Ultraljudsutfällning av curcuminsuperpartiklar
- Eftersom gurkmeja endast innehåller 2-9 viktprocent curcuminoider är en effektiv extraktions- eller syntesteknik nödvändig för att få ett medicinskt potent pulver.
- Ultraljudsassisterad utfällning av lösningsmedel är en mycket effektiv metod för att syntetisera curcuminpartiklar.
- Ultraljudsutfällningen av lösningsmedel kan enkelt skalas upp till produktion av stora mängder högkvalitativt curcumin.
Curcumin
Curcumin, en polyfenol, är ett dåligt vattenlösligt läkemedel som finns i örtkryddan gurkmeja (Gurkmeja longa). Den har mycket potenta antioxidanter och är känd för sina antiinflammatoriska, anti-cancer, svampdödande och antimikrobiella egenskaper. Speciellt för sitt breda utbud av kemo-förebyggande och kemoterapeutiska aktiviteter, används curcumin som en föredragen läkemedelsförening.
Som en potent antioxidant ökar curcumin serumaktiviteten hos antioxidanter som superoxiddismutas (SOD) och rensar och neutraliserar fria radikaler som reaktiva syre- och kvävearter (ROS och RNS). Dessutom ökar det aktiviteten hos kroppens egna antioxidativa enzymer. Curcumin är också känt för att sänka hjärtsjukdomar och förbättra hjärnans funktion. På grund av dessa många fördelaktiga medicinska egenskaper används curcumin i stor utsträckning som krydda, tillskott och läkemedel.
Ultraljud flytande antilösningsmedel utfällning
Den ultraljudsanpassade utfällningen av flytande antilösningsmedel (LAS) är en enkel och snabb syntesteknik med en kruka för att producera curcuminnanopartiklar med ortorombisk överbyggnad. Ultraljudsutfällningen av lösningsmedel är en enkel, snabb och skalbar process som möjliggör utfällning av högkvalitativt curcumin inom läkemedels- och livsmedelsindustrin.
Hypotetisk mekanism för bildning av curcuminsuperpartiklar i frånvaro och närvaro av ultraljud utan stabilisatorer. Bild © 2014 Thorat et al.
Protokoll för ultraljudsutfällning:
För ultasonisk utfällning av curcuminpartiklar tillsätts en organisk lösning av curcumin i etanol (5 mg/ml) i 100 ml vatten innehållande ytaktivt ämne (0,02 viktprocent i vatten) eller utan ytaktivt ämne. Som reaktionskärl används ett mantlat glaskärl med ca 500 ml volym, 7 cm diameter och L/D-förhållande på 1,7. Blandningens temperatur hålls konstant vid 1ºC. För ultraljudsutfällningsprocessen, sonotroden av ultraljudshomogenisatorn som t.ex. UP200Ht eller UP200St utrustad med en S26d14 sonotrode är nedsänkt i blandningen av lösningsmedel och antilösningsmedel. Vid 100% amplitudinställning och 10min. ultraljudsbehandling, blandningen dispergerades.
Ultraljudsbehandlingen tiden gör det möjligt att manipulera polymorfismen av cucrcumin kristaller. När ultraljudsbehandling varaktighet förlängs, procentandelen ortorombiska partiklar ökar. Detta indikerar att en ökning av ultraljudsenergi underlättar bildandet av ortorombisk form över den monokliniska formen, oavsett vilken tillsats som används.
[jfr Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – 1kW ultraljudsprocessor för API-utfällning
Förbättrad biotillgänglighet genom ultraljudsinkapsling
Eftersom curcumin är lipofil molekyl och dåligt löslig i vatten (= hydrofob) har det en låg systemisk biotillgänglighet. Därför är det nödvändigt att förbereda curcuminformuleringar som förbättrar dess biotillgänglighet. För framställning av vattenhaltiga curcuminlösningar tillsätts ytaktiva ämnen, lipider, albuminer, cyklodextriner, biopolymerer etc. för att kapsla in eller ladda curcuminmolekylerna i liposomer, nanopartiklar och andra läkemedelsbärare.
