나노 커큐민 분말 제조에 관한 연구

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 질병이다.

커큐민의 수용액 내 용해도가 낮기 때문에 전체 용량의 1/4 밖에 흡수할 수 없으며, 생리학적 pH에서 빠르게 분해되어 생체 이용성이 낮고 약리작용이 떨어진다.따라서 구강 섭취한 커큐민의 일부분만이 체내에서 소화, 흡수되고, 위장관 세포에 있는 글루쿠로니드와 황산화물과 결합하여 빠르게 대사되어 체외로 배출되어 본래의 생리적 효과를 발휘하기 어렵게 된다 [2].그러나 커큐민을 나노캐리어로의 물리적 봉지 또는 화학적 변형은 커큐민의 낮은 수용성, 불안정성, 낮은 생물학적 이용성의 문제를 어느 정도 해결할 수 있다.동시에 느리고 통제된 방출을 하는 역할도 할 수 있으며, 위장관의 거친 환경이 커큐민에 미치는 피해와 영향을 줄이고 [3] 흡수 부위까지의 유지력을 극대화할 수 있다.커큐민 나노캐리어의 일반적인 준비 방법과 지속 출시 캐리어의 메커니즘, 그리고 최신의 최첨단 어플리케이션들을 소개함으로써, 커큐민 나노미터 연구에 실질적인 참고 가치를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

커큐민 나노 전달 캐리어 준비 1

커큐민은 가공 조건 (빛, 열, 산소 및 금속 이온)과 장 점막 조건 (효소 및 pH)에서 분해되며 생체 이용성이 낮고 다른 식품 성분과 상호 작용할 수 있습니다.따라서 나노 기술을 이용해 배달 차량을 준비할 수 있다.커큐민은 용해도, 안정성을 향상시키고, 식품의 감각적 특성에 미치는 악영향을 줄이기 위해 다른 기술을 사용하여 나노 캡슐화할 수 있다 [1].나노 운반체는 입자 크기가 매우 작으며, 세포 내 방출을 위해 커큐민을 운반하고, 타겟팅과 슬로우 릴리즈의 이중 효과를 얻으며, 더 높은 내장률과 부하를 달성하고, 커큐민이 더 나은 안정성과 생체가용성을 가지게 한다 [4].

1.1초음파 방식

The ultrasonic method is one of the most commonly used methods for preparing curcumin nanocarriers다.초음파 방식은 용융 상태의 인지질, 콜레스테롤 등의 물질을 유상으로, 유기용매 (메탄올, 디메틸설폭사이드 등)를 수상으로 사용한다.준비되는 캐리어의 종류에 따라 커큐민은 물상 또는 오일상에 분산된다.자성이 휘젓는 조건에서 물상을 오일상에 균일하게 첨가하여 오일-물내 유화물을 형성한다.특정 기간 동안 교반한 후 초음파를 수행하고 냉각, 여과, 마지막으로 커큐민 나노 캐리어를 얻었다.청양 등 5)은 용해 초음파법을 이용하여 입자크기 (265.42 nm) 가 작고 균일하게 분포된 (PDI 0.30) curcumin 지질 나노캐리어를 제조하였다.그 결과 커큐민은 94.60%의 적하율을 보였으며, 37 °C와 42 °C에서 98% 이상의 빠른 방출율을 보여 우수한 적하효과를 나타내었다.

유화법 1.2

유화란 한 액체를 다른 불순성 (또는 부분적으로 불순성) 액체에 매우 작은 물방울 [6]의 형태로 분산시키는 과정이다.커큐민 나노에멀젼은 유화과정을 통해 얻을 수 있다.유화는 고에너지 유화 (예:고압 균질화, 미세유동화, 초음파 유화 등)와 저에너지 유화 (예:자발적 유화, 하이드로겔법, 상전이 온도법)의 두 종류로 나뉜다.고에너지 유화 방법은 기계적 힘을 사용하여 두 가지 불화 단계를 방해합니다.유화제는 계면장력을 감소시켜 나노 스케일 방울의 안정한 유화제로 전환한다.반대로, 저에너지 유화방법은 내부의 화학에너지를 이용하여 유화시킨다.온도 또는 조성의 변화로 인해 시스템에서 상전이 또는 자발적인 유화가 발생할 수 있습니다.커큐민은 유화에 의해 나노에멀젼으로 캡슐화된다.나노에멀젼은 기존의 에멀젼에 포함된 작은 물방울로 간주될 수 있다.평균 입자 크기는 20-500 nm [7]이다.높은 함침률, 넓은 표면적, 작은 부피, 열역학적 안정성의 장점이 있다.그것은 소수성 화합물에 대해 더 나은 안정성을 가지며, 물방울 크기를 조절하여 활성 물질의 용해도와 효능을 조절할 수 있습니다.가장 큰 단점은 잠재적으로 독성효과가 있는 [8] 계면활성제의 함량이 상대적으로 높다는 점이다.

