การผลิตยา: การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังกำหนดอนาคตของยาจากแหล่งชีวภาพ

คลื่นอัลตราโซนิกไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในห้องปฏิบัติการอีกต่อไป ในการผลิตยา การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังกลายเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ทรงประสิทธิภาพสำหรับการผลิตยาจากแหล่งชีวภาพ – ยาที่ได้จากแหล่งชีวภาพตามธรรมชาติ ซึ่งผสานประสิทธิผลเข้ากับความยั่งยืน ในที่นี้ เรานำเสนอผลการวิจัยใหม่เกี่ยวกับอนุภาคนาโนทองคำที่สังเคราะห์โดยใช้บรอกโคลี ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเชื่อมโยงเคมีสีเขียวกับการออกแบบยาขั้นสูงได้อย่างไร

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงมาพบกับชีวเคมีของพืช?

จากบรอกโคลีสู่ยาจากแหล่งชีวภาพ

การผลิตยาจากแหล่งชีวภาพอาศัยโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น พอลิฟีนอล ฟลาโวนอยด์ กลูโคซิโนเลต และเปปไทด์ สารประกอบเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นสารรีดิวซ์ สารทำให้คงตัว และแม้กระทั่งส่วนของโมเลกุลที่มีฤทธิ์ในการรักษา อย่างไรก็ตาม การสกัดและกระตุ้นให้สารเหล่านี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นคอขวดมาโดยตลอด

ในการศึกษาที่เผยแพร่เมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าสารสกัดบรอกโคลีด้วยน้ำสามารถใช้สังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคำที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ ส่งเสริมการสมานแผล และต้านมะเร็งแบบเลือกจำเพาะอย่างเด่นชัด ประเด็นสำคัญคือ การสังเคราะห์ดำเนินการภายใต้การฉายคลื่นอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกกำลัง 200 วัตต์ รุ่น UP200St (Hielscher Ultrasonics ภาพด้านซ้าย) การใช้คลื่นอัลตราโซนิกไม่ได้เป็นเพียงขั้นตอนที่ไม่มีบทบาทเชิงรุก – แต่เป็นแรงขับเคลื่อนที่ทำให้อนุภาคนาโนก่อตัวได้อย่างรวดเร็ว ควบคุมการกระจายขนาดได้ และมีพื้นผิวที่คงตัวและทำหน้าที่ทางชีวภาพได้

ภายในไม่กี่นาที คาวิเทชันที่เกิดจากคลื่นอัลตราโซนิกสร้างสภาวะแวดล้อมระดับจุลภาคที่มีพลังงานสูงเฉพาะจุด สภาวะเหล่านี้เร่งการรีดักชันของไอออนทองคำ พร้อมทั้งรักษาสารพฤกษเคมีที่ไวต่อการเสื่อมสภาพและเป็นตัวกำหนดฤทธิ์ทางชีวภาพไว้
ผลที่ได้คืออะไร? อนุภาคนาโนทองคำขนาดเล็กยิ่งยวดที่สม่ำเสมอ มีชีวโมเลกุลจากบรอกโคลีเคลือบผิว และได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้งานทางชีวการแพทย์

นี่คือจุดที่การใช้คลื่นอัลตราโซนิกในระดับอุตสาหกรรมแสดงจุดแข็งได้อย่างชัดเจน

การสังเคราะห์ AuNPs ด้วยกระบวนการเคมีสีเขียวโดยใช้สารสกัด Brassica oleracea สารสกัดด้วยน้ำทำหน้าที่เป็นทั้งสารรีดิวซ์และสารทำให้คงตัวระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก เติมกรดคลอโรออริกทีละหยดลงในสารสกัดบรอกโคลีขณะใช้คลื่นอัลตราโซนิกจากเครื่องอัลตราโซนิก UP200St จากนั้นบ่มที่ 4◦C เป็นเวลา 24 h เพื่อให้อนุภาคนาโนก่อตัว แล้วนำสารแขวนลอยคอลลอยด์ไปผ่านคลื่นอัลตราโซนิกเป็นครั้งที่สองและปั่นเหวี่ยงเพื่อกำจัดองค์ประกอบที่ไม่ทำปฏิกิริยา ทำให้ได้ AuNPs ที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์และมีการกระจายตัวที่คงตัว

เหตุใดการใช้คลื่นอัลตราโซนิกจึงมีความสำคัญต่อการผลิตยาจากแหล่งชีวภาพ

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกส่งพลังงานกลเข้าสู่ของเหลวผ่านคาวิเทชันจากคลื่นเสียง – การก่อตัวและการยุบตัวของฟองขนาดจุลภาค ในการผลิตยาและผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพ กระบวนการนี้ก่อให้เกิดข้อได้เปรียบสำคัญหลายประการ:

1. เพิ่มประสิทธิภาพการสกัด
   การใช้คลื่นอัลตราโซนิกทำให้ผนังเซลล์พืชแตกออก ปลดปล่อยสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพภายในเซลล์ได้อย่างรวดเร็วและให้ผลซ้ำได้ เมื่อเทียบกับการสกัดแบบดั้งเดิม วิธีนี้ให้ผลผลิตสูงกว่า ใช้ตัวทำละลายน้อยกว่า และลดเวลาในการดำเนินกระบวนการได้อย่างมาก
2. การสังเคราะห์ระดับนาโนที่ควบคุมได้
   ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนด้วยกระบวนการเคมีสีเขียว การใช้คลื่นอัลตราโซนิกส่งเสริมการก่อเกิดนิวเคลียสอย่างสม่ำเสมอและจำกัดการเติบโตที่ควบคุมไม่ได้ ส่งผลให้การกระจายขนาดอนุภาคมีช่วงแคบ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญต่อการนำส่งยา การกระจายตัวในร่างกาย และความปลอดภัย
3. สภาวะการดำเนินกระบวนการที่อ่อนโยน
   การสกัดและการสังเคราะห์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งมีความสำคัญเมื่อทำงานกับชีวโมเลกุลที่ไวต่อความร้อน เช่น เอนไซม์ สารต้านอนุมูลอิสระ หรือสารประกอบที่มีกำมะถัน เช่น ซัลโฟราเฟนจากบรอกโคลี
4. ความสามารถในการขยายขนาดและการให้ผลซ้ำได้
   ต่างจากปฏิกิริยาเคมีที่ขึ้นอยู่กับการดำเนินการเป็นรุ่น กระบวนการอัลตราโซนิกสามารถขยายขนาดได้แบบเชิงเส้น เมื่อใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสม วิธีดำเนินการระดับห้องปฏิบัติการสามารถถ่ายโอนไปสู่การผลิตระดับนำร่องหรือระดับอุตสาหกรรมได้โดยตรง

กล่าวโดยสรุป การใช้คลื่นอัลตราโซนิกไม่ได้เพียงทำให้เร็วขึ้น – แต่ยังแม่นยำขึ้นด้วย

การวิเคราะห์สเปกตรัมในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้ยืนยันการก่อตัวของ AuNPs ที่สังเคราะห์โดยใช้สารสกัด Brassica oleracea var. italica พีก SPR ที่ 560 nm บ่งชี้ว่าการรีดักชันจาก Au3+ เป็น Au⁰ เกิดขึ้นสำเร็จ และเกิด AuNPs ที่คงตัวและมีสารพฤกษเคมีเคลือบผิว