Kurkumin Süperpartiküllerinin Ultrasonik Çöktürülmesi
- Zerdeçal yalnızca 2–9 wt% kurkuminoid içerdiğinden, tıbbi açıdan güçlü etkiye sahip bir toz elde etmek için verimli bir ekstraksiyon veya sentez tekniği gereklidir.
- Ultrasonik destekli antiçözücü çöktürme, kurkumin partiküllerini sentezlemek için son derece verimli bir yöntemdir.
- Ultrasonik antiçözücü çöktürme, büyük miktarlarda yüksek kaliteli kurkumin üretimi için kolayca ölçek büyütmeye uygundur.
Kurkumin
Bir polifenol olan kurkumin, bitkisel bir baharat olan zerdeçalda (Curcuma longa) bulunan, suda çözünürlüğü düşük bir ilaçtır. Son derece güçlü antioksidanlar içerir ve antiinflamatuvar, antikanser, antifungal ve antimikrobiyal özellikleriyle bilinir. Kurkumin, özellikle geniş kapsamlı kemopreventif ve kemoterapötik aktiviteleri nedeniyle tercih edilen bir ilaç bileşiği olarak kullanılır.
Güçlü bir antioksidan olan kurkumin, süperoksit dismutaz (SOD) gibi antioksidanların serumdaki aktivitesini artırır ve reaktif oksijen ve azot türleri (ROS ve RNS) gibi serbest radikalleri yakalayıp nötralize eder. Ayrıca vücudun kendi antioksidan enzimlerinin aktivitesini artırır. Kurkuminin kalp hastalıklarını azalttığı ve beyin fonksiyonunu iyileştirdiği de bilinmektedir. Bu çok çeşitli yararlı tıbbi özellikleri nedeniyle kurkumin, baharat, takviye ve ilaç olarak yaygın biçimde kullanılır.
Ultrasonik Sıvı Antiçözücü Çöktürme
Ultrasonik destekli sıvı antiçözücü (LAS) çöktürme, ortorombik üst yapıya sahip kurkumin nanopartikülleri üretmek için basit ve hızlı bir tek kapta sentez tekniğidir. Ultrasonik antiçözücü çöktürme, ilaç ve gıda endüstrilerinde yüksek kaliteli kurkuminin çöktürülmesini sağlayan basit, hızlı ve ölçeklenebilir bir süreçtir.
Stabilizatör kullanılmadan, ultrasonun yokluğunda ve varlığında kurkumin süperpartiküllerinin oluşumu için varsayılan mekanizma. Görsel © 2014 Thorat ve ark.
Ultrasonik Çöktürme Protokolü:
Kurkumin partiküllerinin ultrasonik çöktürülmesi için kurkuminin etanol içindeki organik çözeltisi (5 mg/mL), yüzey aktif madde içeren (suda 0,02 wt%) veya yüzey aktif madde içermeyen 100mL suya eklenir. Reaksiyon kabı olarak yaklaşık 500mL hacminde, 7cm çapında ve L/D oranı 1,7 olan ceketli bir cam kap kullanılır. Karışımın sıcaklığı sürekli olarak 1ºC’de tutulur. Ultrasonik çöktürme işlemi için UP200Ht veya UP200St gibi bir ultrasonik homojenizatörün S26d14 sonotrotu, çözücü–antiçözücü karışımına daldırılır. %100 genlik ayarında ve 10min. sonikasyon ile karışım disperse edilir.
Sonikasyon süresi, kurkumin kristallerinin polimorfizminin kontrol edilmesine olanak tanır. Sonikasyon süresi uzatıldığında ortorombik partiküllerin yüzdesi artar. Bu, ultrasonik enerjideki artışın, kullanılan katkı maddesinden bağımsız olarak, monoklinik forma kıyasla ortorombik formun oluşumunu kolaylaştırdığını gösterir.
[bkz. Thorat ve ark. 2014]
UIP1000hdT – API çöktürme için 1kW ultrasonik işlemci
Ultrasonik Enkapsülasyon ile Artırılmış Biyoyararlanım
Kurkumin lipofilik bir molekül olduğundan ve suda düşük çözünürlüğe sahip olduğundan (= hidrofobik), sistemik biyoyararlanımı düşüktür. Bu nedenle biyoyararlanımını artıran kurkumin formülasyonlarının hazırlanması gerekir. Sulu kurkumin çözeltilerinin hazırlanmasında, kurkumin moleküllerini lipozomlarda, nanopartiküllerde ve diğer ilaç taşıyıcılarında enkapsüle etmek veya bu taşıyıcılara yüklemek için yüzey aktif maddeler, lipitler, albüminler, siklodekstrinler, biyopolimerler vb. eklenir.
