Ультразвукове осадження суперчастинок куркуміну
- Оскільки куркума містить лише 2-9 мас.% куркуміноїдів, для отримання медичного потужного порошку необхідна ефективна техніка екстракції або синтезу.
- Антисольвентне осадження за допомогою ультразвуку є високоефективним методом синтезу частинок куркуміну.
- Ультразвуковий антисольвентний осад можна легко масштабувати до виробництва великої кількості високоякісного куркуміну.
куркумін
Куркумін, поліфенол, є погано розчинним у воді препаратом, який міститься в трав'яній спеції куркумі (Куркума довга). Він має дуже потужні антиоксиданти та відомий своїми протизапальними, протираковими, протигрибковими та антимікробними властивостями. Особливо з огляду на широкий спектр хіміопрофілактичних та хіміотерапевтичних дій, куркумін використовується як переважна лікарська сполука.
Як потужний антиоксидант, куркумін підвищує сироваткову активність антиоксидантів, таких як супероксиддисмутаза (SOD), а також поглинає та нейтралізує вільні радикали, такі як активні форми кисню та азоту (АФК та РНС). Крім того, він посилює активність власних антиоксидантних ферментів організму. Також відомо, що куркумін знижує серцеві захворювання та покращує роботу мозку. Завдяки цим різноманітним корисним лікувальним властивостям куркумін широко використовується як спеція, добавка та лікарський засіб.
Ультразвуковий рідкий антисольвентний осадження
Осадження рідким антисольвентом (LAS) за допомогою ультразвукового асистенту — це проста та швидка техніка синтезу в одному горщику для отримання наночастинок куркуміну з орторомбічною надструктурою. Ультразвукове антисольвентне осадження є простим, швидким і масштабованим процесом, який дозволяє осаджувати високоякісний куркумін у фармацевтичній та харчовій промисловості.
Висунуто гіпотетичний механізм утворення суперчастинок куркуміну за відсутності та присутності ультразвуку без стабілізаторів. Малюнок © 2014 Торат та ін.
Протокол ультразвукових опадів:
Для ультазонового осадження частинок куркуміну органічний розчин куркуміну в етанолі (5 мг/мл) додають у воду об'ємом 100 мл, що містить поверхнево-активну речовину (0,02 мас.% у воді) або без ПАР. В якості реакційної посудини використовується скляна посудина з оболонкою об'ємом приблизно 500 мл, діаметром 7 см і співвідношенням L/D 1,7. Температура суміші постійно підтримується на рівні 1ºC. Для процесу ультразвукового осадження використовується сонотрод ультразвукового гомогенізатора, такого як UP200Ht або UP200St оснащений сонотродом S26d14 занурюється в розчинник-антисольвентну суміш. При 100% встановленні амплітуди і 10хв. Звук суміші розсіювався.
Час ультразвукового звуку дозволяє маніпулювати поліморфізмом кристалів цукркуміну. При подовженні тривалості ультразвуку відсоток орторомбічних частинок збільшується. Це вказує на те, що збільшення ультразвукової енергії сприяє утворенню орторомбічної форми над моноклінною, незалежно від застосовуваної добавки.
[пор. Торат та ін., 2014]
UIP1000HDT – Ультразвуковий процесор потужністю 1 кВт для осадження API
Покращена біодоступність завдяки ультразвуковій інкапсуляції
Оскільки куркумін є ліпофільною молекулою і погано розчиняється у воді (= гідрофобний), він має низьку системну біодоступність. Тому необхідно готувати препарати куркуміну, які підвищують його біодоступність. Для приготування водних розчинів куркуміну додають поверхнево-активні речовини, ліпіди, альбуміни, циклодекстрини, біополімери тощо з метою інкапсуляції або завантаження молекул куркуміну в ліпосомах, наночастинках та інших носіях лікарських засобів.
Ультразвук є високоефективним і надійним методом формування носіїв лікарських засобів, таких як ліпосоми, ядро-оболонка наночастинки, біополімери та подвійні емульсії! Нижче наведено зразковий протокол для ультразвукової інкапсуляції куркуміну.
