
A curcumina está disponível em várias formas de entrega, incluindo pós, cápsulas, comprimidos, pomadas, bebidas nutricionais e cremes cosméticos.
Aplicações médicas da curcumina
A curcumina tem sido amplamente investigada por suas múltiplas formas de uso na medicina e nutrição. A pesquisa mostrou que a curcumina tem uma alta atividade antioxidante, que induz a apoptose celular, inibe a proliferação celular, adesão e motilidade anticelular e oferece propriedades antiangiogênese e antimicrobianas. Devido a esses efeitos, a curcumina é aplicada como medicamento para tratar várias doenças inflamatórias, cânceres, doenças neurodegenerativas, doenças cardiovasculares e diabetes.
Formas nano-administradas preparadas ultrassonicamente de curcumina para terapia médica incluem nanopartículas, lipossomas, micelas, nanoemulsões, complexos de ciclodextrina, nanodiscos, nanofibras, nanopartículas lipídicas sólidas e conjugados de curcumina. Essas formas farmacêuticas nanométricas superam a baixa biodisponibilidade da curcumina e permitem a entrega direcionada e eficaz de um medicamento de curcumina altamente potente.
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, como monoclínica (acicular), ortorrômbica (semelhante a grãos de arroz) e amorfa.