Ультразвуковое осаждение суперчастиц куркумина
- Поскольку куркума содержит всего 2-9 мас.% куркуминоидов, для получения порошка с медицинской точки зрения необходим эффективный метод экстракции или синтеза.
- Осаждение антирастворителей с помощью ультразвука является высокоэффективным методом синтеза частиц куркумина.
- Ультразвуковое осаждение антирастворителей может быть легко масштабировано для производства больших партий высококачественного куркумина.
Куркумин
Куркумин, полифенол, является плохо растворимым в воде препаратом, содержащимся в травяной специи куркуме (Куркума длинная). Он обладает сильнодействующими антиоксидантами и известен своими противовоспалительными, противораковыми, противогрибковыми и противомикробными свойствами. В частности, благодаря широкому спектру химиопрофилактических и химиотерапевтических действий, куркумин используется в качестве предпочтительного лекарственного соединения.
Являясь мощным антиоксидантом, куркумин повышает сывороточную активность антиоксидантов, таких как супероксиддисмутаза (СОД) и поглощает и нейтрализует свободные радикалы, такие как активные формы кислорода и азота (АФК и РНС). Кроме того, он усиливает активность собственных антиоксидантных ферментов организма. Также известно, что куркумин снижает частоту сердечных заболеваний и улучшает работу мозга. Благодаря этим многообразным полезным лечебным свойствам, куркумин широко используется в качестве пряности, добавки и лекарства.
Ультразвуковое осаждение жидких антирастворителей
Ультразвуковое осаждение жидких антирастворителей (LAS) представляет собой простой и быстрый метод однокамерного синтеза для получения наночастиц куркумина с орторомбической надстройкой. Ультразвуковое осаждение антирастворителей является простым, быстрым и масштабируемым процессом, который позволяет осаждать высококачественный куркумин в фармацевтической и пищевой промышленности.
Выдвинута гипотеза о механизме образования суперчастиц куркумина при отсутствии и наличии ультразвука без стабилизаторов. Рисунок © 2014 Thorat et al.
Протокол ультразвукового осаждения:
Для ультазвукового осаждения частиц куркумина органический раствор куркумина в этаноле (5 мг/мл) добавляют в 100 мл воды, содержащей поверхностно-активное вещество (0,02 мас.% в воде) или без поверхностно-активного вещества. В качестве реакционного сосуда используется стеклянный сосуд с рубашкой объемом ок. 500 мл, диаметром 7 см и соотношением длины к диаметру 1,7. Температура смеси постоянно поддерживается на уровне 1ºC. Для процесса ультразвукового осаждения сонотрод ультразвукового гомогенизатора, такого как УП200Хт или УП200Ст оснащенный сонотродом S26d14, погружается в смесь растворителей и антирастворителей. При установке 100% амплитуды и 10мин. ультразвуковой обработке смесь диспергировалась.
Время ультразвуковой обработки позволяет манипулировать полиморфизмом кристаллов кукрмина. При увеличении продолжительности ультразвуковой обработки процент орторомбических частиц увеличивается. Это свидетельствует о том, что увеличение ультразвуковой энергии способствует формированию орторомбической формы по сравнению с моноклинной формой, независимо от используемой добавки.
[ср. Thorat et al. 2014]
УИП1000HDT – Ультразвуковой процессор мощностью 1 кВт для осаждения АФИ
Повышенная биодоступность за счет ультразвуковой инкапсуляции
Поскольку куркумин является липофильной молекулой и плохо растворяется в воде (= гидрофобный), он имеет низкую системную биодоступность. Поэтому необходимо готовить препараты с куркумином, которые повышают его биодоступность. Для приготовления водных растворов куркумина добавляют поверхностно-активные вещества, липиды, альбумины, циклодекстрины, биополимеры и т.д. с целью инкапсуляции или загрузки молекул куркумина в липосомы, наночастицы и другие носители лекарственных средств.
Ультразвуковое исследование является высокоэффективным и надежным методом создания лекарственных носителей, таких как: липосомы, ядро-оболочка наночастицы, биополимеры и двойные эмульсии! Ниже приведен примерный протокол ультразвуковой инкапсуляции куркумина.
