Ultrazvočno obarjanje kurkuminskih superdelcev
- Ker kurkuma vsebuje le 2-9 mas. % kurkuminoidov, je za pridobitev medicinsko močnega praška potrebna učinkovita tehnika ekstrakcije ali sinteze.
- Ultrazvočno podprto antisolventno obarjanje je zelo učinkovita metoda za sintezo delcev kurkumina.
- Ultrazvočno obarjanje proti topilu se lahko zlahka poveča za proizvodnjo velikih količin visokokakovostnega kurkumina.
Kurkumin
Kurkumin, polifenol, je slabo vodotopno zdravilo, ki ga najdemo v zeliščni začimbi kurkume (Curcuma longa). Ima zelo močne antioksidante in je znan po svojih protivnetnih, proti raku, protiglivičnim in protimikrobnim lastnostim. Še posebej za široko paleto kemopreventivnih in kemoterapevtskih dejavnosti se kurkumin uporablja kot prednostna zdravilna spojina.
Kot močan antioksidant kurkumin poveča serumsko aktivnost antioksidantov, kot je superoksid dismutaza (SOD) in čisti in nevtralizira proste radikale, kot so reaktivni kisik in dušikove vrste (ROS in RNS). Poleg tega povečuje aktivnost lastnih antioksidativnih encimov v telesu. Znano je tudi, da kurkumin zmanjšuje bolezni srca in izboljšuje delovanje možganov. Zaradi teh raznolikih koristnih zdravilnih lastnosti se kurkumin pogosto uporablja kot začimba, dodatek in zdravilo.
Ultrazvočno tekoče obarjanje proti topilu
Ultrazvočno asistento obarjanje tekočega antitopila (LAS) je preprosta in hitra tehnika sinteze v enem loncu za proizvodnjo kurkuminskih nanodelcev z ortorombično nadgradnjo. Ultrazvočno obarjanje proti topilu je preprost, hiter in prilagodljiv postopek, ki omogoča obarjanje visokokakovostnega kurkumina v farmacevtski in živilski industriji.
Hipotetični mehanizem nastajanja kurkuminskih superdelcev v odsotnosti in prisotnosti ultrazvoka brez stabilizatorjev. Slika © 2014 Thorat et al.
Ultrazvočni protokol padavin:
Za ultasonično obarjanje delcev kurkumina se organska raztopina kurkumina v etanolu (5 mg/ml) doda v 100 ml vode, ki vsebuje površinsko aktivno snov (0,02 mas. % v vodi) ali brez površinsko aktivne snovi. Kot reakcijska posoda se uporablja steklena posoda s prostornino približno 500 ml, premerom 7 cm in razmerjem L/D 1,7. Temperatura zmesi se stalno vzdržuje pri 1 ° C. Za ultrazvočni proces obarjanja je sonotroda ultrazvočnega homogenizatorja, kot je UP200Ht ali UP200St opremljen s sonotrodo S26d14 se potopi v mešanico topila in antitopila. Pri nastavitvi 100% amplitude in 10 min. ultrazvočno razbijanje se je mešanica razpršila.
Čas ultrazvočnega razbijanja omogoča manipulacijo polimorfizma kristalov cucrkumina. Ko se trajanje ultrazvočnega razbijanja podaljša, se poveča odstotek ortorombičnih delcev. To kaže, da povečanje ultrazvočne energije olajša nastanek ortorombične oblike v monoklinski obliki, ne glede na uporabljeni dodatek.
[prim. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultrazvočni procesor za obarjanje API
Izboljšana biološka uporabnost z ultrazvočno enkapsulacijo
Ker je kurkumin lipofilna molekula in slabo raztopljiv v vodi (= hidrofobna), ima nizko sistemsko biološko uporabnost. Zato je treba pripraviti formulacije kurkumina, ki povečujejo njegovo biološko uporabnost. Za pripravo vodnih raztopin kurkumina se dodajo površinsko aktivne snovi, lipidi, albumini, ciklodekstrini, biopolimeri itd., da se molekule kurkumina inkapsulirajo ali naložijo v liposome, nanodelce in druge nosilce zdravil.
Ultrasonication je zelo učinkovita in zanesljiva tehnika za oblikovanje nosilcev zdravil, kot so liposomi, jedro-lupina nanodelci, biopolimeri in dvojne emulzije! Spodaj poiščite zgledni protokol za ultrazvočno inkapsulacijo kurkumina.
Ultrazvočni protokol inkapsulacije kurkumina:
Nanodelci polilaktične ko-glikolne kisline (PLGA) s kurkuminom
- Najprej se polimer PLGA raztopi v etil acetatu. Dodamo kurkumin (15 % m/m) in pustimo, da se raztopi, medtem ko raztopino občasno vrtinčimo.
- Mešanica trdne snovi v olju se doda vodni fazi PVA (w / v), da nastane SO / W emulzija. Nato se raztopina zdravila / polimera v PVA vrtinči pri 8.000 vrtljajih na minuto.
- Nastalo raztopino ultrazvočno razbijemo približno 300 sekund pri 45% amplitudi z ultrazvočnim homogenizatorjem, kot je UP200Ht ali UP200St (200 W, 26 kHz). Takoj po ultrazvočnem razbijanju se emulzija vlije v vodno fazo (0,1% PVA v vodi; 200 ml) za difuzijo pod hitrim mešanjem z magnetnim mešalom.
- Ta koloidna suspenzija se nenehno meša z magnetnim mešalom, dokler se izhlapevanje topila ne konča. Nato se nanodelci zberejo s centrifugiranjem, 3-krat sperejo z destilirano vodo Milli Q. Na koncu se ponovno suspendirajo v krioprotektivni raztopini (saharoza (2 % m/m) in trehaloza (5 % m/m)), posušijo na sistemu liofilizatorja ATR FD3.0 in se lahko shranjujejo pri 4 °C vsaj 6 mesecev.
[prim. Ranjan et al. 2012]
Ultrazvočni procesorji za obarjanje in formulacijo kurkumina
Hielscher Ultrasonics ponuja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za sintezo nanodelcev (npr. API) in ekstrakcijo botaničnih spojin. Naša paleta izdelkov vključuje sofisticirane laboratorijske, namizne in industrijske ultrazvočne aparate, ki omogočajo razvoj aplikacij od majhnega do komercialnega. Vsi rezultati, pridobljeni v laboratorijskem in pilotnem testiranju, se lahko popolnoma linearno prilagodijo komercialni proizvodni ravni. Vsi sistemi so zgrajeni za delovanje 24/7, robustni in enostavni za uporabo.
Serija UIPxxxxhdT zajema naše industrijske ultrazvočne sisteme, ki se lahko uporabljajo za optimizacijo procesov in industrijsko proizvodnjo. Naši industrijski sistemi so na voljo kot 500 W (UIP500hdT), 1000 W (UIP1000hdT), 1500 W (UIP1500hdT), 2000 W (UIP2000hdT), 4000 W (UIP4000hdT), 10.000 W (UIP10000) in 16.000 W (UIP16000, najmočnejši ultrazvočni zvočnik na svetu). Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji se lahko neprekinjeno izvajajo 24 ur na dan, 7 dni v tednu pri zelo visokih amplitudah do 200 μm. Za še večje amplitude Hielscher ponuja prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča zanesljivo neprekinjeno delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Za vse naše ultrazvočne sisteme ponujamo širok spekter dodatkov, kot so sonotrode, pospeševalni rogovi, pretočne celice in reaktorji različnih velikosti, oblik in geometrij. S temi orodji je enostavno optimalno prilagoditi naše ultrazvočne procesorje zahtevanim procesnim pogojem.
Za obarjanje in sintezo od spodaj navzgor Hielscher ponuja edinstven vložek pretočne celice – T Večfazni kavitator MPC48. Z MultiPhaseCavitatorjem se druga faza (anti-topilo) vbrizga preko 48 finih kanil neposredno v ultrazvočno kavitacijsko cono, kjer se v milisekundah zmeša v prvo fazo. Posledično se oborijo homogeni nanodelci.
Zmogljiva ultrazvočna razbijanje od laboratorija in namizne do industrijske proizvodnje.
Literatura/Reference
- Hewlings, S.J.; Kalman, DS (2017): Kurkumin: pregled njegovih učinkov na zdravje ljudi. Živil. 2017 oktober; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Poti tvorbe delcev in polimorfizem kurkumina, ki ga povzročajo ultrazvok in dodatki med obarjanjem tekočega antitopila. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, JK: (2012): Povečanje, optimizacija in analiza stabilnosti nanodelcev s kompleksom Kurkumina C3 za zdravljenje raka. Revija za nanobiotehnologijo 2012, 10:38.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kurkumin
Kurkumin je rumeno obarvana kemična spojina, ki jo najdemo v kurkumi. Kurkuma je rizomatozna zelnata trajnica (Curcuma longa) družine ingverjev. Kurkumin je polifenol, ki se ekstrahira iz korenike in se pogosto uporablja kot začimba. Glede na izvor in pogoje tal, kjer se goji, kurkuma vsebuje 2%–9% kurkuminoidov. Kurkumin je glavni kurkuminoid kurkume (Curcuma longa, Zingiberaceae). Uporablja se kot dodatek, zdravilna spojina, barvilni dodatek za aromo hrane in kozmetična sestavina.
Prečiščena oblika kurkumina, ki je sestavljena samo iz naslednjih treh glavnih sestavin – kurkumin, bisdemetoksikurkumin in demetoksikurkumin – se imenuje tudi kurkuminski kompleks C3. Čisti kurkumin lahko ločimo od mešanice C3 kurkumina, bisdemetoksi kurkumina in demetoksi kurkumina s kolonsko kromatografijo.
Kar zadeva farmakološke lastnosti, ima čisti, nemodificirani kurkumin velik problem: zaradi slabe topnosti v vodi in s tem slabe biološke uporabnosti nespremenjeni kurkumin ne more zasnovati svojih terapevtskih učinkov, ampak se hitro presnavlja v jetrih in črevesni steni. Da bi premagali nizko stopnjo absorpcije kurkumina, so aktivne molekule inkapsulirane v nano nosilce (npr. liposomi, nanosfere) ali naložene na nanokomplekse (npr. nanodelci, kompleksi fosfolipidov, ciklodekstrinov in trdnih disperzij). Poleg tega se lahko biološka uporabnost kurkumina poveča za približno 2000%, če se njegov odmerek kombinira s piperinom, ki je izvleček črnega popra.
Zaradi teh dejstev je nano-formuliran kurkumin (nanokurkumin) najprimernejša dozirna oblika kurkumina, saj kurkumin v nanoobliki premaga prej omenjene težave z dostavo zdravil. Nanokurkumin lahko razvije svoje terapevtske lastnosti zaradi izboljšane dostave v obolelo tkivo, boljše internalizacije in zmanjšane sistemske izločanje.
Kurkumin je na voljo v več oblikah dostave, vključno s praški, kapsulami, tabletami, mazili, prehranskimi pijačami in kozmetičnimi kremami.
Medicinska uporaba kurkumina
Kurkumin je bil široko raziskan zaradi svojih raznolikih oblik uporabe v medicini in prehrani. Raziskave so pokazale, da ima kurkumin visoko antioksidativno aktivnost, ki povzroča celično apoptozo, zavira celično proliferacijo, anti-celično adhezijo in gibljivost ter ponuja anti-angiogenezo in protimikrobne lastnosti. Zaradi teh učinkov se kurkumin uporablja kot zdravilo za zdravljenje različnih vnetnih bolezni, raka, nevrodegenerativnih bolezni, bolezni srca in ožilja ter sladkorne bolezni.
Ultrazvočno pripravljene nano-administracijske oblike kurkumina za medicinsko terapijo vključujejo nanodelce, liposome, micele, nanoemulzije, ciklodekstrinske komplekse, nanodiske, nanovlakna, trdne lipidne nanodelce in kurkuminske konjugate. Te nano-velike dozirne oblike premagajo slabo biološko uporabnost kurkumina in omogočajo ciljno in učinkovito dostavo zelo močnega kurkuminskega zdravila.
Kemična struktura kurkumina
Kurkumin je simetrična molekula, znana tudi kot diferuloil metan. IUPAC ime kurkumina je (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion, s kemijsko formulo C21H20O6. Kristali kurkumina se lahko pojavijo v različnih oblikah, kot so monoklinska (iglasta), ortorombična (podobna riževemu zrnu) in amorfna oblika.