Ультразвуковое осаждение суперчастиц куркумина

• Поскольку куркума содержит лишь 2–9 wt% куркуминоидов, для получения порошка с выраженным лечебным действием необходим эффективный метод экстракции или синтеза.
• Осаждение антирастворителем при содействии ультразвука – высокоэффективный метод синтеза частиц куркумина.
• Ультразвуковое осаждение антирастворителем можно легко масштабировать для производства больших количеств высококачественного куркумина.

Куркумин

Куркумин, относящийся к полифенолам, представляет собой плохо растворимое в воде лекарственное вещество, содержащееся в растительной пряности куркуме (Curcuma longa). Он содержит антиоксиданты с очень высокой активностью и известен своими противовоспалительными, противораковыми, противогрибковыми и антимикробными свойствами. Куркумин используется в качестве предпочтительного лекарственного соединения прежде всего благодаря широкому спектру его химиопрофилактической и химиотерапевтической активности.
Будучи мощным антиоксидантом, куркумин повышает активность антиоксидантов в сыворотке крови, таких как супероксиддисмутаза (SOD), а также улавливает и нейтрализует свободные радикалы, такие как активные формы кислорода и азота (ROS и RNS). Кроме того, он усиливает активность собственных антиоксидантных ферментов организма. Известно также, что куркумин уменьшает сердечные заболевания и улучшает работу мозга. Благодаря этим многочисленным полезным лечебным свойствам куркумин широко используется в качестве пряности, добавки и лекарственного средства.

Ультразвуковое осаждение жидким антирастворителем

Осаждение жидким антирастворителем (LAS) при содействии ультразвука – простой и быстрый метод синтеза в одном реакционном сосуде для получения наночастиц куркумина с орторомбической суперструктурой. Ультразвуковое осаждение антирастворителем представляет собой простой, быстрый и масштабируемый процесс, позволяющий осаждать высококачественный куркумин в фармацевтической и пищевой промышленности.

Предполагаемый механизм образования суперчастиц куркумина в отсутствие и в присутствии ультразвука без стабилизаторов. Изображение © 2014 Thorat et al.

Протокол ультразвукового осаждения:

Для ультразвукового осаждения частиц куркумина органический раствор куркумина в этаноле (5 mg/mL) добавляют в 100mL воды, содержащей поверхностно-активное вещество (0,02 wt% в воде), либо в воду без поверхностно-активного вещества. В качестве реакционного сосуда используют стеклянный сосуд с рубашкой объёмом около 500mL, диаметром 7cm и отношением L/D, равным 1,7. Температуру смеси постоянно поддерживают на уровне 1ºC. Для процесса ультразвукового осаждения сонотрод ультразвукового гомогенизатора, например UP200Ht или UP200St , оснащённого сонотродом S26d14, погружают в смесь растворителя и антирастворителя. При установленной амплитуде 100% и обработке ультразвуком в течение 10min. смесь диспергируется.
Продолжительность обработки ультразвуком позволяет управлять полиморфизмом кристаллов куркумина. При увеличении продолжительности обработки ультразвуком доля орторомбических частиц возрастает. Это указывает на то, что увеличение ультразвуковой энергии способствует образованию орторомбической формы в большей степени, чем моноклинной, независимо от используемой добавки.
[см. Thorat et al. 2014]

Повышение биодоступности посредством ультразвуковой инкапсуляции

Поскольку куркумин представляет собой липофильную молекулу и плохо растворяется в воде (= гидрофобен), он обладает низкой системной биодоступностью. Поэтому необходимо готовить составы куркумина, повышающие его биодоступность. Для приготовления водных растворов куркумина добавляют поверхностно-активные вещества, липиды, альбумины, циклодекстрины, биополимеры и т. д., чтобы инкапсулировать молекулы куркумина или загрузить их в липосомы, наночастицы и другие носители лекарственных веществ.
Обработка ультразвуком – высокоэффективный и надёжный метод получения носителей лекарственных веществ, таких как липосомы, наночастицы типа «ядро–оболочка», биополимеры и двойные эмульсии! Ниже приведён пример протокола ультразвуковой инкапсуляции куркумина.

Протокол ультразвуковой инкапсуляции куркумина:

Наночастицы сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA), загруженные куркумином

1. Сначала полимер PLGA растворяют в этилацетате. Добавляют куркумин (15% w/w) и дают ему раствориться, периодически перемешивая раствор на вортексном смесителе.
2. Смесь «твёрдое вещество в масле» добавляют к водной фазе PVA (w/v) для образования эмульсии S-O/W. Затем раствор лекарственного вещества/полимера в PVA перемешивают на вортексном смесителе при 8 000 rpm.
3. Полученный раствор обрабатывают ультразвуком в течение примерно 300sec при амплитуде 45% с помощью ультразвукового гомогенизатора, например UP200Ht или UP200St (200W, 26kHz). Сразу после обработки ультразвуком эмульсию выливают в водную фазу (0,1% PVA в воде; 200mL) для диффузии при быстром перемешивании магнитной мешалкой.
4. Эту коллоидную суспензию непрерывно перемешивают магнитной мешалкой до завершения испарения растворителя. Затем наночастицы собирают центрифугированием и 3 раза промывают дистиллированной водой Milli Q. Наконец, их ресуспендируют в растворе криопротектора (сахароза (2 %w/w) и трегалоза (5% w/w)), высушивают в системе лиофильной сушки ATR FD3.0 и могут хранить при 4°C не менее 6 месяцев.

[см. Ranjan et al. 2012]

Ультразвуковые процессоры для осаждения куркумина и приготовления его составов

Hielscher Ultrasonics предлагает высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для синтеза наночастиц (например, активных фармацевтических ингредиентов, API) и экстракции соединений из растительного сырья. Наш ассортимент включает современные лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые аппараты, позволяющие разрабатывать процессы от малого до коммерческого масштаба. Все результаты, полученные при лабораторных и пилотных испытаниях, можно полностью линейно масштабировать до уровня коммерческого производства. Все системы рассчитаны на работу в режиме 24/7, прочны и просты в использовании.
Серия UIPxxxxhdT включает наши ультразвуковые системы промышленного класса, которые можно использовать в настольных установках, для оптимизации процессов и промышленного производства. Наши промышленные системы доступны в следующих вариантах: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) и 16 000W (UIP16000, самый мощный ультразвуковой аппарат в мире). Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics могут непрерывно работать в режиме 24/7 при очень высоких амплитудах до 200µm. Для ещё более высоких амплитуд Hielscher предлагает ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher обеспечивает надёжную круглосуточную работу при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Для всех наших ультразвуковых систем мы предлагаем широкий ассортимент принадлежностей, таких как сонотроды, бустерные рупоры, проточные ячейки и реакторы различных размеров, форм и геометрии. Благодаря этим средствам наши ультразвуковые процессоры легко оптимально адаптировать к требуемым условиям процесса.
Для осаждения и синтеза по принципу «снизу вверх» Hielscher предлагает уникальную вставку для проточной ячейки – MultiphaseCavitator MPC48. С помощью MultiphaseCavitator вторую фазу (антирастворитель) вводят через 48 тонких канюль непосредственно в зону ультразвуковой кавитации, где она за миллисекунды смешивается с первой фазой. В результате осаждаются однородные наночастицы.