1.3 용매 증발법

용매 증발법은 나노 스피어와 나노 미셀을 준비하는 데 중요한 방법입니다.용매증발과정에서 고분자는 적합한 유기용매에 용해되고 약물은이 고분자 용액에 분산 또는 용해된다.결과 용액 또는 분산은 수용액 연속상에서 유화되어 별개의 방울을 형성한다.미립구를 형성함에 있어서 유기용매는 먼저 수용액으로 확산되어 물-공기 계면에서 증발해야 하며, 적절한 여과 및 건조를 거쳐 경화 및 유동성이 자유로운 미립구로서 미립구를 얻을 수 있다.Cheng 등 9명은 용매증발법으로 커큐민이 적재된 미셀을 제조하였으며, 캐리어 재료로 Pluronic을 사용하여 curcumin@Pluronic 약물 적재된 미셀을 제조하였다.체외소화검사에서 curcumin@pluronic 약물이 함유된 미셀은 72시간내에 약물의 80%까지 방출할수 있는데 일정한 지속분비효과가 있다.세포 내 커큐민의 축적을 현저히 증가시키고 전립선암 PC-3세포에 대한 커큐민의 체외 항암 효과를 강화할 수 있으며, 또한 확실한 체내 항암 효과를 보여줍니다.

초임계 유체 기술 1.4

초임계 유체 기술은 새로운 유형의 강황 나노 캐리어 준비 기술입니다.초임계유체는 물질이 임계온도와 임계압력 이상일 때 형성되는 유체의 특수한 상태를 말한다.초임계 유체 기술의 산업적 응용에서는 초임계 이산화탄소 (SC-CO2) 가 대부분 사용된다.

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.

1.5전기 방사 기술

전기방사 기술은 정전기력을 이용해 고분자 고분자를 마이크로 및 나노 스케일의 초미세 섬유로 변형시키는 기술을 말한다.전기방사 기술의 기본원리는 다음과 같다. 고분자체는 일정한 압력을 받아 바늘끝에서 배출된다.고전압 전기장에서 강한 정전기의 상호작용을 통해 물방울은 전위가 낮은 끝을 향해 확장되며, 확장 과정에서 나노 섬유로 정제된다.용매휘발성은 정전기력, 공기저항, 중력, 쿨롱반발력, 표면장력 및 점탄성력의 작용으로 나노증착체 [12]를 형성한다 (그림 2와 같다).

천 등 13명은 전기방사 기술을 이용해 새로운 형태의 커큐민이 함유된 샌드위치 나노섬유막 (CSNM)을 준비했다.이 3 층 나노섬유막은 물 흡수 능력과 수증기 전달 속도가 좋고, 커큐민의 방출을 제어한다.또한 CSNM은 우수한 지혈 특성, 항산화 활성 및 항균 능력도 보여줍니다.In vivo 연구에 따르면 준비된 CSNM은 항산화 효과를 통해 표피 재생과 콜라겐 침착을 향상시키고 염증 반응을 현저히 감소시킨다.

1.6 투석 방법

투석방법 [14]은 물과 잘 섞이지 않는 유기용매에 잘 녹지 않는 수용성 고분자와 약물을 녹이고, 분자량 차단기가 약물과 고분자보다 작지만 용매보다 큰 투석봉지에 용액을 넣고, 투석봉지를 탈이온수나 완충용액에 담그고 저어서 투석시키는 것이다.물이 침투하고 용매가 뿜어져 나오면서 교반기는 점차 미셀을 형성한다.정상 조직에서 약물의 부작용을 줄이고 종양 조직에서 빠른 방출을 이루기 위해 중합제 미셀은 보통 종양의 특정 표적에만 반응하도록 설계되어 있다 [15].Tian et al. [16]은 투석을 통해 CUR-HSC 미셀을 얻었고 더 나아가 in vivo 시뮬레이션 실험과 세포 독성 시험을 통해이 미셀이 혈액 뇌 장벽을 넘어 신경교종을 표적으로 할 수 있는 능력이 있음을 보여주었다.동시에 생리적 조건 하에서 안정성을 유지하고 가장 효과적인 세포 흡수, 세포 독성 및 세포 사멸 효과를 나타낼 수 있습니다.또한, 미셀은 혈액 뇌 장벽을 통과할 때 그대로 남아 뇌에 효과적으로 축적될 수 있습니다.

