Estudio sobre la preparación de Nano polvo de curcumina

Curcumin (CUR) is a hydrophobic polyphenolic compound with the chemical formula C21H20O6. It is mainly derived from the rhizomes of the herb turmeric, the rhizomes of calamus, and traditional Chinese medicinal herbs such as Curcuma aromatica. It is mainly composed of three monomers: curcumin, monodemethoxycurcumin, and bisdemethoxycurcumin [1]. The structures of the three monomers are shown in Figure 1. Curcumin is an orange-yellow crystalline powder with a slightly bitter taste. It is a substance that is basically non-toxic to the human body. It is often used as a natural food colouring and flavouring in food. At the same time, curcumin is widely used in the pharmaceutical and functional food industries because of its physiological activities such as antioxidant, anti-aging, anti-cancer, anti-inflammatory, and prevention and treatment of Parkinson's enfermedad.

Debido a la baja solubilidad de la curcumina en solución acuosa, sólo puede absorber 1/4 de la dosis total, y se degradará rápidamente a pH fisiológico, lo que resulta en una baja biodisponibilidad y mala farmacocinética. Por lo tanto, sólo una pequeña parte de la curcumina ingeripor vía oral será digeriy absorpor el cuerpo, y se unirá a glucuroniy sulfuren las células del tracto gastrointestinal, se metabolirápidamente y excretado desde el cuerpo, por lo que es difícil ejercer sus efectos fisiológicos originales [2]. Sin embargo, la encapsulación física o modificación química de la curcumina en nanoportadores puede hasta cierto punto resolver los problemas de mala solubilidad en agua, inestabilidad y baja biodisponibilidad de la curcumina. Al mismo tiempo, también puede desempeñar un papel en la liberación lenta y controlada, reducir el daño y el impacto del entorno duro del tracto gastrointestinal en la curcumina, y maximizar su retención en el sitio de absorción [3]. Al introducir los métodos comunes de preparación de nanoportadores de curcumina y el mecanismo de portadores de liberación sostenida, así como las últimas aplicaciones de vanguardia, se espera que esto proporcione algún valor de referencia práctico para la investigación de nanomedicamentos de curcumina.

1 preparación de portadores nanoportadores de curcumina

La curcumina se degrada bajo condiciones de procesamiento (luz, calor, oxígeno e iones metálicos) y condiciones de la mucosa intestinal (enzimas y pH), tiene baja biodisponibilidad y puede interactuar con otros componentes de los alimentos. Por lo tanto, los vehículos de entrega pueden ser preparados usando nanotecnología. La curcumina puede ser nanoencapsulada utilizando diferentes técnicas para mejorar su solubilidad, estabilidad, y reducir los efectos adversos sobre las propiedades sensoride los alimentos [1]. Nano-portadores tienen un tamaño de partícula muy pequeño, llevar curcumina para la liberación intracelular, lograr el doble efecto de la orientación y la liberación lenta, lograr una mayor tasa de incrusty la carga, y hacer que la curcumina tienen una mejor estabilidad y biodisponibilidad [4].

1.1 método de ultrasonido

The ultrasonic method is one of the most commonly used methods for preparing curcumin nanocarriers. El método ultrasónico consiste en utilizar sustancias tales como fosfolípidos y colesterol en estado líquido como fase oleosa, y un disolvente orgánico (metanol, dimetilsulfóxido, etc.) como fase acuosa. Dependiendo del tipo de portador que se está preparando, la curcumina se dispersa en la fase de agua o fase de aceite. En condiciones de agitación magnética, la fase acuosa se añade uniformemente a la fase oleosa para formar una emulsión de aceite en agua. Después de remover por un período específico de tiempo, se realizó la ultrasicación, seguida de enfriamiento, filtración, y finalmente, se obtuvo el nanotransportador de curcumina. Cheng Yang et al. [5] utilizaron un método de disolución - ultrasicación para preparar nanoportadores de lípidos de curcumina con un tamaño de partícula pequeño (265,42 nm) y uniformemente distribuidos (PDI 0,30) nanoportadores de lípidos de curcumina con un tamaño de partícula pequeño (265,42 nm). Los resultados mostraron que la curcumina tenía un excelente efecto de carga, con una tasa de carga del 94,60%, y una tasa de liberación rápida de más del 98% a 37 °C y 42 °C.