Ultrasonikasyon, lipozomlar, çekirdek–kabuk yapılı nanopartiküller, biyopolimerler ve çift emülsiyonlar gibi ilaç taşıyıcılarını formüle etmek için son derece verimli ve güvenilir bir tekniktir! Aşağıda kurkuminin ultrasonik enkapsülasyonu için örnek bir protokol yer almaktadır.
Ultrasonik Kurkumin Enkapsülasyon Protokolü:
Kurkumin yüklü poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) nanopartikülleri
- Önce PLGA polimeri etil asetatta çözülür. Kurkumin (%15 w/w) eklenir ve çözelti aralıklı olarak vortekslenirken çözünmesi sağlanır.
- Yağ içinde katı karışımı, bir S-O/W emülsiyonu oluşturmak üzere sulu PVA (w/v) fazına eklenir. Ardından PVA içindeki ilaç/polimer çözeltisi 8.000 rpm’de vortekslenir.
- Elde edilen çözeltiye yaklaşık 300sec boyunca %45 genlikte sonikasyon uygulamak için UP200Ht veya UP200St (200W, 26kHz) gibi bir ultrasonik homojenizatör kullanılır. Sonikasyondan hemen sonra emülsiyon, difüzyon için, manyetik karıştırıcıyla hızlı karıştırma altında sulu faza (suda %0,1 PVA; 200mL) dökülür.
- Bu kolloidal süspansiyon, çözücünün buharlaşması tamamlanana kadar manyetik karıştırıcıyla sürekli karıştırılır. Ardından nanopartiküller santrifüjleme ile toplanır ve distile Milli Q su ile 3 kez yıkanır. Son olarak kriyoprotektan çözeltisinde (sakkaroz (%2 w/w) ve trehaloz (%5 w/w)) yeniden süspanse edilir, ATR FD3.0 liyofilizatör sisteminde kurutulur ve 4°C’de en az 6 ay saklanabilir.
[bkz. Ranjan ve ark. 2012]
Kurkumin Çöktürme ve Formülasyonu için Ultrasonik İşlemciler
Hielscher Ultrasonics, nanopartiküllerin (ör. API’ler) sentezi ve bitkisel bileşiklerin ekstraksiyonu için yüksek performanslı ultrasonik ekipman sunar. Ürün yelpazemiz, küçük ölçekten ticari ölçeğe kadar uygulamaların geliştirilmesini sağlayan gelişmiş laboratuvar, tezgâh üstü ve endüstriyel ultrasonik sonikatörleri içerir. Laboratuvar ve pilot testlerde elde edilen tüm sonuçlar, tamamen doğrusal biçimde ticari üretim düzeyine ölçeklenebilir. Tüm sistemler 24/7 çalışma için üretilmiştir, sağlamdır ve kullanımları kolaydır.
UIPxxxxhdT serisi, tezgâh üstü uygulamalarda, süreç optimizasyonunda ve endüstriyel üretimde kullanılabilen endüstriyel sınıf ultrasonik sistemlerimizi kapsar. Endüstriyel sistemlerimiz 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10.000W (UIP10000) ve 16.000W (UIP16000, dünyanın en güçlü ultrasonik sonikatörü) güç seçenekleriyle sunulmaktadır. Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemcileri, 200µm’ye kadar ulaşan çok yüksek genliklerde kesintisiz olarak 24/7 çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için Hielscher, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrotlar sunar. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda günün her saati güvenilir çalışma sağlar.
Tüm ultrasonik sistemlerimiz için çeşitli boyut, şekil ve geometrilerde sonotrotlar, genlik artırıcı hornlar, akış hücreleri ve reaktörler gibi geniş bir aksesuar yelpazesi sunuyoruz. Bu araçlarla ultrasonik işlemcilerimizi gerekli süreç koşullarına en uygun biçimde uyarlamak kolaylıkla mümkün olur.
Çöktürme ve aşağıdan yukarıya sentez için Hielscher, benzersiz bir akış hücresi eki olan MultiPhaseCavitator MPC48 ekini sunar. MultiPhaseCavitator ile ikinci faz (antiçözücü), 48 ince kanül aracılığıyla doğrudan ultrasonik kavitasyon bölgesine enjekte edilir ve burada milisaniyeler içinde birinci faza karıştırılır. Sonuç olarak homojen nanopartiküller çöktürülür.
Laboratuvar ve tezgâh üstü uygulamalardan endüstriyel üretime kadar güçlü sonikasyon.
Literatür/Kaynaklar
- Hewlings, S.J.; Kalman, D.S. (2017): Kurkumin: İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkilerinin Bir Derlemesi. Foods. 2017 Eki; 6(10): 92.
- Thorat, A.A.; Dalvi, S.V. (2014): Sıvı antiçözücü çöktürme sırasında ultrason ve katkı maddelerinin indüklediği kurkumin partikül oluşum yolları ve polimorfizmi. CrystEngComm, 2014, 16, 11.102–11.114.