본 논문은 상술한 메인 커큐민 나노 캐리어의 준비 방법을 이해함으로써, 하기 표 1과 같이 그 원리 및 장단점을 비교한다.

지속 출시 커큐민의 메커니즘 2

캐리어 로드의 메커니즘은 주로 non-covalent 세력을 통해 활성 물질과 캐리어 물질, 간 같은 수소 결합, π-π 쌓기, van der Waals 세력과 정전기 효과, 등,의 활성 물질은 및 화학에 의해어 준어 셈 블리 장전 했다.한편, 나노캐리어 표면에는 많은 수의 기능성 그룹이 존재하거나 화학적 방법에 의해 기능성 그룹이 도입되어 커큐민이 나노캐리에 공유결합되어 함께 결합된다.반면 카르복실 및 아민 그룹과 같은 기능성 그룹을 갖는 나노 캐리어는 소수성 약물의 용해도를 증가시킨다.이러한 고밀도 기능성 그룹은 정전기 상호작용을 통해 커큐민을 나노 캐리어 시스템에 결합합니다.또한, 나노 캐리어의 캐비티 구조는 소수성 특성을 가지며, 캐비티의 소수성 특성으로 인해 소수성 상호작용 또는 수소 결합에 의해 더 많은 커큐민이 나노 캐리어에 통합될 수 있다.

Priyanka et al. [17]에 함유 연결 nanocarrier 섬유소 nanofibers (CNFs)을 통해 수소 결합과 π-π 쌓기이다.CNFs는 셀룰로오스 간의 수소 결합으로 인해 그림 3(a)와 같이 내부에 상호 연결되어 잘 조직된 다공성 구조를 형성한다.의 구속력 있는 친밀감 CNF + 겁쟁이 가은-4.7 kcal/mol,을 나타내는 커를 통해 섬유소를 바인딩 할 수 있는 수소 결합 및 π-π 교호작용이다.CUR 캡슐화 후, CNF 표면에 CUR 결정이 균일하게 분포하는 것을 관찰하여, 그림 3(b)에 나타낸 바와 같이 CNF 상에 균일한 단층을 형성하였다.CNF 표면에서 결정 집합체가 발견되지 않았으며, 이는 CUR이 CNF의 구조에 완전히 통합되었음을 나타낸다 [14].

커큐민의 슬로우 릴리즈 메커니즘은 주로 몇 가지 방법을 통해 이루어진다:첫째, pH-dependent 슬로우 릴리즈.특정 pH에 도달하면 나노 캐리어 물질이 분해되기 시작하고, 내부에 캡슐화 된 커큐민이 점차 방출됨으로써 지속적인 방출을 달성한다;둘째, 효소 가수분해 또는 열분해를 통해 지속적인 방출이 이루어질 수 있다.

적합한 환경 조건 하에서 나노 캐리어는 효소에 의해 점진적으로 분해되어 커큐민을 노출시키거나 특정 온도에 도달하면 운반체 물질이 분해되기 시작할 수 있으며, 둘다 지속적인 방출의 효과를 얻을 수 있다;셋째, 나노분해시스템은 활성물질을 적재하는 운반체 역할을 한다.해당 목표 환경에 도달한 후 운반체 물질은 종류 또는 비율의 차이로 인해 서로 다른 약물 방출 속도를 가질 수 있습니다.캐리어 재료의 종류 또는 비율을 조정하여 커큐민의 방출 속도를 조절할 수 있습니다.넷째, 수소결합의 단절과 같은 화학결합을 쪼개서 지속적인 방출이 이루어진다.나노 캐리어와 커큐민 공액체는 천천히 세포 또는 특정 환경으로 확산되며, 이들을 결합하던 화학 결합은 비공유 힘으로 인해 끊어지거나 해리되면서 커큐민을 지속적으로 서서히 방출한다.