1.2 método de emulsificación

La emulsificación es el proceso de dispersión de un líquido en otro líquido inmiscible (o parcialmente miscible) en forma de gotitas muy pequeñas [6]. La nanoemulde de curcumina se puede obtener a través del proceso de emulsificación. La emulsificación se divide en dos tipos: emulsificación de alta energía (por ejemplo, homogeneide alta presión, microfluidiz, emulsificación ultrasónica, etc.) y emulsificación de baja energía (por ejemplo, emulsificación espontánea, método de hidrogel, método de temperatura de transición de fase). Los métodos de emulsificación de alta energía usan fuerzas mecánicas para interrumpir dos fases inmiscibles. Los emulsificantes reducen la tensión interfacial y los convierten en emulsiones estables de gotas de nanoescala. En contraste, los métodos de emulsificación de baja energía utilizan energía química interna para emulsificar. Debido a cambios en la temperatura o la composición, pueden ocurrir transide fase o emulsificación espontánea en el sistema. La curcumina es encapsulada en una nanoemulsión por emulsificación. La nanoemulsión puede ser considerada como pequeñas gotitas contenidas en una emulsión convencional. El tamaño medio de partícula es de 20-500 nm [7]. Tiene las ventajas de alta tasa de atrapamiento, gran área de superficie, pequeño volumen y estabilidad termodinámica. Tiene una mejor estabilidad para los compuestos hidrofóbicos, y la solubilidad y eficacia de la sustancia activa se puede controlar mediante el control del tamaño de las gotas. Su principal desventaja es el contenido relativamente alto de surfac, que tiene un efecto potencialmente tóxico [8].

Método 1.3 de evaporación del solvente

El método de evapordel solvente es un método importante para la preparación de nanosfera y nanocémicela. Durante el proceso de evapordel solvente, el polímero se disuelve en un solvente orgánico adecuado, y el fármaco se dispersa o se disuelve en esta solución polimérica. La solución o dispersión resultante es emulsificada en una fase continua acuosa para formar gotas discretas. En la formación de microesferas, el disolvente orgánico primero debe difundirse en la fase acuosa, evaporen en la interfaz agua-aire, y luego, después de la filtración y el secado adecuados, las microesferas se pueden obtener como microesferas endurecidas y de flujo libre. Cheng et al. [9] prepararon micelas cargadas de curcumina por el método de evapordel solvente, usando Pluronic como material portador para preparar micelas cargadas de drogas curcumin@Pluronic. Las pruebas de digestión In vitro han demostrado que las micelas con fármaco curcumin@pluronic pueden liberar hasta el 80% del fármaco en 72 horas, lo que tiene un cierto efecto de liberación sostenida. Puede aumentar significativamente la acumulación de curcumina en las células y mejorar el efecto antitumoral in vitro de la curcumina en el cáncer de próstata PC-3 células, y también muestra un cierto efecto antitumoral in vivo.

1.4 tecnología de fluidos supercríticos

La tecnología de fluido supercrítico es un nuevo tipo de tecnología de preparación nanoportadora de cúrcuma. El fluido supercrítico se refiere a un estado especial de un fluido formado cuando una sustancia está por encima de su temperatura crítica y presión crítica. En la aplicación industrial de la tecnología de fluidos supercríticos, se utiliza principalmente dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2).

Ali et al. [11] used SC-CO2 to develop a new manufacturing method for curcumin green nanoparticles. Nanoporous starch aerogels and SC-CO2 technology were used to generate curcumin nanoparticles with low crystallinity. Nanoporous starch aerogels (NSAs; surface area 60 m2/g, pore size 20 nm, density 0.11 g/cm3, porosity 93%) was used as a mould to produce curcumin nanoparticles with the help of supercritical carbon dioxide. The average particle size of the curcumin nanoparticles was 66 nm. Impregnation into the NSA reduced the crystallinity of the curcumin and did not result in any chemical bonding between the curcumin nanoparticles and the NSA matrix. The maximum impregnation capacity was 224.2 mg curcumin/g NSA. Compared with conventional curcumin, curcumin nanoparticles significantly increased the bioavailability of curcumin by 173 times. After curcumin is impregnated into the NSA matrix, the mass concentration of bioavailable curcumin increases from 0.003 mg/mL to 0.125 mg/mL. This not only improves bioavailability, but also reduces crystallinity, which maximizes the use of curcumin and shows that this is a new method for producing food-grade curcumin nanoparticles.

