การตกตะกอนอนุภาคซูเปอร์ของเคอร์คูมินด้วยอัลตราซาวนด์
- เนื่องจากขมิ้นมีเคอร์คูมินอยด์เพียง 2–9 wt% จึงจำเป็นต้องใช้เทคนิคการสกัดหรือการสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ผงที่มีฤทธิ์ทางการแพทย์สูง
- การตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการสังเคราะห์อนุภาคเคอร์คูมิน
- การตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายโดยใช้อัลตราซาวนด์สามารถขยายขนาดเพื่อผลิตเคอร์คูมินคุณภาพสูงในปริมาณมากได้อย่างง่ายดาย
เคอร์คูมิน
เคอร์คูมินเป็นสารพอลิฟีนอลและเป็นยาที่ละลายน้ำได้ต่ำ พบในขมิ้นซึ่งเป็นสมุนไพรเครื่องเทศ (Curcuma longa). สารนี้มีสารต้านอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์สูงมาก และเป็นที่รู้จักจากคุณสมบัติต้านการอักเสบ ต้านมะเร็ง ต้านเชื้อรา และต้านจุลชีพ เคอร์คูมินเป็นสารประกอบยาที่นิยมเลือกใช้ โดยเฉพาะเนื่องจากมีฤทธิ์ในการป้องกันมะเร็งด้วยสารเคมีและการรักษามะเร็งด้วยสารเคมีที่หลากหลาย
ในฐานะสารต้านอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์สูง เคอร์คูมินเพิ่มกิจกรรมของสารต้านอนุมูลอิสระในซีรัม เช่น ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส (SOD) และดักจับพร้อมทั้งทำให้อนุมูลอิสระหมดฤทธิ์ เช่น สารออกซิเจนและไนโตรเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา (ROS และ RNS) นอกจากนี้ยังเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระที่ร่างกายสร้างขึ้นเอง เคอร์คูมินยังเป็นที่รู้จักว่าช่วยลดโรคหัวใจและปรับปรุงการทำงานของสมอง ด้วยคุณสมบัติทางยาที่เป็นประโยชน์หลากหลายเหล่านี้ เคอร์คูมินจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในฐานะเครื่องเทศ ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร และยา
การตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายเหลวโดยใช้อัลตราซาวนด์
การตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายเหลว (LAS) โดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเป็นเทคนิคการสังเคราะห์ในภาชนะเดียวที่เรียบง่ายและรวดเร็ว เพื่อผลิตอนุภาคนาโนของเคอร์คูมินที่มีโครงสร้างเหนือระดับแบบออร์โธรอมบิก การตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายโดยใช้อัลตราซาวนด์เป็นกระบวนการที่เรียบง่าย รวดเร็ว และขยายขนาดได้ ซึ่งช่วยให้ตกตะกอนเคอร์คูมินคุณภาพสูงสำหรับอุตสาหกรรมยาและอาหารได้
กลไกการก่อตัวของอนุภาคซูเปอร์ของเคอร์คูมินตามสมมติฐาน ในสภาวะที่ไม่มีและมีอัลตราซาวนด์โดยไม่ใช้สารทำให้คงตัว ภาพ © 2014 Thorat et al.
ขั้นตอนการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์:
สำหรับการตกตะกอนอนุภาคเคอร์คูมินด้วยอัลตราซาวนด์ ให้เติมสารละลายอินทรีย์ของเคอร์คูมินใน ethanol (5 mg/mL) ลงในน้ำ 100mL ที่มีสารลดแรงตึงผิว (0.02 wt% ในน้ำ) หรือไม่มีสารลดแรงตึงผิว ใช้ภาชนะแก้วแบบมีแจ็กเก็ตที่มีปริมาตรประมาณ 500mL เส้นผ่านศูนย์กลาง 7cm และอัตราส่วน L/D เท่ากับ 1.7 เป็นภาชนะปฏิกิริยา รักษาอุณหภูมิของส่วนผสมให้คงที่ที่ 1ºC ตลอดเวลา สำหรับกระบวนการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์ ให้จุ่มโซโนโทรดของเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์ เช่น UP200Ht หรือ UP200St ที่ติดตั้งโซโนโทรด S26d14 ลงในส่วนผสมของตัวทำละลายและสารต้านตัวทำละลาย ส่วนผสมจะกระจายตัวเมื่อใช้การตั้งค่าแอมพลิจูด 100% และให้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 10min.
