Precipitação ultrassónica de superpartículas de curcumina
- Uma vez que a curcuma contém apenas 2–9 wt% de curcuminoides, é necessária uma técnica eficiente de extração ou síntese para obter um pó com elevada potência medicinal.
- A precipitação com antissolvente assistida por ultrassons é um método altamente eficiente para sintetizar partículas de curcumina.
- A precipitação ultrassónica com antissolvente pode ser facilmente ampliada para a produção de grandes quantidades de curcumina de elevada qualidade.
Curcumina
A curcumina, um polifenol, é um fármaco pouco solúvel em água, presente na especiaria vegetal curcuma (Curcuma longa). Contém antioxidantes de elevada potência e é conhecida pelas suas propriedades anti-inflamatórias, anticancerígenas, antifúngicas e antimicrobianas. A curcumina é utilizada como composto farmacológico de eleição, especialmente devido ao seu amplo leque de atividades quimiopreventivas e quimioterapêuticas.
Como potente antioxidante, a curcumina aumenta a atividade sérica de antioxidantes como a superóxido dismutase (SOD) e capta e neutraliza radicais livres, como as espécies reativas de oxigénio e de azoto (ROS e RNS). Além disso, aumenta a atividade das enzimas antioxidantes do próprio organismo. A curcumina também é 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 fármaco.
Precipitação ultrassónica com antissolvente líquido
A precipitação com antissolvente líquido (LAS) assistida por ultrassons é uma técnica de síntese simples e rápida, realizada num único recipiente, para produzir nanopartículas de curcumina com superestrutura ortorrômbica. A precipitação ultrassónica com antissolvente é um processo simples, rápido e escalável, que permite a precipitação de curcumina de elevada qualidade nas indústrias farmacêutica e alimentar.
Mecanismo hipotético de formação de superpartículas de curcumina na ausência e na presença de ultrassons, sem estabilizantes. Imagem © 2014 Thorat et al.
Protocolo de precipitação ultrassónica:
Para a precipitação ultrassónica de partículas de curcumina, adiciona-se uma solução orgânica de curcumina em etanol (5 mg/mL) a 100mL de água com tensioativo (0,02 wt% em água) ou sem tensioativo. Como recipiente de reação, utiliza-se um recipiente de vidro com camisa, com um volume de aprox. 500mL, um diâmetro de 7cm e uma relação L/D de 1,7. A temperatura da mistura é mantida constantemente a 1ºC. Para o processo de precipitação ultrassónica, o sonotrodo de um homogeneizador ultrassónico, como o UP200Ht ou UP200St , equipado com um sonotrodo S26d14, é imerso na mistura de solvente e antissolvente. Com a amplitude regulada para 100% e 10min. de sonicação, a mistura é dispersa.
O tempo de sonicação permite manipular o polimorfismo dos cristais de curcumina. Quando a duração da sonicação é prolongada, a percentagem de partículas ortorrômbicas aumenta. Isto indica que um aumento da energia ultrassónica favorece a formação da forma ortorrômbica em relação à forma monoclínica, independentemente do aditivo utilizado.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – processador ultrassónico de 1kW para precipitação de princípios ativos farmacêuticos (API)
Melhoria da biodisponibilidade por encapsulação ultrassónica
Uma vez que a curcumina é uma molécula lipofílica e pouco solúvel em água (= hidrofóbica), apresenta uma baixa biodisponibilidade sistémica. Por isso, é necessário preparar formulações de curcumina que aumentem a sua biodisponibilidade. Para preparar soluções aquosas de curcumina, adicionam-se tensioativos, lípidos, albuminas, ciclodextrinas, biopolímeros, etc., para encapsular ou incorporar as moléculas de curcumina em lipossomas, nanopartículas e outros veículos de fármacos.
A sonicação é uma técnica altamente eficiente e fiável para formular veículos de fármacos, como lipossomas, nanopartículas de núcleo–invólucro, biopolímeros e emulsões duplas! Veja abaixo um exemplo de protocolo para a encapsulação ultrassónica de curcumina.
Protocolo de encapsulação ultrassónica de curcumina:
Nanopartículas de ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA) carregadas com curcumina
- Primeiro, dissolve-se o polímero PLGA em acetato de etilo. Adiciona-se curcumina (15% w/w) e deixa-se dissolver, agitando a solução num agitador de vórtex de forma intermitente.
- Adiciona-se a mistura de sólido em óleo a uma fase aquosa de PVA (w/v) para formar uma emulsão S-O/W. Em seguida, agita-se a solução de fármaco/polímero em PVA num agitador de vórtex a 8 000 rpm.
- A solução resultante é submetida a sonicação durante aprox. 300sec, com uma amplitude de 45%, utilizando um homogeneizador ultrassónico como o UP200Ht ou UP200St (200W, 26kHz). Imediatamente após a sonicação, verte-se a emulsão na fase aquosa (0,1% de PVA em água; 200mL) para difusão sob agitação rápida com um agitador magnético.