Ultraljud är en mycket effektiv och tillförlitlig teknik för att formulera läkemedelsbärare som liposomer, kärna-skal nanopartiklar, biopolymerer och Dubbla emulsioner! Nedan hittar du ett exempel på ett protokoll för ultraljudsinkapsling av curcumin.
Ultraljud Curcumin inkapsling Protokoll:
Curcumin-laddade nanopartiklar av polymjölk-co-glykolsyra (PLGA)
- Först löses PLGA-polymeren i etylacetat. Curcumin (15 % vikt/vikt) tillsätts och får lösas upp samtidigt som lösningen virvlas intermittent.
- Blandningen av fast ämnen i olja tillsätts till en vattenhaltig fas av PVA (w/v) för att bilda en S-O/W-emulsion. Därefter virvlas lösningen av läkemedlet/polymeren i PVA vid 8 000 rpm.
- Den resulterande lösningen är ultraljudsbehandlad i ca. 300sek vid 45% amplitud med en ultraljudshomogenisator som t.ex. UP200Ht eller UP200St (200 W, 26 kHz). Omedelbart efter ultraljudsbehandling hälls emulsionen i vattenfasen (0,1% PVA i vatten; 200 ml) för diffusion under snabb omrörning med en magnetisk omrörare.
- Denna kolloidala suspension omrörs kontinuerligt med en magnetomrörare tills lösningsmedelsindunstningen är avslutad. Därefter samlas nanopartiklarna in genom centrifugering, tvättas 3 gånger med destillerat Milli Q-vatten. Slutligen återsuspenderas de i kryoskyddande lösning (sackaros (2 % vikt/vikt) och trehalos (5 % vikt/vikt)), torkas på ett frystorkat ATR FD3.0-system och kan förvaras vid 4 °C i minst 6 månader.
[jfr Ranjan et al. 2012]
Ultraljudsprocessorer för curcumin utfällning och formulering
Hielscher Ultrasonics erbjuder högpresterande ultraljudsutrustning för syntes av nanopartiklar (t.ex. API:er) och extraktion av botaniska föreningar. Vårt produktsortiment omfattar sofistikerade laboratorie-, bänk- och industriella ultraljudsapparater, vilket gör det möjligt att utveckla applikationer från liten till kommersiell skala. Alla resultat som erhålls i laboratorie- och pilottester kan skalas upp helt linjärt till kommersiell produktionsnivå. Alla system är byggda för 24/7 drift, robusta och enkla att använda.
UIPxxxxhdT-serien omfattar våra ultraljudssystem av industriell kvalitet, som kan användas för bänkskiva, processoptimering och industriell produktion. Våra industriella system finns som 500 W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500 W (UIP1500hdT), 2000 W (UIP2000hdT), 4000 W (UIP4000hdT), 10 000 W (UIP10000) och 16.000W (UIP16000, världens mest kraftfulla ultraljudsapparat). Hielscher Ultraljud’ Industriella ultraljudsprocessorer kan köras kontinuerligt 24/7 vid mycket höga amplituder på upp till 200 μm. För ännu högre amplituder erbjuder Hielscher skräddarsydda ultraljudssonotroder. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör en tillförlitlig drift dygnet runt vid tung belastning och i krävande miljöer.
För alla våra ultraljudssystem erbjuder vi ett brett spektrum av tillbehör som sonotroder, boosterhorn, flödesceller och reaktorer i flera storlekar, former och geometrier. Med dessa verktyg blir det enkelt möjligt att anpassa våra ultraljudsprocessorer optimalt till de processförhållanden som krävs.
För utfällning och bottom-up-syntes erbjuder Hielscher en unik flödescellsinsats – Den MultiPhaseCavitator MPC48. Med MultiPhaseCavitator injiceras den andra fasen (anti-lösningsmedel) via 48 fina kanyler direkt in i ultraljudskavitationszonen, där den blandas inom millisekunder i den första fasen. Som ett resultat fälls homogena nanopartiklar ut.
Kraftfull ultraljudsbehandling från labb och bänkskiva till industriell produktion.