Протокол ультразвукової інкапсуляції куркуміну:
Наночастинки полімолочної ко-гліколевої кислоти (PLGA), збагачені куркуміном
- Спочатку полімер PLGA розчиняють в етилацетаті. Куркумін (15% маси) додають і дають йому розчинитися, періодично вихрюючи розчин.
- Тверда речовина в маслі суміш додається до водної фази ПВА (ж/об) з утворенням емульсії S-O/W. Потім розчин препарату/полімеру в ПВА вихрюється зі швидкістю 8 000 об/хв.
- Отриманий розчин ультразвукують протягом приблизно 300 секунд з амплітудою 45% за допомогою ультразвукового гомогенізатора, такого як UP200Ht або UP200St (200 Вт, 26 кГц). Відразу після ультразвукового випромінювання емульсію вливають у водну фазу (0,1% ПВА у воді; 200 мл) для дифузії при швидкому перемішуванні магнітною мішалкою.
- Цю колоїдну суспензію безперервно перемішують магнітною мішалкою до тих пір, поки не закінчиться випаровування розчинника. Потім наночастинки збирають шляхом центрифугування, промивають 3 рази дистильованою водою Milli Q. Нарешті, їх повторно суспендують у кріопротекторному розчині (сахароза (2 % мас. мас) і трегалозі (5 % мас. т.)), висушують на системі ліофілізатора ATR FD3.0 і можуть зберігати при температурі 4 ° C не менше 6 місяців.
[пор. Ранджан та ін. 2012]
Ультразвукові процесори для осадження та формулювання куркуміну
Hielscher Ultrasonics пропонує високопродуктивне ультразвукове обладнання для синтезу наночастинок (наприклад, API) та екстракції рослинних сполук. Наш асортимент продукції включає складні лабораторні, настільні та промислові ультразвуки, що дозволяє розробляти програми від невеликих до комерційних масштабів. Всі результати, отримані в лабораторних і пілотних випробуваннях, можуть бути повністю лінійно масштабовані до рівня комерційного виробництва. Усі системи створені для роботи 24/7, надійні та прості у використанні.
Серія UIPxxxxhdT охоплює наші ультразвукові системи промислового класу, які можна використовувати для настільних стільниць, оптимізації процесів і промислового виробництва. Наші промислові системи доступні як 500 Вт (UIP500HDT), 1000 Вт (UIP1000HDT), 1500 Вт (UIP1500hdT), 2000 Вт (UIP2000hdT), 4000 Вт (UIP4000hdT), 10 000 Вт (UIP10000) і 16 000 Вт (UIP16000, найпотужніший ультразвуковий апарат у світі). Ультразвук Hielscher’ Промислові ультразвукові процесори можуть працювати безперервно 24/7 з дуже високими амплітудами до 200 мкм. Для ще більш високих амплітуд компанія Hielscher пропонує індивідуальні ультразвукові сонотроди. Міцність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє забезпечити надійну цілодобову роботу при важких навантаженнях і в складних умовах.
Для всіх наших ультразвукових систем ми пропонуємо широкий спектр аксесуарів, таких як сонотроди, бустерні ріжки, проточні комірки та реактори різних розмірів, форм та геометрії. За допомогою цих інструментів стає легко можливим оптимально адаптувати наші ультразвукові процесори до необхідних умов процесу.
Для опадів і синтезу знизу вгору компанія Hielscher пропонує унікальну вставку з проточною камерою – Об'єкт Багатофазний кавітатор MPC48. За допомогою MultiPhaseCavitator друга фаза (антисольвент) вводиться через 48 дрібних канюль безпосередньо в зону ультразвукової кавітації, де вона перемішується протягом мілісекунд до першої фази. В результаті відбувається осадження однорідних наночастинок.
Потужна ультразвукова діагностика від лабораторії та настільності до промислового виробництва.
Література/Список літератури
- Хьюлінгс, С. Дж.; Калман, Д.С. (2017): Куркумін: огляд його впливу на здоров'я людини. Продукти. 2017 жовтень; 6(10): 92.
- Торат, А.А.; Далві, С.В. (2014): Шляхи утворення частинок та поліморфізм куркуміну, індукований ультразвуком та добавками під час осадження рідкими антисольвентами. CrystEngComm, 2014, 16, 11102-11114.
- Ранжан, А. П.; Мукерджі, А.; Хельсон, Л.; Вішванатха, Дж.К.: (2012): Масштабування, оптимізація та аналіз стабільності комплексно-наночастинок куркуміну С3 для терапії раку. Журнал нанобіотехнології 2012, 10:38.
Факти, які варто знати
куркумін
Куркумін — це хімічна сполука жовтого кольору, яка міститься в куркумі. Куркума - це кореневищна трав'яниста багаторічна рослина (Куркума довга) сімейства імбирних. Куркумін - це поліфенол, який видобувається з кореневищ і широко використовується як пряність. Залежно від її походження та умов ґрунту, де вона вирощується, куркума містить 2–9% куркуміноїдів. Куркумін є основним куркуміноїдом куркуми (Curcuma longa, Zingiberaceae). Він використовується як добавка, лікарська сполука, харчовий ароматизатор, барвник, а також косметичний інгредієнт.
Очищена форма куркуміну, яка складається тільки з наступних трьох основних компонентів – куркумін, бісдеметоксікуркумін і деметоксикуркумін – також позначається як комплекс куркуміну С3. Чистий куркумін можна відокремити від суміші С3 куркуміну, бісдеметоксикуркуміну та деметоксикуркуміну за допомогою колонкової хроматографії.
Що стосується його фармакологічних властивостей, чистий, немодифікований куркумін має велику проблему: через погану розчинність у воді і, отже, погану біодоступність, немодифікований куркумін не може охопити його терапевтичні ефекти, а швидко метаболізується в печінці та кишковій стінці. Щоб подолати низьку швидкість всмоктування куркуміну, активні молекули інкапсулюють у наноносії (наприклад, ліпосоми, наносфери) або навантажені на нанокомплекси (наприклад, наночастинки, комплекси фосфоліпідів, циклодекстринів і твердих дисперсій). Крім того, біодоступність куркуміну може бути збільшена приблизно на 2000% при поєднанні його дозування з піперином, який є екстрактом чорного перцю.
Завдяки цим фактам, куркумін з наноформулою (нанокуркумін) є кращою лікарською формою куркуміну, оскільки куркумін у наноформі долає вищезазначені проблеми з доставкою ліків. Нанокуркумін може розширити свої терапевтичні властивості завдяки покращеній доставці до хворої тканини, кращій інтерналізації та зменшенню системної елімінації.
Куркумін доступний у кількох формах доставки, включаючи порошки, капсули, таблетки, мазі, поживні напої та косметичні креми.
Медичне застосування куркуміну
Куркумін був широко досліджений через його різноманітні форми використання в медицині та харчуванні. Дослідження показали, що куркумін має високу антиоксидантну активність, яка індукує апоптоз клітин, пригнічує проліферацію клітин, антиклітинну адгезію та рухливість, а також має антиангіогенезні та антимікробні властивості. Завдяки цим ефектам куркумін застосовується як лікарський засіб для лікування різних запальних захворювань, раку, нейродегенеративних захворювань, серцево-судинних захворювань, а також діабету.
Ультразвуково підготовлені нано-форми для введення Куркумін для медикаментозної терапії включає наночастинки, ліпосоми, міцели, наноемульсії, комплекси циклодекстрину, нанодиски, нановолокна, тверді ліпідні наночастинки, а також кон'югати куркуміну. Ці нанорозмірні лікарські форми долають низьку біодоступність куркуміну та дозволяють цілеспрямовано та ефективно доставляти високоефективний препарат куркуміну.
Хімічна структура куркуміну
Куркумін є симетричною молекулою, також відомою як диферулоїлметан. Назва куркуміну IUPAC (1E,6E)-1,7-біс(4-гідрокси-3-метоксіфеніл)-1,6-гептадєн-3,5-діон з хімічною формулою C21H20O6. Кристали куркуміну можуть з'являтися в різних формах, таких як моноклінна (голчаста), орторомбічна (схожа на рисове зерно) та аморфна форма.