Ултразвучно таложење суперчестица куркумина

• Пошто куркума садржи само 2–9 мас.% куркуминоида, за добијање праха са снажним лековитим дејством неопходна је ефикасна техника екстракције или синтезе.
• Таложење антирастварачем уз помоћ ултразвука веома је ефикасна метода за синтезу честица куркумина.
• Ултразвучно таложење антирастварачем може се лако пренети на веће размере ради производње великих количина висококвалитетног куркумина.

Куркумин

Куркумин, полифенол, слабо је растворљива лековита супстанца у води која се налази у биљном зачину куркуми (Curcuma longa). Садржи веома снажне антиоксидансе и познат је по својим антиинфламаторним, антиканцерогеним, антифунгалним и антимикробним својствима. Нарочито због широког спектра хемопревентивног и хемотерапијског деловања, куркумин се користи као пожељна лековита супстанца.
Као снажан антиоксиданс, куркумин повећава активност антиоксиданаса у серуму, као што је супероксид-дисмутаза (SOD), и хвата и неутралише слободне радикале, као што су реактивне врсте кисеоника и азота (ROS и RNS). Поред тога, појачава активност сопствених антиоксидативних ензима организма. Куркумин је такође познат по томе што смањује појаву срчаних обољења и побољшава функцију мозга. Због ових бројних корисних лековитих својстава, куркумин се широко користи као зачин, суплемент и лек.

Ултразвучно таложење течним антирастварачем

Таложење течним антирастварачем (LAS) уз помоћ ултразвука једноставна је и брза техника синтезе у једној посуди за производњу наночестица куркумина са орторомбичном суперструктуром. Ултразвучно таложење антирастварачем једноставан је, брз процес који се може пренети на веће размере и који омогућава таложење висококвалитетног куркумина у фармацеутској и прехрамбеној индустрији.

Претпостављени механизам формирања суперчестица куркумина у одсуству и присуству ултразвука, без стабилизатора. Слика © 2014 Thorat et al.

Протокол ултразвучног таложења:

За ултразвучно таложење честица куркумина, органски раствор куркумина у етанолу (5 mg/mL) додаје се у 100mL воде која садржи површински активну супстанцу (0,02 мас.% у води) или у воду без површински активне супстанце. Као реакциона посуда користи се стаклена посуда са плаштом, запремине приближно 500mL, пречника 7cm и односа L/D од 1,7. Температура смеше се стално одржава на 1ºC. За поступак ултразвучног таложења, сонотрода ултразвучног хомогенизатора као што је UP200Ht или UP200St опремљеног сонотродом S26d14 урања се у смешу растварача и антирастварача. При подешеној амплитуди од 100% и ултразвучном третману од 10min. смеша се диспергује.
Трајање ултразвучног третмана омогућава управљање полиморфизмом кристала куркумина. Када се трајање ултразвучног третмана продужи, повећава се проценат орторомбичних честица. То указује на то да повећање ултразвучне енергије подстиче формирање орторомбичног облика у односу на моноклинични облик, независно од коришћеног адитива.
[уп. Thorat et al. 2014]

Побољшана биорасположивост ултразвучном инкапсулацијом

Пошто је куркумин липофилни молекул и слабо се раствара у води (= хидрофобан је), има ниску системску биорасположивост. Стога је неопходно припремити формулације куркумина које побољшавају његову биорасположивост. За припрему водених раствора куркумина додају се површински активне супстанце, липиди, албумини, циклодекстрини, биополимери итд. како би се молекули куркумина инкапсулирали или уградили у липозоме, наночестице и друге носаче лекова.
Ултразвучни третман је веома ефикасна и поуздана техника за формулисање носача лекова као што су липозоми, наночестице са језгром и омотачем, биополимери и двоструке емулзије! У наставку је дат пример протокола за ултразвучну инкапсулацију куркумина.

Протокол ултразвучне инкапсулације куркумина:

Наночестице кополимера млечне и гликолне киселине (PLGA) са уграђеним куркумином

1. Најпре се полимер PLGA раствара у етил-ацетату. Додаје се куркумин (15% w/w) и оставља да се раствори уз повремено вортексно мешање раствора.
2. Смеша чврсте фазе у уљу додаје се воденој фази PVA (w/v) да би се формирала S-O/W емулзија. Затим се раствор лека/полимера у PVA меша на вортекс мешалици при 8.000 rpm.
3. Добијени раствор се обрађује ултразвуком приближно 300sec при амплитуди од 45% помоћу ултразвучног хомогенизатора као што је UP200Ht или UP200St (200W, 26kHz). Одмах након ултразвучне обраде, емулзија се сипа у водену фазу (0,1% PVA у води; 200mL) ради дифузије уз брзо мешање магнетном мешалицом.
4. Ова колоидна суспензија непрекидно се меша магнетном мешалицом док се не заврши испаравање растварача. Затим се наночестице сакупљају центрифугирањем и испирају 3 пута дестилованом водом Milli Q. На крају се поново суспендују у раствору криопротектаната (сахароза (2 %w/w) и трехалоза (5% w/w)), суше у систему за лиофилизацију ATR FD3.0 и могу се чувати на 4°C најмање 6 месеци.

[уп. Ranjan et al. 2012]

Ултразвучни процесори за таложење куркумина и израду његових формулација

Hielscher Ultrasonics нуди ултразвучну опрему високих перформанси за синтезу наночестица (нпр. активних фармацеутских састојака) и екстракцију биљних једињења. Наш асортиман обухвата софистициране лабораторијске, стоне и индустријске ултразвучне уређаје, што омогућава развој примена од малог до комерцијалног обима. Сви резултати добијени током лабораторијских и пилот испитивања могу се у потпуности линеарно пренети на ниво комерцијалне производње. Сви системи су израђени за рад 24/7, робусни су и једноставни за употребу.
Серија UIPxxxxhdT обухвата наше ултразвучне системе индустријске класе, који се могу користити за рад на лабораторијском столу, оптимизацију процеса и индустријску производњу. Наши индустријски системи доступни су у следећим варијантама: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) и 16.000W (UIP16000, најснажнији ултразвучни уређај на свету). Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу непрекидно да раде 24/7 при веома високим амплитудама до 200µm. За још више амплитуде, Hielscher нуди ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава поуздан целодневни рад при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
За све наше ултразвучне системе нудимо широк избор додатне опреме, као што су сонотроде, појачивачи амплитуде, проточне ћелије и реактори различитих величина, облика и геометрија. Уз ову опрему, наши ултразвучни процесори могу се лако оптимално прилагодити потребним условима процеса.
За таложење и синтезу од мањих градивних јединица ка већим структурама, Hielscher нуди јединствени уметак за проточну ћелију – MultiPhaseCavitator MPC48. Помоћу уређаја MultiPhaseCavitator, друга фаза (антирастварач) убризгава се кроз 48 танких канила директно у зону ултразвучне кавитације, где се у року од неколико милисекунди меша са првом фазом. Као резултат тога, таложе се хомогене наночестице.