- Esta suspensão coloidal é continuamente agitada com um agitador magnético até a evaporação do solvente estar concluída. Em seguida, recolhem-se as nanopartículas por centrifugação e lavam-se 3 vezes com água destilada Milli Q. Por fim, são ressuspensas numa solução crioprotetora (sacarose (2 %w/w) e trealose (5% w/w)), secas num sistema de liofilização ATR FD3.0 e podem ser armazenadas a 4°C durante pelo menos 6 meses.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Processadores ultrassónicos para precipitação e formulação de curcumina
A Hielscher Ultrasonics oferece equipamento ultrassónico de elevado desempenho para a síntese de nanopartículas (por exemplo, princípios ativos farmacêuticos (API)) e a extração de compostos vegetais. A nossa gama de produtos inclui sonicadores sofisticados de laboratório, de bancada e industriais, que permitem desenvolver aplicações desde a pequena escala até à escala comercial. Todos os resultados obtidos em ensaios laboratoriais e piloto podem ser transpostos de forma inteiramente linear para o nível de produção comercial. Todos os sistemas são concebidos para funcionamento 24/7, são robustos e fáceis de utilizar.
A série UIPxxxxhdT abrange os nossos sistemas ultrassónicos de nível industrial, que podem ser utilizados em bancada, na otimização de processos e na produção industrial. Os nossos sistemas industriais estão disponíveis nas versões 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) e 16 000W (UIP16000, o sonicador mais potente do mundo). Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem funcionar continuamente 24/7 com amplitudes muito elevadas, até 200µm. Para amplitudes ainda mais elevadas, a Hielscher oferece sonotrodos ultrassónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite um funcionamento fiável e ininterrupto em serviço intensivo e em ambientes exigentes.
Para todos os nossos sistemas ultrassónicos, oferecemos uma vasta gama de acessórios, como sonotrodos, amplificadores de amplitude, células de fluxo e reatores de vários tamanhos, formas e geometrias. Com estes acessórios, torna-se fácil adaptar os nossos processadores ultrassónicos de forma ideal às condições de processo necessárias.
Para a precipitação e a síntese de baixo para cima, a Hielscher oferece um inserto único para células de fluxo – o MultiPhaseCavitator MPC48. Com o MultiPhaseCavitator, a segunda fase (antissolvente) é injetada através de 48 cânulas finas diretamente na zona de cavitação ultrassónica, onde é misturada com a primeira fase em milissegundos. Como resultado, precipitam-se nanopartículas homogéneas.
Sonicação potente, do laboratório e da bancada à produção industrial.
Bibliografia/Referências
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumina: uma revisão dos seus efeitos na saúde humana. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Vias de formação de partículas e polimorfismo da curcumina induzidos por ultrassons e aditivos durante a precipitação com antissolvente líquido. CrystEngComm, 2014, 16, 11 102–11 114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Ampliação de escala, otimização e análise da estabilidade de nanopartículas carregadas com complexo C3 de curcumina para a terapia do cancro. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Informações úteis
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 amplamente utilizado como especiaria. Dependendo da sua origem e das condições do solo onde é cultivada, a curcuma contém 2%–9% de curcuminoides. A curcumina é o principal curcuminoide da curcuma (Curcuma longa, Zingiberaceae). É utilizada como suplemento, composto medicinal, aditivo aromatizante e corante alimentar, bem como ingrediente cosmético.
Uma forma purificada de curcumina, que consiste apenas nos três componentes principais seguintes – curcumina, bisdesmetoxicurcumina e desmetoxicurcumina – é também designada por complexo C3 de curcumina. A curcumina pura pode ser separada da mistura C3 de curcumina, bisdesmetoxicurcumina e desmetoxicurcumina por cromatografia em coluna.
No que respeita às suas propriedades farmacológicas, a curcumina pura, não modificada, apresenta um grande problema: devido à sua baixa solubilidade em água e, consequentemente, à sua baixa biodisponibilidade, a curcumina não modificada não consegue exercer os seus efeitos terapêuticos, sendo rapidamente metabolizada no fígado e na parede intestinal. Para superar a baixa taxa de absorção da curcumina, as moléculas ativas são encapsuladas em nanoveículos (por exemplo, lipossomas, nanoesferas) ou incorporadas em nanocomplexos (por exemplo, nanopartículas, complexos de fosfolípidos, ciclodextrinas e dispersões sólidas). Além disso, a biodisponibilidade da curcumina pode aumentar aprox. 2000% quando a sua dose é combinada com piperina, que é um extrato de pimenta-preta.
Devido a estes factos, a curcumina nanoformulada (nanocurcumina) é a forma farmacêutica de eleição da curcumina, uma vez que a curcumina em nanoforma supera os problemas de administração de fármacos acima referidos. A nanocurcumina consegue exercer as suas propriedades terapêuticas devido à melhor distribuição ao tecido afetado, à melhor internalização e à 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 apresenta uma elevada atividade antioxidante, que induz a apoptose celular, inibe a proliferação, a adesão e a motilidade celulares e oferece propriedades antiangiogénicas e antimicrobianas. Devido a estes efeitos, a curcumina é utilizada como fármaco para tratar diversas doenças inflamatórias, cancros, doenças neurodegenerativas, doenças cardiovasculares, bem como a diabetes.
As nanoformas de administração preparadas por ultrassons de curcumina para terapia médica incluem nanopartículas, lipossomas, micelas, nanoemulsões, complexos de ciclodextrinas, nanodiscos, nanofibras, nanopartículas lipídicas sólidas e conjugados de curcumina. Estas formas farmacêuticas de dimensão nanométrica superam a baixa biodisponibilidade da curcumina e permitem a administração direcionada e eficaz de um fármaco de curcumina de elevada potência.
Estrutura química da curcumina
A curcumina é uma molécula simétrica, também conhecida como diferuloilmetano. O nome IUPAC da curcumina é (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione, com a fórmula química C21H20O6. Os cristais de curcumina podem apresentar diferentes formas, como a monoclínica (acicular), a ortorrômbica (semelhante a um grão de arroz) e a forma amorfa.