커큐민 활동 및 그 응용 3

3. 1 Curcumin'의 항암 성분

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].

더 탐구 할의 항암 효과는 커, 팬 Ziliang et al. [20]는 커을 구축 nanomicelle를 사용 하여 새로 운 undecenoic acid-grafted-ε-polylysine (ε-PLL-UNA) 고분자다.약 적재 용량은 최대 12.22% ± 2.13% 였으며, 봉지율은 85.12% ± 3.64%로 높았다.나노미셀을 통해 48시간 동안 84%의 커큐민이 방출돼 지속 방출 효과가 좋다.커큐민 용액과 비교하여 나노미셀은 신경교종 세포구의 성장을 현저히 억제하였다.

커큐민의 항염증 활성 3.2

염증은 몸 ' 조직 및 세포에 대한 병원체, 화학 물질 또는 물리적 손상과 같은 유해한 자극에 즉시 반응.염증세포는 효소와 사이토카인의 도움으로 조직 손상을 회복할 수 있다.실험 결과 [21] 커큐민은 지질과산화를 억제하고 세린 활성을 감소시켜 대장세포의 염증 반응을 억제한다는 것이 밝혀졌다.또한 염증 반응에서 코르티코스테로이드의 활동을 조절하는 것이 밝혀져서 [22] 항염증 효과에 대한 새로운 표적이 되었다.샤오준페이 등 [23]은 더 나은 치료 효과를 얻기 위해 커큐민 마이크로스피어를 개발해 최초 24시간 내에 40% 이상의 커큐민을 방출하고 이후 120시간 내에 총 80%의 커큐민을 방출했다.이것은 특정 효과적인 혈중 농도를 보장하고 더 나은 항염증 효과를 얻습니다.마이크로스피어 운반체가 체내에 들어와 분해되어 붕괴되면, 마이크로스피어의 표면은 체내에서 효소에 의해 용해되고, 약물과 운반체는 해리되어 확산되어 마이크로스피어에 포함된 약물은 천천히 정량적으로 제어 가능하게 방출되므로, 마이크로스피어에 캡슐화된 약물의 방출속도를 늦출 수 있어 오래 작용하는 지속방출준비로 지속방출의 목적을 달성하며,그리고 투여 빈도를 크게 줄여주는 것은 물론 [24] 약물의 피크와 계곡 현상도 줄여준다.

3. 3 Curcumin's 신경퇴행성질환에 대한 예방 및 치료효과

커큐민은 활성산소를 제거하고 신경을 보호하며 다양한 신호 경로를 조절하는 효과적인 항산화 물질이다.전사인자, 생물학적 효소, 성장인자 및 다양한 단백질의 합성과 발현을 조절하는데 관여하며, 이를 통해 관련 신경 퇴행성 질환의 분자 합성 경로를 차단한다.커는 금속 chelating 속성을 통해 두 methoxyphenolic 집단에 연결 되어 β-diketone, 쓰레기 더미를 뒤지기 위해 는데 도움을 주는 수산기 superoxide과 급진 주의자, 그렇게 함 으로써 글 루타 티 온 보호 및 산화 [25] 스트레스를 줄이다.

커큐민이 쥐의 학습 및 기억 능력에 미치는 영향을 조사한 연구에서 파킨슨's 병, 주장 등 [26]은 커큐민 중재의 경우 쥐의 신경세포에 대한 6-hydroxy-dopamine의 독성 영향을 감소시키고, 도파민, dihydroxyphenylacetic acid, homovanillic acid 수준의 증가를 촉진하여 파킨슨 &의 진행을 조절할 수 있음을 증명하였다#39;의 병 쥐 및 파킨슨 &의 학습 및 기억 능력을 대폭 향상#39;의 질병 모델 쥐.마찬가지로, 커큐민 또한 알츠하이머&에 상당한 치료 효과가 있습니다#39;s 병 (AD).커와 결합 된 β-amyloid 펩 티 드 (β) 크게하는 능력을 향상시 킨 뒤 활성 산소와 광고의 진전을 늦추다.

식품산업에서의 커큐민 활용 3.4

커큐민은 식품 산업에서 널리 사용된다 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 결론 및 전망

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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