Etude sur la préparation de la poudre de Nano curcumine

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 maladie.

En raison de la faible solubilité de la curcumine en solution aqueuse, il ne peut absorber que 1/4 de la dose totale, et il se dégradera rapidement au pH physiologique, ce qui entraîne une faible biodisponibilité et une mauvaise pharmacocinétique. Par conséquent, seule une petite partie de la curcumie ingérée par voie orale sera digérée et absorbée par le corps, et elle se liera au glucuronide et aux sulfures dans les cellules du trite gastro-intestinal, sera rapidement métabolisée et excrétée du corps, ce qui rend difficile l’exercice de ses effets physiologiques d’origine [2]. Cependant, l’encapsulation physique ou la modification chimique de la curcumine en nanovecteurs peuvent dans une certaine mesure résoudre les problèmes de mauvaise solubilité dans l’eau, d’instabilité et de faible biodisponibilité de la curcumine. En même temps, il peut également jouer un rôle dans la libération lente et contrôlée, réduire les dommages et l’impact de l’environnement hostile du tractus gastro-intestinal sur la curcumine, et maximiser sa rétention au site d’absorption [3]. En présentant les méthodes courantes de préparation des nanovecteurs de curcumine et le mécanisme des vecteurs à libération soutenue, ainsi que les dernières applications de pointe, on espère que cela fournira une valeur de référence pratique pour la recherche sur les nanomédicaments de curcumine.

1 préparation de porteurs de nanoadministration de curcumine

La curcumine se décompose dans les conditions de traitement (lumière, chaleur, oxygène et ions métalliques) et dans les muqueuses intestinales (enzymes et pH), a une faible biodisponibilité et peut interagir avec d’autres composants alimentaires. Par conséquent, les véhicules de livraison peuvent être préparés à l’aide de la nanotechnologie. La curcumine peut être nano-encapsulée en utilisant différentes techniques pour améliorer sa solubilité, sa stabilité et réduire les effets néfastes sur les propriétés sensorielles de l’aliment [1]. Les nano-vecteurs ont une très petite taille de particules, portent de la curcumine pour la libération intracellulaire, réalisent le double effet du ciblage et de la libération lente, réalisent un taux et une charge d’incorporation plus élevés, et font que la curcumine a une meilleure stabilité et biodisponibilité [4].

1.1 méthode ultrasonique

The ultrasonic method is one of the most commonly used methods for preparing curcumin nanocarriers....... La méthode ultrasonore consiste à utiliser des substances telles que les phospholipides et le cholestérol à l’état fondu comme phase huileuse, et un solvant organique (méthanol, diméthyl sulfoxide, etc.) comme phase aqueuse. Selon le type de support à préparer, la curcumine est dispersée dans la phase aqueuse ou la phase huileuse. Dans des conditions d’agitation magnétique, la phase aqueuse est uniformément ajoutée à la phase huileuse pour former une émulsion huile dans l’eau. Après agitation pendant une période de temps spécifique, on a procédé à l’ultrasonication, puis au refroidissement, à la filtration, et finalement on a obtenu le nanoporteur de curcumine. Cheng Yang et al. [5] ont utilisé une méthode de dissolution-ultrasonication pour préparer des nanovecteurs de lipides de curcumine avec une petite taille de particules (265,42 nm) et des nanovecteurs de lipides de curcumine distribués uniformément (PDI 0,30) avec une petite taille de particules (265,42 nm). Les résultats ont montré que la curcumine avait un excellent effet de charge, avec un taux de charge de 94,60 % et un taux de libération rapide de plus de 98% à 37 °C et 42 °C.