Litteratur/Referenser
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Curcumin: En genomgång av dess effekter på människors hälsa. Livsmedel. 2017 okt; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Partikelbildningsvägar och polymorfism av curcumin inducerad av ultraljud och tillsatser under utfällning av flytande antilösningsmedel. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Uppskalning, optimering och stabilitetsanalys av Curcumin C3 komplexladdade nanopartiklar för cancerterapi. Tidskrift för nanobioteknik 2012, 10:38.
Fakta som är värda att veta
Curcumin
Curcumin är en gulfärgad kemisk förening som finns i gurkmeja. Gurkmeja är en rhizomatös örtartad flerårig växt (Gurkmeja longa) av ingefärafamiljen. Curcumin är en polyfenol som utvinns ur rhizomerna och används ofta som krydda. Beroende på dess ursprung och markförhållandena där den odlas, innehåller gurkmeja 2%–9% curcuminoider. Curcumin är den huvudsakliga curcuminoiden av gurkmeja (Gurkmeja longa, Zingiberaceae). Det används som tillskott, medicinsk förening, smakämne, färgtillsats för mat, samt kosmetisk ingrediens.
En renad form av curcumin, som endast består av följande tre huvudkomponenter – curcumin, bisdemetoxicurcumin och demetoxicurcumin – kallas också curcumin C3-komplex. Rent curcumin kan separeras från C3-blandningen av curcumin, bisdemetoxicurcumin och demetoxicurcumin genom kolonnkromatografi.
När det gäller dess farmakologiska egenskaper har rent, icke-modifierat curcumin ett stort problem: På grund av dålig vattenlöslighet och därmed dålig biotillgänglighet kan omodifierat curcumin inte innesluta sina terapeutiska effekter, utan metaboliseras snabbt i levern och tarmväggen. För att övervinna curcuminets låga absorptionshastighet är de aktiva molekylerna inkapslade i nanobärare (t.ex. liposomer, nanosfärer) eller laddas på nanokomplex (t.ex. nanopartiklar, komplex av fosfolipider, cyklodextriner och fasta dispersioner). Dessutom kan curcumins biotillgänglighet ökas med ca 2000 % när dess dosering kombineras med piperin, som är ett svartpepparextrakt.
På grund av dessa fakta är nanoformulerat curcumin (nanocurcumin) den föredragna doseringsformen av curcumin eftersom curcumin i nanoform övervinner de tidigare nämnda problemen med läkemedelstillförsel. Nanocurcumin kan innesluta sina terapeutiska egenskaper på grund av förbättrad leverans till den sjuka vävnaden, bättre internalisering och minskad systemisk eliminering.
Curcumin finns i flera leveransformer inklusive pulver, kapslar, tabletter, salvor, näringsdrycker och kosmetiska krämer.
Medicinska tillämpningar av curcumin
Curcumin har undersökts i stor utsträckning för sina många användningsformer inom medicin och näring. Forskning har visat att curcumin har en hög antioxidantaktivitet, vilket inducerar cellapoptos, hämmar cellproliferation, anti-celladhesion och motilitet och erbjuder anti-angiogenes och antimikrobiella egenskaper. På grund av dessa effekter används curcumin som läkemedel för att behandla olika inflammatoriska sjukdomar, cancer, neurodegenerativa sjukdomar, hjärt- och kärlsjukdomar samt diabetes.
Ultraljudspreparerade nano-administreringsformer av curcumin för medicinsk behandling inkluderar nanopartiklar, liposomer, miceller, nanoemulsioner, cyklodextrinkomplex, nanoskivor, nanofibrer, fasta lipidnanopartiklar och curcuminkonjugat. Dessa doseringsformer i nanostorlek övervinner curcumins dåliga biotillgänglighet och möjliggör riktad och effektiv leverans av ett mycket potent curcuminläkemedel.
Curcumin kemisk struktur
Curcumin är en symmetrisk molekyl, även känd som diferuloyl metan. IUPAC-namnet på curcumin är (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxi-3-metoxifenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion, med kemisk formel C21H20O6. Curcuminkristaller kan förekomma i olika former, såsom monoklinisk (acikulär), ortorombisk (riskornsliknande) och amorf form.