Precipitarea cu ultrasunete a superparticulelor de curcumină
- Deoarece curcuma contine doar 2-9% wt% curcuminoids, o tehnica eficienta de extractie sau sinteza este necesara pentru a obtine o pulbere medicala puternica.
- Precipitarea antisolvent asistată ultrasonically este o metodă extrem de eficientă pentru sinteza particulelor de curcumină.
- Precipitarea cu ultrasunete antisolvent poate fi ușor scalată-până la producerea de cantități mari de curcumină de înaltă calitate.
Curcumina
Curcumina, un polifenol, este un medicament slab solubil în apă găsit în condimentul pe bază de plante turmeric (Curcuma longa). Are antioxidanți foarte puternici și este cunoscut pentru proprietățile sale antiinflamatorii, anticanceroase, antifungice și antimicrobiene. În special pentru gama sa largă de activități chimio-preventive și chimio-terapeutice, curcumina este utilizată ca un compus medicamentos preferat.
Ca un antioxidant puternic, curcumina crește activitatea serică a antioxidanților, cum ar fi superoxid dismutaza (SOD) și curăță și neutralizează radicalii liberi, cum ar fi speciile reactive de oxigen și azot (ROS și RNS). În plus, îmbunătățește activitatea propriilor enzime antioxidante ale organismului. Curcumina este, de asemenea, cunoscuta pentru reducerea bolilor de inima si pentru imbunatatirea functiei creierului. Datorită acestor proprietăți medicinale benefice multiple, curcumina este utilizată pe scară largă ca condiment, supliment și medicament.
Precipitații cu ultrasunete lichid antisolvent
Precipitarea ultrasonically asstisted lichid antisolvent (LAS) este o tehnică simplă și rapidă de sinteză cu un singur vas pentru a produce nanoparticule de curcumină cu suprastructură ortorombică. Precipitarea cu ultrasunete anti-solvent este un proces simplu, rapid și scalabil, care permite precipitarea curcuminei de înaltă calitate în industria farmaceutică și alimentară.
Mecanism ipotetic de formare a superparticulelor de curcumină în absența și prezența ultrasunetelor fără stabilizatori. Imagine © 2014 Thorat et al.
Protocol de precipitare cu ultrasunete:
Pentru precipitarea ultasonică a particulelor de curcumină, se adaugă o soluție organică de curcumină în etanol (5 mg / ml) în 100 ml apă care conține agent tensioactiv (0,02 % în greutate în apă) sau fără agent tensioactiv. Ca vas de reacție, se utilizează un vas de sticlă cu manta de aproximativ 500 ml volum, diametru 7 cm și raport L / D de 1,7. Temperatura amestecului este menținută constant la 1 ° C. Pentru procesul de precipitare cu ultrasunete, sonotroda omogenizatorului cu ultrasunete, ar fi UP200Ht sau UP200St echipat cu un sonotrod S26d14 este scufundat în amestecul solvent-antisolvent. La setarea amplitudinii 100% și 10min. sonicare, amestecul dispersat.
Timpul de sonicare permite manipularea polimorfismului cristalelor de cucrcumin. Când durata sonicare este prelungită, procentul de particule ortorombice este crescut. Aceasta indică faptul că o creștere a energiei ultrasonice facilitează formarea formei ortorombice peste forma monoclinică, indiferent de aditivul utilizat.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW procesor cu ultrasunete pentru precipitații API
Biodisponibilitate îmbunătățită prin încapsulare cu ultrasunete
Deoarece curcumina este moleculă lipofilă și slab dizolvabilă în apă (= hidrofobă), are o biodisponibilitate sistemică scăzută. Prin urmare, este necesar să se pregătească formulări curcumina care spori biodisponibilitatea acestuia. Pentru prepararea soluțiilor apoase de curcumină, se adaugă agenți tensioactivi, lipide, albumine, ciclodextrine, biopolimeri etc. pentru a încapsula sau încărca moleculele de curcumină în lipozomi, nanoparticule și alți purtători de medicamente.
Ultrasonication este o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru a formula purtători de droguri, cum ar fi lipozomi, miez-coajă nanoparticule, biopolimeri și emulsii duble! Găsiți mai jos un protocol exemplar pentru încapsularea cu ultrasunete a curcuminei.
Protocol de încapsulare cu ultrasunete curcumină:
Nanoparticule de acid polilactic-co-glicolic (PLGA) încărcate cu curcumină
- În primul rând, polimerul PLGA este dizolvat în acetat de etil. Curcumina (15% g / g) este adăugată și lăsată să se dizolve în timp ce vortexing soluția intermitent.
- Amestecul solid-în-ulei se adaugă la o fază apoasă de PVA (w/v) pentru a forma o emulsie S-O/W. Apoi, soluția medicamentului / polimerului în PVA este vortexată la 8.000 rpm.
- Soluția rezultată este sonicated pentru aproximativ 300sec la 45% amplitudine cu un omogenizator cu ultrasunete, cum ar fi UP200Ht sau UP200St (200W, 26kHz). Imediat după sonicare, emulsia este turnată în faza apoasă (0,1% PVA în apă; 200ml) pentru difuzie sub agitare rapidă cu un agitator magnetic.
- Această suspensie coloidală se agită continuu cu ajutorul unui agitator magnetic până la evaporarea completă a solventului. Apoi, nanoparticulele sunt colectate prin centrifugare, spălate de 3 ori cu apă distilată Milli Q. În cele din urmă, acestea sunt resuspendate în soluție crioprotectoare (zaharoză (2% g/g) și trehaloză (5% g/g)), uscate pe un sistem ATR FD3.0 liofilizator și pot fi păstrate la 4°C timp de cel puțin 6 luni.
[cf. Ranjan et al. 2012]
Procesoare cu ultrasunete pentru precipitarea curcuminei și formularea
Hielscher Ultrasonics oferă echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru sinteza nanoparticulelor (de exemplu, API-uri) și extracția compușilor botanici. Gama noastră de produse include ultrasonicators sofisticate de laborator, banc-top și industriale, care permite dezvoltarea de aplicații de la scară mică la scară comercială. Toate rezultatele obținute în testele de laborator și pilot pot fi scalate complet liniar la nivelul producției comerciale. Toate sistemele sunt construite pentru funcționare 24/7, robuste și ușor de utilizat.
Seria UIPxxxxhdT cuprinde sistemele noastre cu ultrasunete de grad industrial, care pot fi utilizate pentru bench-top, optimizarea proceselor și producția industrială. Sistemele noastre industriale sunt disponibile ca 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) și 16,000W (UIP16000, cel mai puternic ultrasonicator din lume). Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot fi rulate continuu 24/7 la amplitudini foarte mari de până la 200μm. Pentru amplitudini chiar mai mari, Hielscher oferă sonotrode cu ultrasunete personalizate. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite o funcționare fiabilă non-stop la grele și în medii solicitante.
Pentru toate sistemele noastre cu ultrasunete, oferim un spectru larg de accesorii, ar fi sonotrodes, coarne de rapel, celule de flux și reactoare de mai multe dimensiuni, forme și geometrii. Cu aceste instrumente, devine ușor posibil să se adapteze procesoarele noastre cu ultrasunete în mod optim la condițiile de proces necesare.
Pentru precipitații și sinteza de jos în sus, Hielscher oferă o inserție unică de celule de flux – Cel MultiPhaseCavitator MPC48. Cu MultiPhaseCavitator, a doua fază (anti-solvent) este injectată prin 48 de canule fine direct în zona de cavitație cu ultrasunete, unde este amestecată în milisecunde în prima fază. Ca rezultat, nanoparticulele omogene sunt precipitate.
Sonicare puternică de la laborator și banc-top la producția industrială.
Literatură/Referințe
- Hewlings, S.J.; Kalman, DS (2017): Curcumina: o revizuire a efectelor sale asupra sănătății umane. Alimente. 2017 octombrie; 6(10): 92.