(2) el valor de las materias utilizadas

La tecnología de Electrospinning se refiere a una tecnología que utiliza fuerzas electrostáticas para transformar polímeros de alto peso molecular en micro y nanoescala de fibras ultrafinas. El principio básico de la tecnología de electrospinning es el siguiente: un polímero alto es sometido a una cierta presión y expulsado de la punta de la aguja. A través de la interacción de electricidad estática fuerte en un campo eléctrico de alto volta, la gota se extiende hacia el extremo de bajo potencial, y se refinen en una nanofibra durante el proceso de extensión. Las volatilizaciones de disolventes bajo la acción de la fuerza electrostática, resistencia al aire, gravedad, repulde Coulomb, tensión superficial y fuerza viscoelástica, formando una nanodeposición [12] (como se muestra en la figura 2).

Chen et al. [13] prepararon un nuevo tipo de membrana nanofibrosánde cargada con curcumina (CSNM) utilizando la tecnología de electrohilado. Esta membrana nanofibrode tres capas tiene buena capacidad de absorción de agua y la tasa de transmisión de vapor de agua, y controla la liberación de curcumina. Además, CSNM también muestra excelentes propiedades hemostáticas, actividad antioxidante y capacidad antibacteriana. Estudios In vivo han demostrado que el CSNM preparado mejora la regeneración epidérmica y la deposición de colágeno a través de su efecto antioxidante y reduce significativamente la respuesta inflamatoria.

1.6 método de diálisis

El método de diálisis [14] consiste en disolver polímeros y fármacos poco solubles en agua en un disolvente orgánico miscible con agua, colocar la solución en una bolsa de diálisis con un límite de peso molecular más pequeño que el fármaco y el polímero, pero más grande que el disolvente, sumergir la bolsa de diálisis en agua desionizada o en una solución tampón y remover para dializar. A medida que el agua penetra y el disolvente exuda, el copolímero forma gradualmente micelas. Con el fin de reducir las reacciones adversas de los fármacos en los tejidos normales y lograr una rápida liberación en los tejidos tumorales, las micelas de fármacos polímeros suelen estar diseñadas para responder solo a blancos específicos en los tumores [15]. Tian et al. [16] obtuvieron micelas de CUR-HSC mediante diálisis y otros experimentos de simulación in vivo y pruebas de citotoxicidad mostraron que las micelas tenían la capacidad de cruzar la barrera hematoencefáy gliomas diana. Al mismo tiempo, pueden mantener la estabilidad en condiciones fisiológicas y mostrar los efectos más eficaces de captación celular, citotoxicidad y apoptosis. Además, las micelas pueden permanecer intcuando pasan a través de la barrera hematoencefáy acumularse efectivamente en el cerebro.

Mediante la comprensión de los métodos de preparación de los nanoportadores de curcumina antes mencionados, este documento compara sus principios y ventajas y desventajas, como se muestra en la tabla 1.

2 mecanismo de liberación sostenida de curcumina

El mecanismo de carga del portador es principalmente a través de fuerzas no covalentes entre la sustancia activa y el material portador, tales como enlaces de hidrógeno, apil, fuerzas de van der Waals, efectos electrostáticos, etc., y la sustancia activa es cargada y adsorpor el montaje químico. Por un lado, hay un gran número de grupos funcionales en la superficie del nanoportador, o los grupos funcionales se introducen por métodos químicos, de modo que la curcumina es covalentemente acoplal nanoportador y se combina entre sí. Por otro lado, los nanoportadores con grupos funcionales como los grupos carboxilo y amina aumentan la solubilidad de los fármacos hidrofóbicos. Estos grupos funcionales de alta densidad unen la curcumina al sistema nanotransportador a través de interacciones electrostáticas. Además, la estructura de la cavidad del nanotransportador tiene propiedades hidrofóbicas, y la naturaleza hidrofóbica de la cavidad permite que más curcumina sea incorporada en el nanotransportador por interacción hidrofóbica o enlace de hidrógeno.