ระยะเวลาการให้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยให้ควบคุมภาวะพหุสัณฐานของผลึกเคอร์คูมินได้ เมื่อเพิ่มระยะเวลาการให้คลื่นอัลตราซาวนด์ สัดส่วนของอนุภาคแบบออร์โธรอมบิกจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการเพิ่มพลังงานอัลตราซาวนด์ส่งเสริมการก่อตัวของรูปแบบออร์โธรอมบิกมากกว่ารูปแบบโมโนคลินิก โดยไม่ขึ้นอยู่กับสารเติมแต่งที่ใช้
[cf. Thorat et al. 2014]
UIP1000hdT – เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ 1kW สำหรับการตกตะกอนสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API)
การเพิ่มชีวปริมาณออกฤทธิ์ด้วยการห่อหุ้มโดยใช้อัลตราซาวนด์
เนื่องจากเคอร์คูมินเป็นโมเลกุลที่ชอบไขมันและละลายในน้ำได้ต่ำ (= ไม่ชอบน้ำ) จึงมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ในระบบร่างกายต่ำ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเตรียมสูตรตำรับเคอร์คูมินที่เพิ่มชีวปริมาณออกฤทธิ์ สำหรับการเตรียมสารละลายเคอร์คูมินในน้ำ จะเติมสารลดแรงตึงผิว ลิพิด อัลบูมิน ไซโคลเดกซ์ทริน พอลิเมอร์ชีวภาพ ฯลฯ เพื่อห่อหุ้มหรือบรรจุโมเลกุลเคอร์คูมินไว้ในลิโพโซม อนุภาคนาโน และตัวพายาชนิดอื่น ๆ
การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ในการเตรียมตัวพายา เช่น ลิโพโซม, อนุภาคนาโนแบบแกน–เปลือก, พอลิเมอร์ชีวภาพ และ อิมัลชันซ้อน! ดูตัวอย่างขั้นตอนการห่อหุ้มเคอร์คูมินด้วยอัลตราซาวนด์ด้านล่าง
ขั้นตอนการห่อหุ้มเคอร์คูมินด้วยอัลตราซาวนด์:
อนุภาคนาโนของพอลิแลกติกโคไกลโคลิกแอซิด (PLGA) ที่บรรจุเคอร์คูมิน
- ขั้นแรก ละลายพอลิเมอร์ PLGA ใน ethyl acetate เติมเคอร์คูมิน (15% w/w) และปล่อยให้ละลายโดยผสมสารละลายแบบวอร์เท็กซ์เป็นระยะ
- เติมส่วนผสมของของแข็งในน้ำมันลงในวัฏภาคน้ำของ PVA (w/v) เพื่อสร้างอิมัลชัน S-O/W จากนั้นผสมสารละลายยา/พอลิเมอร์ใน PVA แบบวอร์เท็กซ์ที่ 8,000 rpm
- ให้คลื่นอัลตราซาวนด์แก่สารละลายที่ได้เป็นเวลาประมาณ 300sec ที่แอมพลิจูด 45% ด้วยเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์ เช่น UP200Ht หรือ UP200St (200W, 26kHz) ทันทีหลังการให้คลื่นอัลตราซาวนด์ เทอิมัลชันลงในวัฏภาคน้ำ (0.1% PVA ในน้ำ; 200mL) เพื่อให้เกิดการแพร่ภายใต้การกวนอย่างรวดเร็วด้วยเครื่องกวนแม่เหล็ก
- กวนสารแขวนลอยคอลลอยด์นี้อย่างต่อเนื่องด้วยเครื่องกวนแม่เหล็กจนตัวทำละลายระเหยหมด จากนั้นเก็บอนุภาคนาโนด้วยการปั่นเหวี่ยงและล้าง 3 ครั้งด้วยน้ำกลั่น Milli Q สุดท้าย นำอนุภาคกลับมาแขวนลอยในสารละลายป้องกันความเสียหายจากการแช่แข็ง (sucrose (2 %w/w) และ trehalose (5% w/w)) ทำให้แห้งด้วยระบบเครื่องทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง ATR FD3.0 และสามารถเก็บรักษาที่ 4°C ได้อย่างน้อย 6 เดือน
[cf. Ranjan et al. 2012]
เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์สำหรับการตกตะกอนและการเตรียมสูตรตำรับเคอร์คูมิน
Hielscher Ultrasonics นำเสนออุปกรณ์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโน (เช่น สารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (APIs)) และการสกัดสารประกอบจากพืช กลุ่มผลิตภัณฑ์ของเราประกอบด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์สำหรับห้องปฏิบัติการ แบบตั้งโต๊ะ และระดับอุตสาหกรรมที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ซึ่งช่วยให้พัฒนาการใช้งานได้ตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึงระดับเชิงพาณิชย์ ผลลัพธ์ทั้งหมดที่ได้จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการและระดับนำร่องสามารถขยายขนาดแบบเชิงเส้นได้อย่างสมบูรณ์จนถึงระดับการผลิตเชิงพาณิชย์ ทุกระบบสร้างขึ้นเพื่อการทำงาน 24/7 มีความแข็งแรงทนทานและใช้งานง่าย
ซีรีส์ UIPxxxxhdT ประกอบด้วยระบบอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของเรา ซึ่งสามารถใช้สำหรับงานแบบตั้งโต๊ะ การปรับกระบวนการให้เหมาะสม และการผลิตในอุตสาหกรรม ระบบอุตสาหกรรมของเรามีให้เลือกดังนี้ 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10,000W (UIP10000) และ 16,000W (UIP16000 เครื่องอัลตราซาวนด์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก). เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถทำงานอย่างต่อเนื่อง 24/7 ที่แอมพลิจูดสูงมากถึง 200µm สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น Hielscher นำเสนอโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะ ความแข็งแรงทนทานของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher ช่วยให้ทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ตลอดเวลาภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวด
สำหรับระบบอัลตราซาวนด์ทั้งหมดของเรา เรานำเสนออุปกรณ์เสริมหลากหลาย เช่น โซโนโทรด ฮอร์นเพิ่มแอมพลิจูด เซลล์การไหล และเครื่องปฏิกรณ์ที่มีขนาด รูปร่าง และรูปทรงเรขาคณิตหลากหลาย ด้วยอุปกรณ์เหล่านี้ จึงสามารถปรับเครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ของเราให้เหมาะสมที่สุดกับสภาวะกระบวนการที่ต้องการได้อย่างง่ายดาย
สำหรับการตกตะกอนและการสังเคราะห์แบบล่างขึ้นบน Hielscher นำเสนอชิ้นส่วนแทรกสำหรับเซลล์การไหลที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ – MultiPhaseCavitator MPC48. เมื่อใช้ MultiPhaseCavitator วัฏภาคที่สอง (สารต้านตัวทำละลาย) จะถูกฉีดผ่านท่อแคนนูลาขนาดเล็ก 48 ท่อเข้าสู่บริเวณคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์โดยตรง ซึ่งจะผสมเข้ากับวัฏภาคแรกภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที ผลที่ได้คืออนุภาคนาโนที่มีความสม่ำเสมอตกตะกอนออกมา
การให้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่ทรงพลังตั้งแต่ห้องปฏิบัติการและงานแบบตั้งโต๊ะจนถึงการผลิตในอุตสาหกรรม
วรรณกรรม/เอกสารอ้างอิง
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): เคอร์คูมิน: บททบทวนผลต่อสุขภาพมนุษย์ Foods. 2017 ตุลาคม; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): เส้นทางการก่อตัวของอนุภาคและภาวะพหุสัณฐานของเคอร์คูมินที่เกิดจากอัลตราซาวนด์และสารเติมแต่งระหว่างการตกตะกอนด้วยสารต้านตัวทำละลายเหลว CrystEngComm, 2014, 16, 11,102–11,114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): การขยายขนาด การปรับให้เหมาะสม และการวิเคราะห์ความคงตัวของอนุภาคนาโนที่บรรจุ Curcumin C3 complex สำหรับการรักษามะเร็ง Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
เคอร์คูมิน
เคอร์คูมินเป็นสารประกอบเคมีสีเหลืองที่พบในขมิ้น ขมิ้นเป็นพืชล้มลุกอายุหลายปีที่มีเหง้า (Curcuma longa) ในวงศ์ขิง เคอร์คูมินเป็นสารพอลิฟีนอลที่สกัดจากเหง้าและใช้เป็นเครื่องเทศอย่างแพร่หลาย ขมิ้นมีเคอร์คูมินอยด์ 2%–9% โดยขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดและสภาพดินที่ปลูก เคอร์คูมินเป็นเคอร์คูมินอยด์หลักของขมิ้น (Curcuma longa, Zingiberaceae). สารนี้ใช้เป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร สารประกอบทางยา สารเติมแต่งเพื่อแต่งกลิ่นรสและให้สีในอาหาร รวมถึงส่วนผสมในเครื่องสำอาง
