Ultrazvukové zrážanie kurkumínových superčastíc
- Keďže kurkuma obsahuje iba 2-9 hmotnostných % kurkuminoidov, na získanie lekársky účinného prášku je potrebná účinná extrakcia alebo syntéza.
- Ultrazvukom asistované antisolventné zrážanie je vysoko účinná metóda syntézy častíc kurkumínu.
- Ultrazvukové antisolventné zrážanie je možné ľahko rozšíriť na výrobu veľkého množstva vysokokvalitného kurkumínu.
Kurkumín
Kurkumín, polyfenol, je zle rozpustný liek nachádzajúci sa v bylinnom korení kurkuma (Kurkuma longa). Má vysoko silné antioxidanty a je známy svojimi protizápalovými, protirakovinovými, protiplesňovými a antimikrobiálnymi vlastnosťami. Najmä pre svoju širokú škálu chemopreventívnych a chemoterapeutických aktivít sa kurkumín používa ako preferovaná lieková zlúčenina.
Kurkumín ako silný antioxidant zvyšuje sérovú aktivitu antioxidantov, ako je superoxiddismutáza (SOD) a zachytáva a neutralizuje voľné radikály, ako sú reaktívne formy kyslíka a dusíka (ROS a RNS). Okrem toho zvyšuje aktivitu vlastných antioxidačných enzýmov v tele. Kurkumín je tiež známy tým, že znižuje srdcové choroby a zlepšuje funkciu mozgu. Vďaka týmto rozmanitým prospešným liečivým vlastnostiam je kurkumín široko používaný ako korenie, doplnok a liek.
Ultrazvukové kvapalné antisolventné zrážanie
Precipitácia kvapalného antirozpúšťadla (LAS) je jednoduchá a rýchla technika syntézy v jednom hrnci na výrobu nanočastíc kurkumínu s ortorombickou nadstavbou. Ultrazvukové zrážanie proti rozpúšťadlu je jednoduchý, rýchly a škálovateľný proces, ktorý umožňuje zrážanie vysokokvalitného kurkumínu vo farmaceutickom a potravinárskom priemysle.
Predpokladaný mechanizmus tvorby superčastíc kurkumínu pri absencii a prítomnosti ultrazvuku bez stabilizátorov. Obrázok © 2014 Thorat a kol.
Protokol ultrazvukového zrážania:
Na ultasonické zrážanie častíc kurkumínu sa do 100 ml vody obsahujúcej povrchovo aktívnu látku (0,02 % hmotnosti vo vode) alebo bez povrchovo aktívnej látky pridá organický roztok kurkumínu v etanole (5 mg/ml). Ako reakčná nádoba sa používa opláštená sklenená nádoba s objemom cca. 500 ml, priemerom 7 cm a pomerom L/D 1,7. Teplota zmesi sa neustále udržuje na 1 ° C. Pre proces ultrazvukového zrážania sonotróda ultrazvukového homogenizátora, ako je UP200Ht alebo UP200St vybavený sonotródou S26d14 je ponorený do zmesi rozpúšťadla a antirozpúšťadla. Pri nastavení 100% amplitúdy a 10 min. sonikácia sa zmes rozptýlila.
Čas sonikácie umožňuje manipuláciu s polymorfizmom kryštálov cucrkumínu. Keď sa predĺži trvanie sonikácie, zvýši sa percento ortorombických častíc. To naznačuje, že zvýšenie ultrazvukovej energie uľahčuje tvorbu ortorombickej formy v monoklinickej forme, bez ohľadu na použitú prísadu.
[porovnaj Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultrazvukový procesor pre zrážanie API
Zlepšená biologická dostupnosť ultrazvukovou enkapsuláciou
Keďže kurkumín je lipofilná molekula a zle rozpustný vo vode (= hydrofóbny), má nízku systémovú biologickú dostupnosť. Preto je potrebné pripraviť kurkumínové formulácie, ktoré zvyšujú jeho biologickú dostupnosť. Na prípravu vodných roztokov kurkumínu sa pridávajú povrchovo aktívne látky, lipidy, albumíny, cyklodextríny, biopolyméry atď., aby sa molekuly kurkumínu zapuzdrili alebo naplnili lipozómami, nanočasticami a inými nosičmi liečiv.
Ultrazvuk je vysoko účinná a spoľahlivá technika na formulovanie nosičov liekov, ako sú lipozómy, jadro-škrupina nanočastice, biopolymérov a dvojité emulzie! Nižšie nájdete príkladný protokol pre ultrazvukovú enkapsuláciu kurkumínu.
Ultrazvukový protokol zapuzdrenia kurkumínu:
Nanočastice kyseliny polymléčnej a koglykolovej (PLGA) s obsahom kurkumínu
- Najskôr sa polymér PLGA rozpustí v etylacetáte. Pridá sa kurkumín (15 % hmotnostných) a nechá sa rozpustiť, zatiaľ čo roztok prerušovane víri.
- Zmes pevnej látky v oleji sa pridá do vodnej fázy PVA (w/v) za vzniku SO/W emulzie. Potom sa roztok liečiva/polyméru v PVA víri pri 8 000 otáčkach za minútu.
- Výsledný roztok sa sonikuje cca. 300 sekúnd pri 45% amplitúde pomocou ultrazvukového homogenizátora, ako je UP200Ht alebo UP200St (200 W, 26 kHz). Ihneď po sonikácii sa emulzia naleje do vodnej fázy (0,1% PVA vo vode; 200 ml) na difúziu za rýchleho miešania magnetickým miešadlom.
- Táto koloidná suspenzia sa nepretržite mieša magnetickým miešadlom, kým sa nedokončí odparovanie rozpúšťadla. Potom sa nanočastice zhromažďujú odstreďovaním, 3-krát sa premyjú destilovanou vodou Milli Q. Nakoniec sa resuspendujú v kryoprotektívnom roztoku (sacharóza (2 % hmotnostné) a trehalóza (5 % hm.)), vysušia sa na lyofilizátore ATR FD3.0 a môžu sa skladovať pri teplote 4 °C najmenej 6 mesiacov.
[porovnaj Ranjan et al. 2012]
Ultrazvukové procesory na zrážanie a formuláciu kurkumínu
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia na syntézu nanočastíc (napr. API) a extrakciu botanických zlúčenín. Náš sortiment zahŕňa sofistikované laboratórne, stolové a priemyselné ultrazvukové prístroje, ktoré umožňujú vývoj aplikácií od malého až po komerčné. Všetky výsledky získané v laboratórnych a pilotných testoch je možné úplne lineárne škálovať na úroveň komerčnej výroby. Všetky systémy sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni, robustné a ľahko použiteľné.
Séria UIPxxxxhdT zahŕňa naše priemyselné ultrazvukové systémy, ktoré možno použiť na stolovú výrobu, optimalizáciu procesov a priemyselnú výrobu. Naše priemyselné systémy sú k dispozícii ako 500 W (UIP500hdT), 1000 W (UIP1000hdT), 1500 W (UIP1500hdT), 2000 W (UIP2000hdT), 4000 W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) a 16 000 W (UIP16000, najvýkonnejší ultrazvuk na svete). Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu bežať nepretržite 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri veľmi vysokých amplitúdach až 200 μm. Pre ešte vyššie amplitúdy ponúka Hielscher prispôsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje spoľahlivú nepretržitú prevádzku v náročných a náročných prostrediach.
Pre všetky naše ultrazvukové systémy ponúkame široké spektrum príslušenstva, ako sú sonotrody, posilňovacie rohy, prietokové články a reaktory viacerých veľkostí, tvarov a geometrií. Pomocou týchto nástrojov je možné naše ultrazvukové procesory ľahko optimálne prispôsobiť požadovaným procesným podmienkam.
Na zrážanie a syntézu zdola nahor ponúka spoločnosť Hielscher jedinečnú vložku prietokovej bunky – Tá Viacfázový kavitátor MPC48. S MultiPhaseCavitatorom sa druhá fáza (anti-solvent) vstrekuje cez 48 jemných kanul priamo do ultrazvukovej kavitačnej zóny, kde sa v priebehu milisekúnd zmieša do prvej fázy. V dôsledku toho sa vyzrážajú homogénne nanočastice.
Výkonná sonikácia od laboratórnej a stolovej až po priemyselnú výrobu.
Literatúra/Referencie
- Hewlings, S.J.; Kalman, DS (2017): Kurkumín: Prehľad jeho účinkov na ľudské zdravie. Potraviny. Október 2017; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, SV (2014): Dráhy tvorby častíc a polymorfizmus kurkumínu indukovaný ultrazvukom a prísadami počas zrážania kvapalného antirozpúšťadla. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012): Zväčšenie, optimalizácia a analýza stability nanočastíc s komplexným zaťažením kurkumínu C3 na liečbu rakoviny. Časopis nanobiotechnológie 2012, 10:38.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Kurkumín
Kurkumín je žlto sfarbená chemická zlúčenina nachádzajúca sa v kurkume. Kurkuma je oddenková bylinná trváca rastlina (Kurkuma longa) z čeľade zázvorovitých. Kurkumín je polyfenol, ktorý sa extrahuje z oddenkov a široko sa používa ako korenie. V závislosti od pôvodu a pôdnych podmienok, v ktorých sa pestuje, kurkuma obsahuje 2%–9% kurkuminoidov. Kurkumín je hlavným kurkuminoidom kurkumy (Curcuma longa, Zingiberaceae). Používa sa ako doplnok, liečivá zlúčenina, potravinárska aromatická farbiaca prísada, ako aj kozmetická prísada.
Čistená forma kurkumínu, ktorá pozostáva iba z nasledujúcich troch hlavných zložiek – kurkumín, bisdemetoxykurkumín a demetoxykurkumín – sa označuje aj ako komplex kurkumínu C3. Čistý kurkumín možno oddeliť od zmesi C3 kurkumínu, bisdemetoxykurkumínu a demetoxykurkumínu stĺpcovou chromatografiou.
Čo sa týka jeho farmakologických vlastností, čistý, nemodifikovaný kurkumín má veľký problém: Kvôli nízkej rozpustnosti vo vode a tým aj nízkej biologickej dostupnosti nemôže nemodifikovaný kurkumín zahŕňať svoje terapeutické účinky, ale rýchlo sa metabolizuje v pečeni a črevnej stene. Na prekonanie nízkej miery absorpcie kurkumínu sú aktívne molekuly zapuzdrené v nanonosičoch (napr. lipozómy, nanosféry) alebo zaťažené nanokomplexmi (napr. nanočastice, komplexy fosfolipidov, cyklodextrínov a pevných disperzií). Okrem toho sa biologická dostupnosť kurkumínu môže zvýšiť približne o 2000 %, keď sa jeho dávka skombinuje s piperinom, čo je extrakt z čierneho korenia.
Vďaka týmto skutočnostiam je nano-formulovaný kurkumín (nanokurkumín) preferovanou liekovou formou kurkumínu, pretože kurkumín v nanoforme prekonáva vyššie uvedené problémy s podávaním liekov. Nanokurkumín môže rozšíriť svoje terapeutické vlastnosti vďaka zlepšenému dodávaniu do chorého tkaniva, lepšej internalizácii a zníženej systémovej eliminácii.
Kurkumín je dostupný vo viacerých formách vrátane práškov, kapsúl, tabliet, mastí, výživných nápojov a kozmetických krémov.
Lekárske aplikácie kurkumínu
Kurkumín bol široko skúmaný pre svoje rozmanité formy použitia v medicíne a výžive. Výskum ukázal, že kurkumín má vysokú antioxidačnú aktivitu, ktorá indukuje bunkovú apoptózu, inhibuje bunkovú proliferáciu, antibunkovú adhéziu a pohyblivosť a ponúka antiangiogenézu a antimikrobiálne vlastnosti. Vďaka týmto účinkom sa kurkumín používa ako liek na liečbu rôznych zápalových ochorení, rakoviny, neurodegeneratívnych ochorení, kardiovaskulárnych ochorení, ako aj cukrovky.
Ultrazvukom pripravené nano-podávacie formy kurkumínu pre liečebnú terapiu zahŕňajú nanočastice, lipozómy, micely, nanoemulzie, cyklodextrínové komplexy, nanodisky, nanovlákna, pevné lipidové nanočastice a kurkumínové konjugáty. Tieto nanodávkové formy prekonávajú zlú biologickú dostupnosť kurkumínu a umožňujú cielené a efektívne podávanie vysoko účinného kurkumínového lieku.
Chemická štruktúra kurkumínu
Kurkumín je symetrická molekula, známa aj ako diferuloylmetán. Názov kurkumínu IUPAC je (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-metoxyfenyl)-1,6-heptadién-3,5-dón, s chemickým vzorcom C21H20O6. Kryštály kurkumínu sa môžu objaviť v rôznych tvaroch, ako je monoklinická (ikadlová), ortorombická (podobná ryžovému zrnu) a amorfná forma.