Priyanka et al. [17] coneccurcumina a las nanofibras de celulde nanoportador (CNFs) a través de enlaces de hidrógeno y apilde π-π. Los CNF forman estructuras porosas interconectadas y bien organizadas en su interior, como se muestra en la figura 3(a), debido a la Unión de hidrógeno entre la celul. La afinde Unión de CNF+CUR es -4.7 kcal/mol, lo que indica que la curcumina puede unirse a la celula través de enlaces de hidrógeno y interacciones − - −. Después de la encapsulación de CUR, se observó una distribución uniforme de los cristales de CUR en la superficie de CNF, formando una monocapa uniforme en CNF, como se muestra en la figura 3(b). No se encontraron agregados cristalen la superficie de CNF, lo que indica que CUR está completamente integrado en la estructura de CNF [14].

El mecanismo de liberación lenta de la curcumina se logra principalmente a través de varios métodos: primero, liberación lenta dependiente de ph. Cuando se alcanza un cierto pH, el material nanoportador comienza a descompon, y la curcumina encapsulen el interior se libera gradualmente, logrando así una liberación sostenida; En segundo lugar, la liberación sostenida se puede lograr a través de la hidrólisis enzimo la descomposición térmica.

Bajo condiciones ambientales adecuadas, el nanoportador puede ser gradualmente descompuesto por enzimas, la exposición de la curcumina, o el material portador puede comenzar a degradarse cuando se alcanza una temperatura específica, ambos de los cuales pueden lograr el efecto de liberación sostenida; Tercero, el sistema de nanodisolución actúa como un portador para cargar la sustancia activa. Después de alcanzar el entorno de destino correspondiente, el material portador puede tener diferentes tasas de liberación de fármacos debido a las diferencias en el tipo o proporción. La tasa de liberación de la curcumina puede ser controlada mediante el ajuste del tipo o la relación del material portador. En cuarto lugar, la liberación sostenida se logra rompienlaces químicos, como la ruptura de enlaces de hidrógeno. El nanoportador y el conjude curcumina se difunlentamente en la célula o en un ambiente específico, y los enlaces químicos que los unen se rompo o se disocidebido a fuerzas no covalentes, liberando gradualmente la curcumina de una manera sostenida.

3 actividad de la curcumina y sus aplicaciones

3.1 Curcumin's propiedades anticancerígenas

Curcumin is considered to be an effective anti-mutagenic and anti-promoter of cancer, and has a significant inhibitory effect on cancer cells. Cancer is caused by mutations in cells attacked by carcinogens. Curcumin can exert an anti-mutagenic effect, block the attack of carcinogens on cells, and prevent cells from becoming cancerous [18]. The anti-cancer mechanism of curcumin mainly involves two pathways: inhibiting the biological effects of TPA and regulating the metabolism of arachidonic acid. Studies have found that curcumin can produce a toxic effect on cancer cells without damaging normal cells. It can also inhibit the activity of various protein kinases associated with tumor growth, induce apoptosis of tumor cells, and prevent cancer cell proliferation [19].

Para explorar aún más el efecto anticancerígeno de la curcumina, Fan Ziliang et al. [20] construyeron una nanomicde de curcumina usando un nuevo polímero injerto con ácido undénoico - − -polilisina (− -PLL-UNA). La capacidad de carga del fármaco fue de hasta 12,22% ± 2,13%, y la tasa de encapsulfue tan alta como 85,12% ± 3,64%. Las nanomicelas liberaron 84% de la curcumina en 48 horas, que tiene un buen efecto de liberación sostenida. En comparación con la solución de curcumina, las nanomicelas inhisignificativamente el crecimiento de las esferas de células de glioma.

3.2 actividad antiinflamatoria de la curcumina

La inflamación es el cuerpo 's respuesta inmediata a estímulos nocivos como patógenos, sustancias químicas o daños físicos a tejidos y células. Las células inflamatorias pueden reparar el daño tisulcon la ayuda de enzimas y citocinas. Los experimentos han demostrado [21] que la curcumina puede inhibir la peroxidlipíy reducir la actividad de la serina, inhibiendo así la respuesta inflamatoria de las células del colon. También se ha encontrado que regula la actividad de los corticoides en la respuesta inflamatoria, que es un nuevo blanco para los efectos antiinflamatorios [22]. Con el fin de lograr un mejor efecto terapéutico, Shao Junfei et al. [23] desarrollaron una microesfera de curcumina, que liberó más de 40% de curcumina en las primeras 24 horas y un total de 80% en las siguientes 120 horas. Esto asegura una cierta concentración sanguínea efectiva y logra un mejor efecto antiinflamatorio. Cuando el portador de la microesfera entra en el cuerpo y se degrada y colapsa, la superficie de la microesfera se disuelve por enzimas en el cuerpo, y el fármaco y el portador se disociy se difun, de modo que el fármaco contenido en la microesfera se libera de forma lenta y controlada de forma cuantitativa, ralentizando así la velocidad de liberación del fármaco encapsulado en la microesfera, convirtiéndolo en una preparación de liberación sostenida de acción prolongada, logrando el propósito de liberación sostenida, Y reduciendo enormemente la frecuencia de administración, así como reduciendo el fenómeno pico y valle del fármaco [24].