เคอร์คูมินในรูปที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลักเพียงสามชนิดต่อไปนี้ – curcumin, bisdemethoxycurcumin และ demethoxycurcumin – เรียกอีกอย่างว่า curcumin C3 complex สามารถแยกเคอร์คูมินบริสุทธิ์ออกจากส่วนผสม C3 ของ curcumin, bisdemethoxy curcumin และ demethoxy curcumin ได้ด้วยคอลัมน์โครมาโทกราฟี
ในด้านคุณสมบัติทางเภสัชวิทยา เคอร์คูมินบริสุทธิ์ที่ไม่ผ่านการดัดแปลงมีปัญหาสำคัญ: เนื่องจากละลายน้ำได้ต่ำและจึงมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ต่ำ เคอร์คูมินที่ไม่ผ่านการดัดแปลงจึงไม่สามารถแสดงผลในการรักษาได้ แต่กลับถูกเมแทบอลิซึมอย่างรวดเร็วในตับและผนังลำไส้ เพื่อแก้ปัญหาอัตราการดูดซึมต่ำของเคอร์คูมิน โมเลกุลออกฤทธิ์จะถูกห่อหุ้มในตัวพานาโน (เช่น ลิโพโซม, นาโนสเฟียร์) หรือบรรจุบนสารเชิงซ้อนนาโน (เช่น อนุภาคนาโน, สารเชิงซ้อนของฟอสโฟลิพิด ไซโคลเดกซ์ทริน และระบบกระจายตัวของแข็ง) นอกจากนี้ ชีวปริมาณออกฤทธิ์ของเคอร์คูมินสามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 2000% เมื่อให้ร่วมกับ piperine ซึ่งเป็นสารสกัดจากพริกไทยดำ
ด้วยข้อเท็จจริงเหล่านี้ เคอร์คูมินที่เตรียมเป็นสูตรตำรับนาโน (นาโนเคอร์คูมิน) จึงเป็นรูปแบบยาของเคอร์คูมินที่นิยมเลือกใช้ เนื่องจากเคอร์คูมินในรูปแบบนาโนช่วยแก้ปัญหาการนำส่งยาที่กล่าวไว้ข้างต้น นาโนเคอร์คูมินสามารถแสดงคุณสมบัติในการรักษาได้ เนื่องจากนำส่งไปยังเนื้อเยื่อที่เป็นโรคได้ดีขึ้น เข้าสู่เซลล์ได้ดีขึ้น และถูกกำจัดออกจากระบบร่างกายลดลง
เคอร์คูมินมีรูปแบบการนำส่งหลากหลาย ได้แก่ ผง แคปซูล ยาเม็ด ขี้ผึ้ง เครื่องดื่มเสริมโภชนาการ และครีมเครื่องสำอาง
การประยุกต์ใช้เคอร์คูมินทางการแพทย์
เคอร์คูมินได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับรูปแบบการใช้งานที่หลากหลายในทางการแพทย์และโภชนาการ งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าเคอร์คูมินมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูง ซึ่งเหนี่ยวนำให้เซลล์ตายแบบอะพอพโทซิส ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของเซลล์ ต้านการยึดเกาะและการเคลื่อนที่ของเซลล์ รวมทั้งมีคุณสมบัติต้านการสร้างหลอดเลือดใหม่และต้านจุลชีพ ด้วยผลเหล่านี้ เคอร์คูมินจึงถูกใช้เป็นยาเพื่อรักษาโรคอักเสบชนิดต่าง ๆ มะเร็ง โรคทางระบบประสาทเสื่อม โรคหัวใจและหลอดเลือด รวมถึงโรคเบาหวาน
รูปแบบการให้ยาขนาดนาโนที่เตรียมด้วยอัลตราซาวนด์ ของเคอร์คูมินสำหรับการรักษาทางการแพทย์ ได้แก่ อนุภาคนาโน ลิโพโซม ไมเซลล์ นาโนอิมัลชัน สารเชิงซ้อนไซโคลเดกซ์ทริน นาโนดิสก์ เส้นใยนาโน อนุภาคนาโนลิพิดแข็ง และเคอร์คูมินคอนจูเกต รูปแบบยาขนาดนาโนเหล่านี้ช่วยแก้ปัญหาชีวปริมาณออกฤทธิ์ต่ำของเคอร์คูมิน และช่วยให้นำส่งยาเคอร์คูมินที่มีฤทธิ์สูงมากไปยังเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โครงสร้างทางเคมีของเคอร์คูมิน
เคอร์คูมินเป็นโมเลกุลสมมาตร ซึ่งรู้จักกันในชื่อ diferuloyl methane ชื่อ IUPAC ของเคอร์คูมินคือ (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione โดยมีสูตรเคมี C21H20O6. ผลึกเคอร์คูมินอาจปรากฏในรูปร่างต่าง ๆ เช่น โมโนคลินิก (รูปเข็ม) ออร์โธรอมบิก (คล้ายเมล็ดข้าว) และรูปแบบอสัณฐาน