Протокол инкапсуляции ультразвукового куркумина:
Наночастицы полимолочной-ко-гликолевой кислоты (PLGA), обогащенные куркумином
- Сначала полимер PLGA растворяют в этилацетате. Куркумин (15% по массе) добавляют и дают ему раствориться при периодическом вортексировании раствора.
- Смесь твердого вещества в масле добавляется в водную фазу ПВС (w/v) с образованием эмульсии S-O/W. Затем раствор лекарственного средства/полимера в ПВА перебрасывают при 8000 об/мин.
- Полученный раствор обрабатывают ультразвуком в течение ок. 300 сек при амплитуде 45% с помощью ультразвукового гомогенизатора, такого как УП200Хт или УП200Ст (200 Вт, 26 кГц). Сразу после ультразвуковой обработки эмульсию заливают в водную фазу (0,1% ПВА в воде; 200 мл) для диффузии при быстром перемешивании магнитной мешалкой.
- Эту коллоидную суспензию непрерывно перемешивают с помощью магнитной мешалки до тех пор, пока не завершится испарение растворителя. Затем наночастицы собирают центрифугированием, 3 раза промывают дистиллированной водой Milli Q. Наконец, их ресуспендируют в криопротекторном растворе (сахарозе (2 % по массе) и трегалозе (5 % по массе)), сушат на системе лиофилизатора ATR FD3.0 и могут храниться при температуре 4°C не менее 6 месяцев.
[ср. Ranjan et al. 2012]
Ультразвуковые процессоры для осаждения и составления рецептур куркумина
Hielscher Ultrasonics предлагает высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для синтеза наночастиц (например, АФИ) и экстракции растительных соединений. Наш ассортимент продукции включает в себя сложные лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые аппараты, что позволяет разрабатывать приложения от малых до коммерческих масштабов. Все результаты, полученные в лабораторных и опытно-промышленных испытаниях, могут быть полностью линейно масштабированы до промышленного уровня производства. Все системы созданы для работы в режиме 24/7, надежны и просты в использовании.
Серия UIPxxxxhdT включает в себя наши ультразвуковые системы промышленного класса, которые могут использоваться для настольного производства, оптимизации процессов и промышленного производства. Наши промышленные системы доступны в следующих форматах: 500 Вт (UIP500hdT), 1000 Вт (UIP1000hdT), 1500 Вт (UIP1500hdT), 2000 Вт (UIP2000hdT), 4000 Вт (UIP4000hdT), 10 000 Вт (UIP10000) и 16 000 Вт (UIP16000, самый мощный ультразвуковой аппарат в мире). Ультразвуковые технологии Hielscher’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут работать непрерывно 24 часа в сутки 7 дней в неделю с очень высокой амплитудой до 200 мкм. Для еще более высоких амплитуд Hielscher предлагает индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher обеспечивает надежную круглосуточную работу в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
Для всех наших ультразвуковых систем мы предлагаем широкий спектр принадлежностей, таких как сонотроды, бустерные рупоры, проточные ячейки и реакторы различных размеров, форм и геометрий. С помощью этих инструментов можно легко адаптировать наши ультразвуковые процессоры к требуемым технологическим условиям.
Для осаждения и восходящего синтеза Hielscher предлагает уникальную вставку проточных ячеек – Тем Многофазный кавитатор MPC48. С помощью MultiPhaseCavitator вторая фаза (антирастворитель) вводится через 48 тонких канюль непосредственно в зону ультразвуковой кавитации, где она смешивается в течение миллисекунд с первой фазой. В результате образуются однородные наночастицы.
Мощная ультразвуковая обработка от лабораторных и настольных до промышленных производств.
Литература/Литература
- Хьюлингс, С.Дж.; Калман, Д.С. (2017): Куркумин: обзор его влияния на здоровье человека. Продукт. октябрь 2017 г.; 6(10): 92.