3.3 Curcumin's efectos preventivos y terapéuticos en enfermedades neurodegenerativas

La curcumina es un antioxidante eficaz que puede eliminar los radicales libres, proteger los nervios, y regular varias vías de señal. Participa en la regulación de la síntesis y expresión de factores de transcripción, enzimas biológicas, factores de crecimiento y varias proteínas, bloqueando así las vías de síntesis molecular de enfermedades neurodegenerativas relacionadas. La curcumina tiene propiedades quelde metales a través de sus dos grupos metoxifenóvinculados a la -dicetona, que ayuda a eliminar el superóxido y los radicales hidroxilo, proteel glutatión y la reducción del estrés oxidativo [25].

En un estudio que investiga el efecto de la curcumina en el aprendizaje y las habilidades de memoria de ratas con Parkinson's enfermedad, Zhu Jiang et al. [26] demostró que la intervención de la curcumina puede reducir los efectos tóxicos de la 6-hidroxidopamina en las células nervien ratas, promover el aumento de la dopamina, ácido dihidroxifenilacético, y los niveles de ácido homovanillico, controlando así la progresión de Parkinson#39;s en ratas y mejorando significativamente las capacidades de aprendizaje y memoria de Parkinson#39;s ratas modelo de enfermedad. Del mismo modo, la curcumina también tiene un efecto terapéutico significativo en el Alzheimer#39;s enfermedad (EA). La curcumina combinada con − -amilopéptido (A -) mejora significativamente su capacidad para eliminar los radicales libres y ralentizar la progresión de la da.

3.4 aplicación de la curcumina en la industria alimentaria

La curcumina es ampliamente utilizada en la industria alimentaria as a food additive, in functional foods and in beverages. As a natural food additive, curcumin has the advantages of being pollution-free, degradable, antibacterial and antioxidant. In the field of food preservation, substances such as microspheres, liposomes, nanoparticles and colloids containing curcumin can extend the shelf life of food through sustained release.

Curcumin can induce a series of changes in bacteria under certain conditions and concentrations, such as Ca2+ influx and DNA strand breakage. Curcumin affects the structure of the bacterial cell membrane by inducing its production, and exerts an antibacterial effect by destroying the cell membrane [27]. In addition, under light conditions, curcumin can cause an explosion of reactive oxygen species, destroy the adaptive mechanisms of cells and the metabolism of iron, and inhibit the biosynthesis of iron-sulfur clusters, ultimately leading to cell death [28]. Therefore, curcumin has the advantages of antibacterial preservation and oxidation resistance, and has application potential in the food field. Hee et al. [29] prepared a curcumin nanoemulsion (Cur-Nes) that can be added to milk to reduce fat oxidation, which promotes the solubility of curcumin in the oil phase, thereby increasing antioxidant activity and delaying lipid degradation.

4 conclusión y perspectivas

Curcumin is a natural polyphenolic compound with multiple active effects that is widely used in food, biomedicine and other fields. However, the poor bioavailability of curcumin in the body has limited its research progress and clinical promotion to some extent. The preparation of curcumin nanocarrier agents has greatly improved the bioavailability of curcumin and increased the effect of curcumin at the cellular level, laying a foundation for further clinical research and the development of functional foods. However, there are still some problems with the preparation of curcumin nanocarriers that need to be urgently solved, such as the gap between practical application technology and research level, low conversion rate, high preparation cost, lack of toxicological verification, mostly remaining in the laboratory stage, and not being applied to industrial production. To solve these problems, on the one hand, it is necessary to reduce production costs, simplify production processes, and improve actual conversion rates; on the other hand, the choice of nanocarrier materials should be more green, non-toxic, environmentally friendly, and available.

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