Ultrazvukový inkluzní komplex resveratrolu
- Resveratrol je polyfenol, který slibuje mnoho zdravotních přínosů, např. prodloužení délky života, a léčbu srdečních onemocnění, diabetu, rakoviny, Alzheimerovy choroby a dalších chronických onemocnění.
- Resveratrol má však nízkou biologickou dostupnost a vykazuje rychlou clearance z krevní plazmy.
- Výzkumný tým Dr. Kushwinder Kaur vyvinul rychlou a vysoce účinnou techniku ultrazvukové přípravy komplexu resveratrolu s vynikající biologickou dostupností.
Resveratrol
Resveratrol je vysoce účinný polyfenol, který lze extrahovat z rostlin, např. z hroznů, bobulí nebo ořechů. Ačkoli je resveratrol znám jako silný antioxidant, který pomáhá předcházet onemocněním nebo je léčit, má tato fytoživina pouze nízkou biologickou dostupnost. Proto výrobci léčiv a nutraceutik hledají speciální formulace, které by zlepšily dodávání podaného resveratrolu do lidských buněk. Dr. Kushwinder Kaur a její výzkumný tým z Panjab University v Chandigarhu vyvinuli rychlou a jednoduchou jednokrokovou komplexaci resveratrolu. Sonikací směsi resveratrolu a cyklodextrinu se resveratrol uzavře do cyklodextrinu (tj. hp-β-CD). Cyklodextrin působí jako hostitelská sloučenina a jako účinný nosič léčiva, který uvolňuje resveratrol do systémového oběhu.
Protokol: Sonikace pro přípravu inkluzního komplexu
Pro ultrazvukovou formulaci inkluzního komplexu resveratrolu bylo 4,38 x 10-3 mol 2-hydroxypropyl-β-cyklodextrinu (hp-β-CD) a 4,38 x 10-3 mol resveratrolu (Res) smícháno ve skleněné nádobě s minimálním množstvím směsi rozpouštědel (ethanol : voda = 1 : 9). Směs byla sonikována po dobu 15 min při 180W pomocí ultrazvukového zařízení Hielscher UP200St. Konečný produkt byl získán sušením mrazem. Připravené inkluzní komplexy byly charakterizovány pomocí FTIR, UV-VIS absorpční spektroskopie, NMR, TGA, DSC, XRD a analýzy CHNS. Analytická data ukázala, že molekuly resveratrolu byly úhledně zabaleny do dutin hp-β-CD.
Ultrazvukový homogenizátor UP200St
Výhody sonikace oproti alternativním metodám
Pro porovnání účinnosti ultrazvukové přípravy s konvenčními technikami byly k přípravě inkluzního komplexu (IC) použity dvě alternativní metody – konkrétně suspenzní metoda a mikrovlnná metoda. Níže naleznete stručný popis obou technik přípravy:
Nejtradičnějším způsobem byl IC připraven standardním postupem míchání (popsaným v literatuře Bertacche V. et al. 2006).
Druhá alternativní metoda spočívala ve smíchání 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD a 4,38 x 10-3 mol Res ve skleněné nádobě s minimálním množstvím směsi rozpouštědel (ethanol : voda = 1 : 9). Směs byla k vytvoření produktu ozařována mikrovlnami po dobu 100 s při 800 W. Voda byla odpařena za vakua. Data získaná po 25, 50 s při 200, 400, 600 W ukázala neúplnou komplexaci.
Sonikace je jednoduchý a rychlý přístup, který nejen poskytuje okamžité výsledky podobné tradičním metodám míchání, ale také se vyhýbá použití toxických rozpouštědel.
Rychlost izomerizace z trans na cis v ethanolovém roztoku se inkluzí snížila. Studie rozpouštění ukázaly, že rychlost rozpouštění resveratrolu se tvorbou inkluzních komplexů zlepšila.
Celý článek naleznete kliknutím zde. Pokud se chcete spojit s autory, neváhejte poslat e-mail Dr. Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh): [email protected]
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory Hielscher
Společnost Hielscher Ultrasonics se specializuje na vývoj a výrobu vysoce výkonných ultrazvukových zařízení pro laboratorní a průmyslové aplikace. Díky robustní konstrukci podle průmyslového standardu lze všechny ultrazvukové přístroje Hielscher spolehlivě provozovat 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka Vám poskytne orientaci, který ultrazvukový přístroj by mohl být pro Vaše procesní požadavky nejvhodnější.
| Objem šarže | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr zařízení UIP16000 |
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po průmyslové měřítko.
O Dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur je odbornou asistentkou na katedře chemie Panjab University v Chandigarhu. V roce 2010 získala doktorát výzkumem vlivu aditiv na mikrostrukturu a vlastnosti reverzních micel. Od roku 2012 je hlavním cílem její výzkumné skupiny stanovit koloidní základ fyzikálně-chemických a fyziologických vlastností nutraceutik a bioaktivních látek se zvláštním zaměřením na optimalizaci osobitých, nenáročných, účinných a inovativních metod přípravy. Skupina Dr. Kaur se specializuje na výrobu měkkých struktur, jako jsou nanoemulze, biologicky rozložitelné nanočástice a supramolekulární struktury na bázi cyklodextrinu (inkluzní komplexy), pro účinné dodávání bioaktivních látek s přírodními složkami. V současné době skupina zkoumá potenciál benzylisothiokyanátu s pomocí různých nanostruktur.
S dotazy týkajícími se jejích výzkumných studií se můžete obrátit přímo na Dr. Khushwinder Kaur e-mailem: [email protected]
Literatura a reference
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal a Surinder Kumar Mehta (2015): Energy efficient, facile and cost effective methodology for formation of an inclusion complex of resveratrol with hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Studie interakce mezi hostitelem a hostem resveratrolu s přírodními a modifikovanými cyklodextriny. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol a zdraví – Komplexní přehled klinických studií na lidech. Mol. