Precipitimi me ultratinguj i supergrimcave të kurkuminës
- Meqenëse shafrani i Indisë përmban vetëm 2–9 wt% kurkuminoide, nevojitet një teknikë efikase ekstraktimi ose sinteze për të përftuar një pluhur me veprim të fuqishëm mjekësor.
- Precipitimi me antitretës i asistuar me ultratinguj është një metodë shumë efikase për sintetizimin e grimcave të kurkuminës.
- Precipitimi me antitretës me ultratinguj mund të shkallëzohet lehtësisht për prodhimin e sasive të mëdha të kurkuminës me cilësi të lartë.
Kurkumina
Kurkumina, një polifenol, është një substancë mjekësore me tretshmëri të ulët në ujë që gjendet te erëza bimore shafran i Indisë (Curcuma longa). Ajo përmban antioksidantë shumë të fuqishëm dhe njihet për vetitë e saj antiinflamatore, antikanceroze, antifungale dhe antimikrobike. Kurkumina përdoret si një përbërës mjekësor i parapëlqyer, veçanërisht për gamën e saj të gjerë të veprimtarive kimioparandaluese dhe kimioterapeutike.
Si një antioksidant i fuqishëm, kurkumina rrit aktivitetin në serum të antioksidantëve si superoksid dismutaza (SOD) dhe kap e neutralizon radikalet e lira, si speciet reaktive të oksigjenit dhe të azotit (ROS dhe RNS). Për më tepër, ajo rrit aktivitetin e enzimave antioksiduese të vetë organizmit. Kurkumina njihet gjithashtu për reduktimin e sëmundjeve të zemrës dhe për përmirësimin e funksionit të trurit. Për shkak të këtyre vetive të shumta të dobishme mjekësore, kurkumina përdoret gjerësisht si erëz, suplement dhe bar.
Precipitimi me antitretës të lëngshëm me ultratinguj
Precipitimi me antitretës të lëngshëm (LAS), i asistuar me ultratinguj, është një teknikë e thjeshtë dhe e shpejtë sinteze në një enë të vetme për prodhimin e nanogrimcave të kurkuminës me superstrukturë ortorombike. Precipitimi me antitretës me ultratinguj është një proces i thjeshtë, i shpejtë dhe i shkallëzueshëm, i cili mundëson precipitimin e kurkuminës me cilësi të lartë në industrinë farmaceutike dhe ushqimore.
Mekanizmi i hipotezuar i formimit të supergrimcave të kurkuminës në mungesë dhe në prani të ultratingujve, pa stabilizues. Figura © 2014 Thorat et al.
Protokolli i precipitimit me ultratinguj:
Për precipitimin me ultratinguj të grimcave të kurkuminës, një tretësirë organike e kurkuminës në etanol (5 mg/mL) shtohet në 100mL ujë që përmban surfaktant (0,02 wt% në ujë) ose pa surfaktant. Si enë reaksioni përdoret një enë qelqi me këmishë, me vëllim afërsisht 500mL, diametër 7cm dhe raport L/D prej 1,7. Temperatura e përzierjes mbahet vazhdimisht në 1ºC. Për procesin e precipitimit me ultratinguj, sonotroda e homogjenizuesit me ultratinguj, si UP200Ht ose UP200St i pajisur me një sonotrodë S26d14, zhytet në përzierjen tretës–antitretës. Me amplitudën të vendosur në 100% dhe trajtim me ultratinguj për 10min., përzierja dispergohet.
Koha e trajtimit me ultratinguj mundëson kontrollimin e polimorfizmit të kristaleve të kurkuminës. Kur kohëzgjatja e trajtimit me ultratinguj zgjatet, përqindja e grimcave ortorombike rritet. Kjo tregon se rritja e energjisë së ultratingujve favorizon formimin e formës ortorombike kundrejt formës monoklinike, pavarësisht nga aditivi i përdorur.
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – procesor me ultratinguj 1kW për precipitimin e përbërësve farmaceutikë aktivë (API)
Biodisponueshmëri e përmirësuar nëpërmjet enkapsulimit me ultratinguj
Meqenëse kurkumina është një molekulë lipofile dhe tretet dobët në ujë (= hidrofobe), ajo ka biodisponueshmëri të ulët sistemike. Prandaj, është e nevojshme të përgatiten formulime të kurkuminës që rrisin biodisponueshmërinë e saj. Për përgatitjen e tretësirave ujore të kurkuminës, shtohen surfaktantë, lipide, albumina, ciklodekstrina, biopolimerë etj., me qëllim enkapsulimin ose ngarkimin e molekulave të kurkuminës në liposome, nanogrimca dhe bartës të tjerë të barnave.
Trajtimi me ultratinguj është një teknikë shumë efikase dhe e besueshme për formulimin e bartësve të barnave si liposomet, nanogrimcat me bërthamë–mbështjellës, biopolimerët dhe emulsionet e dyfishta! Më poshtë gjeni një protokoll ilustrues për enkapsulimin e kurkuminës me ultratinguj.
Protokolli i enkapsulimit të kurkuminës me ultratinguj:
Nanogrimca të acidit poli(laktik-ko-glikolik) (PLGA) të ngarkuara me kurkuminë
- Së pari, polimeri PLGA tretet në acetat etili. Shtohet kurkumina (15% w/w) dhe lihet të tretet, ndërsa tretësira përzihet herë pas here me vorbullim.
- Përzierja e lëndës së ngurtë në vaj shtohet në një fazë ujore të PVA-së (w/v) për të formuar një emulsion S-O/W. Më pas, tretësira e barit/polimerit në PVA përzihet me vorteks në 8 000 rpm.
- Tretësira që rezulton trajtohet me ultratinguj për rreth 300sec në amplitudë 45% me një homogjenizues ultrasonik si UP200Ht ose UP200St (200W, 26kHz). Menjëherë pas trajtimit me ultratinguj, emulsioni derdhet në fazën ujore (0,1% PVA në ujë; 200mL) për difuzion, duke e përzier shpejt me një përzierës magnetik.
- Ky suspension koloidal përzihet vazhdimisht me një përzierës magnetik derisa të përfundojë avullimi i tretësit. Më pas, nanogrimcat mblidhen me centrifugim dhe lahen 3 herë me ujë të distiluar Milli Q. Në fund, ato risuspendohen në një tretësirë krioprotektore (saharozë (2 %w/w) dhe trehalozë (5% w/w)), thahen në një sistem liofilizimi ATR FD3.0 dhe mund të ruhen në 4°C për të paktën 6 muaj.
[krh. Ranjan et al. 2012]
Procesorë ultrasonikë për precipitimin dhe formulimin e kurkuminës
Hielscher Ultrasonics ofron pajisje ultrasonike me performancë të lartë për sintezën e nanogrimcave (p.sh. përbërësve farmaceutikë aktivë – API) dhe ekstraktimin e përbërjeve bimore. Gama jonë e produkteve përfshin aparate të sofistikuara ultrasonike laboratorike, për tavolinë pune dhe industriale, të cilat mundësojnë zhvillimin e aplikimeve nga shkalla e vogël deri në shkallë tregtare. Të gjitha rezultatet e marra në testimet laboratorike dhe pilot mund të shkallëzohen plotësisht në mënyrë lineare deri në nivelin e prodhimit tregtar. Të gjitha sistemet janë ndërtuar për funksionim 24/7, janë të qëndrueshme dhe të lehta për t’u përdorur.
Seria UIPxxxxhdT përfshin sistemet tona ultrasonike të klasës industriale, të cilat mund të përdoren në tavolinë pune, për optimizimin e proceseve dhe për prodhim industrial. Sistemet tona industriale janë të disponueshme në variantet 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10 000W (UIP10000) dhe 16 000W (UIP16000, aparati ultrasonik më i fuqishëm në botë). Procesorët ultrasonikë industrialë të Hielscher Ultrasonics mund të funksionojnë vazhdimisht 24/7 në amplituda shumë të larta deri në 200µm. Për amplituda edhe më të larta, Hielscher ofron sonotroda ultrasonike të përshtatura sipas kërkesave. Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher mundëson funksionim të besueshëm gjatë gjithë kohës, nën ngarkesa të rënda dhe në mjedise me kërkesa të larta.
Për të gjitha sistemet tona ultrasonike, ne ofrojmë një gamë të gjerë aksesorësh si sonotroda, brirë përforcues të amplitudës, qeliza rrjedhjeje dhe reaktorë me madhësi, forma dhe gjeometri të ndryshme. Me këto mjete, bëhet lehtësisht e mundur që procesorët tanë ultrasonikë të përshtaten në mënyrë optimale me kushtet e kërkuara të procesit.
Për precipitimin dhe sintezën nga poshtë lart, Hielscher ofron një insert unik për qelizën e rrjedhjes – MultiPhaseCavitator MPC48. Me MultiPhaseCavitator, faza e dytë (antitretësi) injektohet përmes 48 kanulave të holla drejtpërdrejt në zonën e kavitacionit ultrasonik, ku përzihet brenda milisekondave me fazën e parë. Si rezultat, precipitohen nanogrimca homogjene.
Trajtim i fuqishëm me ultratinguj nga laboratori dhe tavolina e punës deri te prodhimi industrial.
Literaturë/Referenca
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Kurkumina: Një përmbledhje e efekteve të saj në shëndetin e njeriut. Foods. 2017 Oct; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Rrugët e formimit të grimcave dhe polimorfizmi i kurkuminës të nxitur nga ultratingujt dhe aditivët gjatë precipitimit me antitretës të lëngshëm. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Rritja e shkallës së prodhimit, optimizimi dhe analiza e qëndrueshmërisë së nanogrimcave të ngarkuara me kompleksin Curcumin C3 për terapinë e kancerit. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Fakte që ia vlen të njihen
Kurkumina
Kurkumina është një përbërje kimike me ngjyrë të verdhë që gjendet në shafranin e Indisë. Shafrani i Indisë është një bimë barishtore shumëvjeçare me rizomë (Curcuma longa) e familjes së xhenxhefilit. Kurkumina është një polifenol që ekstraktohet nga rizomat dhe përdoret gjerësisht si erëz. Në varësi të origjinës së tij dhe kushteve të tokës ku kultivohet, shafrani i Indisë përmban 2%–9% kurkuminoide. Kurkumina është kurkuminoidi kryesor i shafranit të Indisë (Curcuma longa, Zingiberaceae). Ajo përdoret si suplement, përbërës mjekësor, aditiv aromatizues dhe ngjyrues ushqimor, si dhe si përbërës kozmetik.
Një formë e pastruar e kurkuminës, e cila përbëhet vetëm nga tre përbërësit kryesorë të mëposhtëm – kurkumina, bisdemetoksikurkumina dhe demetoksikurkumina – quhet gjithashtu kompleksi C3 i kurkuminës. Kurkumina e pastër mund të ndahet nga përzierja C3 e kurkuminës, bisdemetoksikurkuminës dhe demetoksikurkuminës me anë të kromatografisë në kolonë.
Për sa u përket vetive të saj farmakologjike, kurkumina e pastër, e pamodifikuar, ka një problem të madh: për shkak të tretshmërisë së saj të ulët në ujë dhe, rrjedhimisht, biodisponueshmërisë së ulët, kurkumina e pamodifikuar nuk mund të ushtrojë efektet e saj terapeutike, por metabolizohet shpejt në mëlçi dhe në murin e zorrëve. Për të kapërcyer shkallën e ulët të përthithjes së kurkuminës, molekulat aktive kapsulohen në bartës nanometrikë (p.sh. liposome, nanosfera) ose ngarkohen në nanokomplekse (p.sh. nanogrimca, komplekse fosfolipidesh, ciklodekstrinash dhe dispersione të ngurta). Për më tepër, biodisponueshmëria e kurkuminës mund të rritet me rreth 2000% kur doza e saj kombinohet me piperinë, e cila është një ekstrakt i piperit të zi.
Për shkak të këtyre fakteve, kurkumina e formuluar në shkallë nano (nanokurkumina) është forma farmaceutike e parapëlqyer e kurkuminës, pasi kurkumina në nanoformë kapërcen problemet e lartpërmendura të shpërndarjes së barit. Nanokurkumina mund të shfaqë vetitë e saj terapeutike falë shpërndarjes së përmirësuar në indin e sëmurë, futjes më të mirë brenda qelizave dhe eliminimit sistemik të reduktuar.
Kurkumina është e disponueshme në forma të ndryshme administrimi, përfshirë pluhura, kapsula, tableta, pomada, pije ushqyese dhe kremra kozmetikë.
Zbatimet mjekësore të kurkuminës
Kurkumina është studiuar gjerësisht për format e saj të shumta të përdorimit në mjekësi dhe ushqyerje. Hulumtimet kanë treguar se kurkumina ka aktivitet të lartë antioksidues, i cili nxit apoptozën qelizore, frenon proliferimin, ngjitjen dhe lëvizshmërinë e qelizave dhe ofron veti antiangiogjenike dhe antimikrobike. Për shkak të këtyre efekteve, kurkumina përdoret si bar për trajtimin e sëmundjeve të ndryshme inflamatore, kancereve, sëmundjeve neurodegjenerative, sëmundjeve kardiovaskulare, si dhe diabetit.
Format e administrimit në shkallë nano të përgatitura me ultratinguj të kurkuminës për terapi mjekësore përfshijnë nanogrimca, liposome, micela, nanoemulsione, komplekse ciklodekstrinash, nanodisqe, nanofibra, nanogrimca lipidike të ngurta dhe konjugate të kurkuminës. Këto forma farmaceutike me përmasa nanometrike kapërcejnë biodisponueshmërinë e ulët të kurkuminës dhe mundësojnë shpërndarjen e synuar dhe efektive të një bari me kurkuminë me fuqi të lartë veprimi.
Struktura kimike e kurkuminës
Kurkumina është një molekulë simetrike, e njohur gjithashtu si diferuloilmetan. Emri IUPAC i kurkuminës është (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion, me formulë kimike C21H20O6. Kristalet e kurkuminës mund të shfaqen në forma të ndryshme, si monoklinike (në trajtë gjilpëre), ortorombike (në trajtë kokrre orizi) dhe amorfe.