- Thorat, AA; Dalvi, S.V. (2014): Căile de formare a particulelor și polimorfismul curcuminei induse de ultrasunete și aditivi în timpul precipitării antisolventului lichid. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012): Extinderea, optimizarea și analiza stabilității nanoparticulelor încărcate cu complexul Curcumin C3 pentru terapia cancerului. Jurnalul de nanobiotehnologie 2012, 10:38.
Fapte care merită știute
Curcumina
Curcumina este un compus chimic de culoare galbenă găsit în turmeric. Curcuma este o plantă perenă erbacee rhizomatoasă (Curcuma longa) din familia ghimbirului. Curcumina este un polifenol care este extras din rizomi și utilizat pe scară largă ca condiment. În funcție de originea sa și de condițiile solului în care este cultivat, turmericul conține 2%-9% curcuminoide. Curcumina este principalul curcuminoid al turmericului (Curcuma longa, Zingiberaceae). Se utilizează ca supliment, compus medicinal, aditiv colorant pentru aromă alimentară, precum și ingredient cosmetic.
O formă purificată de curcumină, care constă numai din următoarele trei componente principale – curcumina, bisdemethoxycurcumin și demethoxycurcumin – este, de asemenea, menționată ca curcumina C3 complex. Curcumina pură poate fi separată de amestecul C3 de curcumină, bisdemetoxi curcumină și demetoxi curcumină prin cromatografie în coloană.
În ceea ce privește proprietățile sale farmacologice, curcumina pură, nemodificată are o mare problemă: Datorită solubilității slabe în apă și, prin urmare, biodisponibilității slabe, curcumina nemodificată nu își poate înfășura efectele terapeutice, dar este metabolizată rapid în ficat și peretele intestinal. Pentru a depăși rata scăzută de absorbție a curcuminei, moleculele active sunt încapsulate în purtători nano (de exemplu. lipozomi, nanosfere) sau încărcate pe nanocomplexe (de exemplu, nanoparticule, complexe de fosfolipide, ciclodextrine și dispersii solide). În plus, biodisponibilitatea curcuminei poate fi crescută cu aproximativ 2000% atunci când doza sa este combinată cu piperina, care este un extract de piper negru.
Datorită acestor fapte, curcumina nano-formulată (nanocurcumina) este forma preferată de dozare a curcuminei, deoarece curcumina în nanoformă depășește problemele de livrare a medicamentelor menționate mai sus. Nanocurcumina poate învălui proprietățile sale terapeutice datorită livrării îmbunătățite la țesutul bolnav, internalizare mai bună și eliminare sistemică redusă.
Curcumina este disponibil în mai multe forme de livrare, inclusiv pulberi, capsule, tablete, unguente, băuturi nutritive, și creme cosmetice.
Aplicații medicale ale curcuminei
Curcumina a fost investigată pe scară largă pentru formele sale multiple de utilizare în medicină și nutriție. Cercetările au arătat că curcumina are o activitate antioxidantă ridicată, care induce apoptoza celulară, inhibă proliferarea celulară, aderența și motilitatea anticelulară și oferă proprietăți antiangiogeneză și antimicrobiene. Datorită acestor efecte, curcumina este aplicată ca medicament pentru tratarea diferitelor boli inflamatorii, cancere, boli neurodegenerative, boli cardiovasculare, precum și diabet.
Ultrasonically pregătite nano-formulare de administrare de curcumina pentru terapia medicala includ nanoparticule, lipozomi, micele, nanoemulsii, complexe ciclodextrină, nanodiscuri, nanofibre, nanoparticule lipidice solide, și curcumina conjugate. Aceste forme de dozare de dimensiuni nano depășesc biodisponibilitatea slabă a curcuminei și permit livrarea vizată și eficientă a unui medicament curcumin foarte puternic.
Curcumina structura chimică
Curcumina este o moleculă simetrică, cunoscută și sub numele de diferuloyl metan. Denumirea IUPAC a curcuminei este (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-heptadien-3,5-dionă, cu formula chimică C21H20O6. Cristalele de curcumină pot apărea în diferite forme, cum ar fi monoclinic (acicular), ortorombic (orez boabe ca), și amorf.