- Торат, А.А.; Далви, С.В. (2014): Пути образования частиц и полиморфизм куркумина, индуцированный ультразвуком и добавками во время осаждения жидких антирастворителей. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ранджан, А..; Мукерджи, А.; Хелсон, Л.; Вишванатха, Д.К.: (2012): Масштабирование, оптимизация и анализ стабильности наночастиц Curcumin C3 с комплексной нагрузкой для терапии рака. Журнал нанобиотехнологии 2012, 10:38.
Факты, которые стоит знать
Куркумин
Куркумин — это химическое соединение желтого цвета, содержащееся в куркуме. Куркума – корневищное травянистое многолетнее растение (Куркума длинная) семейства имбирных. Куркумин — это полифенол, который извлекается из корневищ и широко используется в качестве пряности. В зависимости от происхождения и почвенных условий, в которых она выращивается, куркума содержит от 2% до 9% куркуминоидов. Куркумин является основным куркуминоидом куркумы (Куркума длинная, Zingiberaceae). Он используется в качестве добавки, лекарственного состава, пищевого ароматизатора, красящей добавки, а также косметического ингредиента.
Очищенная форма куркумина, которая состоит только из следующих трех основных компонентов – куркумин, бисдемэтоксикуркумин и деметоксикуркумин – также упоминается как комплекс куркумина С3. Чистый куркумин может быть отделен от смеси С3 куркумина, бисдеметоксикуркумина и деметоксикуркумина с помощью колоночной хроматографии.
Что касается его фармакологических свойств, то у чистого, немодифицированного куркумина есть большая проблема: из-за плохой растворимости в воде и, следовательно, низкой биодоступности, немодифицированный куркумин не может охватить его терапевтические эффекты, но быстро метаболизируется в печени и стенках кишечника. Чтобы преодолеть низкую скорость абсорбции куркумина, активные молекулы инкапсулируются в наноносители (например, липосомы, наносферы) или нагруженные на нанокомплексы (например, наночастицы, комплексы фосфолипидов, циклодекстринов и твердых дисперсий). Кроме того, биодоступность куркумина может быть увеличена примерно на 2000%, если его дозировка сочетается с пиперином, который является экстрактом черного перца.
В связи с этими фактами, нано-формула куркумина (нанокуркумин) является предпочтительной лекарственной формой куркумина, поскольку куркумин в наноформе преодолевает вышеупомянутые проблемы с доставкой лекарств. Нанокуркумин может обрамлять свои терапевтические свойства за счет улучшенной доставки к пораженным тканям, лучшей интернализации и снижения системной элиминации.
Куркумин доступен в нескольких формах доставки, включая порошки, капсулы, таблетки, мази, питательные напитки и косметические кремы.
Применение куркумина в медицине
Куркумин широко исследовался на предмет его разнообразных форм использования в медицине и питании. Исследования показали, что куркумин обладает высокой антиоксидантной активностью, которая индуцирует апоптоз клеток, ингибирует пролиферацию клеток, антиклеточную адгезию и подвижность, а также обладает антиангиогенезом и антимикробными свойствами. Благодаря этим эффектам, куркумин применяется в качестве лекарства для лечения различных воспалительных заболеваний, рака, нейродегенеративных заболеваний, сердечно-сосудистых заболеваний, а также диабета.
Ультразвуковые формы для нановведения К куркумину для медицинской терапии относятся наночастицы, липосомы, мицеллы, наноэмульсии, комплексы циклодекстрина, нанодиски, нановолокна, твердые липидные наночастицы и конъюгаты куркумина. Эти наноразмерные лекарственные формы преодолевают плохую биодоступность куркумина и позволяют целенаправленно и эффективно доставлять высокоэффективный препарат куркумина.
Химическая структура куркумина
Куркумин представляет собой симметричную молекулу, также известную как диферулоил метан. В ИЮПАК куркумин называется (1E,6E)-1,7-бис(4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,6-гептадиен-3,5-дион, с химической формулой C21H20O6. Кристаллы куркумина могут иметь различную форму, такую как моноклинная (ацикулярная), орторомбическая (похожая на рисовое зерно) и аморфная форма.