- Ranjan, A.P.; Mukerjee, A.; Helson, L.; Vishwanatha, J.K: (2012): Kanser tedavisi için Curcumin C3 kompleksi yüklü nanopartiküllerin ölçek büyütme, optimizasyon ve stabilite analizi. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:38.
Bilinmesi Gerekenler
Kurkumin
Kurkumin, zerdeçalda bulunan sarı renkli bir kimyasal bileşiktir. Zerdeçal (Curcuma longa), zencefilgiller familyasından rizomlu, otsu, çok yıllık bir bitkidir. Kurkumin, rizomlardan ekstrakte edilen ve baharat olarak yaygın biçimde kullanılan bir polifenoldür. Kökenine ve yetiştirildiği toprak koşullarına bağlı olarak zerdeçal, %2–%9 kurkuminoid içerir. Kurkumin, zerdeçalın (Curcuma longa, Zingiberaceae) başlıca kurkuminoididir. Takviye, tıbbi bileşik, gıda aroma ve renklendirme katkısı ve kozmetik bileşeni olarak kullanılır.
Yalnızca şu üç ana bileşenden oluşan saflaştırılmış kurkumin formu – kurkumin, bisdemetoksikurkumin ve demetoksikurkumin – kurkumin C3 kompleksi olarak da adlandırılır. Saf kurkumin, kurkumin, bisdemetoksikurkumin ve demetoksikurkuminden oluşan C3 karışımından kolon kromatografisiyle ayrılabilir.
Farmakolojik özellikleri açısından saf, modifiye edilmemiş kurkuminin büyük bir sorunu vardır: Suda çözünürlüğünün ve dolayısıyla biyoyararlanımının düşük olması nedeniyle modifiye edilmemiş kurkumin, terapötik etkilerini gösteremez; karaciğerde ve bağırsak duvarında hızla metabolize edilir. Kurkuminin düşük emilim oranını aşmak için aktif moleküller nano taşıyıcılarda (ör. lipozomlar, nanoküreler) enkapsüle edilir veya nano komplekslere (ör. nanopartiküller, fosfolipit kompleksleri, siklodekstrinler ve katı dispersiyonlar) yüklenir. Ayrıca kurkumin dozu, bir karabiber ekstraktı olan piperin ile birleştirildiğinde kurkuminin biyoyararlanımı yaklaşık %2000 artırılabilir.
Bu nedenlerle nano formüle edilmiş kurkumin (nanokurkumin), tercih edilen kurkumin dozaj formudur; çünkü nano formdaki kurkumin, yukarıda belirtilen ilaç iletimi sorunlarını aşar. Nanokurkumin, hastalıklı dokuya daha iyi iletim, daha iyi hücre içine alınma ve azalmış sistemik eliminasyon sayesinde terapötik özelliklerini gösterebilir.
Kurkumin; tozlar, kapsüller, tabletler, merhemler, besleyici içecekler ve kozmetik kremler dâhil olmak üzere çeşitli uygulama formlarında mevcuttur.
Kurkuminin Tıbbi Uygulamaları
Kurkumin, tıp ve beslenmedeki çok çeşitli kullanım biçimleri açısından kapsamlı olarak araştırılmıştır. Araştırmalar, kurkuminin hücre apoptozunu indükleyen ve hücre proliferasyonunu inhibe eden yüksek bir antioksidan aktiviteye sahip olduğunu; hücre adezyonu ve motilitesine karşı etkiler gösterdiğini ve antianjiyogenez ve antimikrobiyal özellikler sunduğunu göstermiştir. Bu etkiler nedeniyle kurkumin, çeşitli inflamatuvar hastalıkları, kanserleri, nörodejeneratif hastalıkları, kardiyovasküler hastalıkları ve diyabeti tedavi etmek için ilaç olarak uygulanır.
Ultrasonik olarak hazırlanan nano uygulama formları, kurkuminin tıbbi tedavide kullanımı için nanopartikülleri, lipozomları, miselleri, nanoemülsiyonları, siklodekstrin komplekslerini, nanodiskleri, nanolifleri, katı lipit nanopartiküllerini ve kurkumin konjugatlarını içerir. Bu nano boyutlu dozaj formları, kurkuminin düşük biyoyararlanımını aşar ve son derece güçlü etkiye sahip bir kurkumin ilacının hedefe yönelik ve etkili iletimini sağlar.
Kurkuminin Kimyasal Yapısı
Kurkumin, diferuloil metan olarak da bilinen simetrik bir moleküldür. Kurkuminin IUPAC adı (1E,6E)-1,7-bis(4-hidroksi-3-metoksifenil)-1,6-heptadien-3,5-dion olup kimyasal formülü C21H20O6‘dır. Kurkumin kristalleri, monoklinik (iğnemsi), ortorombik (pirinç tanesine benzer) ve amorf form gibi farklı şekillerde görülebilir.