1.2 méthode d’émulsification

L’émulsification est le processus de dispersion d’un liquide dans un autre liquide non miscible (ou partiellement miscible) sous forme de très petites gouttelettes [6]. La nanoémulsion de curcumine peut être obtenue par le processus d’émulsification. L’émulsification est divisée en deux types: l’émulsification haute énergie (par exemple homogénéisation à haute pression, microfluidisation, émulsification ultrasonique, etc.) et l’émulsification basse énergie (par exemple émulsification spontanée, méthode hydrogel, méthode de transition de phase température). Les méthodes d’émulsification à haute énergie utilisent des forces mécaniques pour perturber deux phases immiscibles. Les émulsifiants réduisent la tension interfaciale et les convertissent en émulsions stables de gouttelettes à l’échelle nanométrique. En revanche, les méthodes d’émulsification à faible énergie utilisent de l’énergie chimique interne pour émulsifier. En raison de changements de température ou de composition, des transitions de phase ou une émulsification spontanée peuvent se produire dans le système. La curcumine est encapsulée dans une nanoémulsion par émulsification. La nanoémulsion peut être considérée comme de petites gouttelettes contenues dans une émulsion conventionnelle. La taille moyenne des particules est de 20 à 500 nm [7]. Il présente les avantages d’un taux de piégeage élevé, d’une grande surface, d’un petit volume et d’une stabilité thermodynamique. Il a une meilleure stabilité pour les composés hydrophobes, et la solubilité et l’efficacité de la substance active peuvent être contrôlées en contrôlant la taille des gouttelettes. Son principal inconvénient est la teneur relativement élevée en tensioactifs, qui a un effet potentiellement toxique [8].

1.3 méthode d’évaporation du solvant

La méthode d’évaporation du solvant est une méthode importante pour préparer la nanosphère et la nanomicelle. Au cours du processus d’évaporation du solvant, le polymère est dissous dans un solvant organique approprié, et le médicament est dispersé ou dissous dans cette solution polymère. La solution ou la dispersion résultante est émulsionnée en phase aqueuse continue pour former des gouttelettes discrètes. Lors de la formation de microsphères, le solvant organique doit d’abord diffuser dans la phase aqueuse, s’évaporer à l’interface eauair, puis, après filtration et séchage appropriés, les microsphères peuvent être obtenues sous forme de microsphères durcissées et à écoulement libre. Cheng et al. [9] ont préparé des micelles chargées de curcumine par la méthode d’évaporation du solvant, en utilisant le Pluronic comme matériau de support pour préparer des micelles chargées de curcumine @pluronic. Les tests de digestion In vitro ont montré que les micelles chargées en curcumin@pluronic peuvent libérer jusqu’à 80% du médicament en 72 heures, ce qui a un certain effet de libération soutenue. Il peut augmenter de manière significative l’accumulation de curcumine dans les cellules et augmenter l’effet anti-tumoral in vitro de la curcumine sur les cellules PC-3 du cancer de la prostate, et montre également un certain effet anti-tumoral in vivo.

1.4 technologie des fluides supercritiques

La technologie des fluides supercritiques est un nouveau type de technologie de préparation de nano-porteurs au curcuma. Fluide supercritique désigne un état spécial d’un fluide formé quand une substance est au-dessus de sa température critique et de sa pression critique. Dans l’application industrielle de la technologie des fluides supercritiques, le dioxyde de carbone supercritique (SC-CO2) est le plus souvent utilisé.

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.

1.5 technologie de l’électrofilage

La technologie d’électrofilage fait référence à une technologie qui utilise des forces électrostatiques pour transformer des polymères de poids moléculaire élevé en fibres ultrafines à l’échelle micro et nanométrique. Le principe de base de la technologie d’électrofilage est le suivant: un polymère élevé est soumis à une certaine pression et éjecté de la pointe de l’aiguille. Par l’interaction de l’électricité statique forte dans un champ électrique à haute tension, la gouttelette s’étend vers l’extrémité à faible potentiel, et est raffinée en nanofibre pendant le processus d’extension. Le solvant se volatilise sous l’action de la force électrostatique, de la résistance à l’air, de la gravité, de la répulsion de Coulomb, de la tension superficielle et de la force viscoélastique, formant un nano-dépôt [12] (comme le montre la Figure 2).

Chen et al. [13] ont préparé un nouveau type de membrane sandwich nanofibreuse à charge de curcumine (CSNM) utilisant la technologie de l’électrofilage. Cette membrane nanofibreuse à trois couches a une bonne capacité d’absorption d’eau et un bon taux de transmission de vapeur d’eau, et contrôle la libération de curcumine. En outre, CSNM présente également d’excellentes propriétés hémostatiques, une activité antioxydante et une capacité antibactérienne. Des études In vivo ont montré que le CSNM préparé améliore la régénération épidermique et le dépôt de collagène par son effet antioxydant et réduit considérablement la réponse inflammatoire.

1.6 méthode de dialyse

La méthode de dialyse [14] consiste à dissoudre des polymères et des médicaments peu solubles dans l’eau dans un solvant organique miscible avec de l’eau, à placer la solution dans une poche de dialyse dont le seuil de poids moléculaire est plus petit que le médicament et le polymère, mais plus grand que le solvant, à immerger la poche de dialyse dans de l’eau désionisée ou une solution tampon et à remuer pour dialyser. Au fur et à mesure que l’eau pénètre et que le solvant exsude, le copolymère forme progressivement des micelles. Afin de réduire les réactions indésirables des médicaments dans les tissus normaux et d’obtenir une libération rapide dans les tissus tumoraux, les micelles polymères sont généralement conçues pour répondre uniquement à des cibles spécifiques dans les tumeurs [15]. Tian et al. [16] ont obtenu des micelles CUR-HSC par dialyse et d’autres expériences de simulation in vivo et des tests de cytotoxicité ont montré que les micelles avaient la capacité de traverser la barrière hémato-encéphalique et de cibler les gliomes. En même temps, ils peuvent maintenir la stabilité dans des conditions physiologiques et présenter les effets d’absorption cellulaire, de cytotoxicité et d’apoptose les plus efficaces. De plus, les micelles peuvent rester intactes lors du passage de la barrière hémato-encéphalique et s’accumuler efficacement dans le cerveau.

En comprenant les méthodes de préparation des principaux nanovecteurs de curcumine susmentionnés, cet article compare leurs principes et leurs avantages et inconvénients, comme le montre le tableau 1.

2 mécanisme de la curcumine à libération soutenue

Le mécanisme de chargement du support est principalement dû aux forces non covalentes entre la substance active et le matériau porteur, telles que la liaison d’hydrogène, l’empilage π-π, les forces de van der Waals, les effets électrostatiques, etc., et la substance active est chargée et adsorbée par assemblage chimique. D’une part, il existe un grand nombre de groupes fonctionnels à la surface du nanoporteur, ou des groupes fonctionnels sont introduits par des méthodes chimiques, de sorte que la curcumine est couplée de façon covalente au nanoporteur et combinée ensemble. D’autre part, les nanovecteurs avec des groupes fonctionnels tels que les groupes carboxyle et amine augmentent la solubilité des médicaments hydrophobes. Ces groupes fonctionnels à haute densité lient la curcumine au système nanoporteur par des interactions électrostatiques. En outre, la structure de la cavité du nanoporteur a des propriétés hydrophobes, et la nature hydrophobe de la cavité permet d’intégrer plus de curcumine dans le nanoporteur par interaction hydrophobe ou liaison d’hydrogène.

Priyanka et al. [17] ont relié la curcumine aux nanofibres de cellulose (CNFs) par liaison hydrogène et empilage π-π. Les FNC forment des structures poreuses interconnectées et bien organisées à l’intérieur, comme le montre la Figure 3(a), en raison de la liaison d’hydrogène entre la cellulose. L’affinité de liaison de CNF+CUR est de -4,7 kcal/mol, ce qui indique que la curcumine peut se lier à la cellulose par liaison à l’hydrogène et interactions π-π. Après l’encapsulation du CUR, une distribution uniforme des cristaux de CUR a été observée à la surface du CNF, formant une monocouche uniforme sur le CNF, comme le montre la Figure 3(b). Aucun agrégat de cristal n’a été trouvé à la surface du CNF, ce qui indique que le CUR est complètement intégré dans la structure du CNF [14].

Le mécanisme à libération lente de la curcumine est principalement atteint par plusieurs méthodes: premièrement, la libération lente dépendant du ph. Quand un certain pH est atteint, le matériau nanoporteur commence à se dégrader et la curcumine encapsulée à l’intérieur est graduellement libérée, réalisant ainsi une libération soutenue; Deuxièmement, la libération prolongée peut être obtenue par hydrolyse enzymatique ou par décomposition thermique.

Dans des conditions environnementales appropriées, le nanoporteur peut être graduellement décomposé par des enzymes, exposant la curcumine, ou le matériau porteur peut commencer à se dégrader quand une température spécifique est atteinte, ce qui peut atteindre l’effet d’une libération soutenue; Troisièmement, le système de nanodissolution agit comme un support pour charger la substance active. Après avoir atteint l’environnement cible correspondant, le matériau porteur peut avoir différents taux de libération de médicament en raison de différences de type ou de rapport. Le taux de libération de la curcumine peut être contrôlé en ajustant le type ou le rapport du matériau porteur. Quatrièmement, le dégagement durable est obtenu par clivage des liaisons chimiques, comme la rupture des liaisons d’hydrogène. Le nano-porteur et le conjugué de curcumine se diffusent lentement dans la cellule ou l’environnement spécifique, et les liaisons chimiques qui les lient ensemble se rompent ou se dissocient en raison de forces non covalentes, libérant graduellement la curcumine de manière soutenue.

3 activité de la curcumine et ses applications

3.1 curcuminage#39; S propriétés anticancéreuses

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].

Pour étudier plus en profondeur l’effet anticancérique de la curcumine, Fan Ziliang et al. [20] ont construit une nanomicelle de curcumine à l’aide d’un nouveau polymère -ε-polylysine (ε-PLL-UNA) greffé à l’acide sous-cenoïque. La capacité de charge du médicament était de 12,22 % ± 2,13 %, et le taux d’encapsulation était aussi élevé que 85,12 % ± 3,64 %. Les nanomicelles ont libéré 84% de la curcumine en 48 heures, ce qui a un bon effet de libération durable. Par rapport à la solution de curcumine, les nanomicelles ont considérablement inhibé la croissance des sphères des cellules gliomes.

3.2 activité anti-inflammatoire de la curcumine

L’inflammation est le corps ' S réaction immédiate à des stimuli nuisibles tels que des agents pathogènes, des produits chimiques ou des dommages physiques aux tissus et aux cellules. Les cellules inflammatoires peuvent réparer les dommages tissulaires à l’aide d’enzymes et de cytokines. Des expériences ont montré [21] que la curcumine peut inhiber la peroxydation des lipides et réduire l’activité de la sérine, inhibant ainsi la réponse inflammatoire des cellules du côlon. Il a également été trouvé pour réguler l’activité des corticostéroïdes dans la réponse inflammatoire, qui est une nouvelle cible pour les effets anti-inflammatoires [22]. Afin d’obtenir un meilleur effet thérapeutique, Shao Junfei et al. [23] ont développé une microsphère de curcumine, qui a libéré plus de 40% de curcumine dans les 24 premières heures et un total de 80% dans les 120 heures suivantes. Cela assure une certaine concentration sanguine efficace et permet d’obtenir un meilleur effet anti-inflammatoire. Lorsque le support de la microsphère pénètre dans le corps et est dégradé et effondrée, la surface de la microsphère est dissoute par des enzymes dans le corps, et le médicament et le support sont dissociés et diffusés, de sorte que le médicament contenu dans la microsphère est libéré lentement et de manière contrôlée de manière quantitative, ralentissant ainsi le taux de libération du médicament encapsulé dans la microsphère, ce qui en fait une préparation à libération prolongée à action prolongée, réalisant ainsi le but de la libération prolongée, Et de réduire considérablement la fréquence d’administration, ainsi que de réduire le phénomène de pic et de vallée du médicament [24].

3.3 curcuminet#39; S effets préventifs et thérapeutiques sur les maladies neurodégénératives

La curcumine est un antioxydant efficace qui peut récupérer les radicaux libres, protéger les nerfs et réguler diverses voies de signaux. Il est impliqué dans la régulation de la synthèse et de l’expression de facteurs de transcription, d’enzymes biologiques, de facteurs de croissance et de diverses protéines, bloquant ainsi les voies de synthèse moléculaire de maladies neurodégénératives associées. La curcumine possède des propriétés chélatantes des métaux grâce à ses deux groupes méthoxyphénoliques liés à la β-dicétone, qui contribue à la récupération du superoxyde et des radicaux hydroxyles, protégeant ainsi le glutathion et réduisant le stress oxydatif [25].

Dans une étude étudiant l’effet de la curcumine sur l’apprentissage et les capacités de mémoire des rats avec Parkinson' S maladie, Zhu Jiang et al. [26] ont démontré que l’intervention de la curcumine peut réduire les effets toxiques de 6-hydroxy-dopamine sur les cellules nerveuses chez les rats, favoriser l’augmentation des niveaux de dopamine, d’acide dihydroxyphénylacétique, et d’acide homovanillique, de ce fait contrôler la progression du Parkinson' S maladie chez les rats et amélioration significative des capacités d’apprentissage et de mémoire de Parkinson' S modèle de la maladie rats. De même, la curcumine a également un effet thérapeutique significatif sur Alzheimer' S maladie (ma). La curcumine combinée avec le peptide β-amyloïde (Aβ) améliore considérablement sa capacité à récupérer les radicaux libres et à ralentir la progression de la ma.

3.4 Application de la curcumine dans l’industrie alimentaire

La curcumine est largement utilisée dans l’industrie alimentaire 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 Conclusion et perspectives

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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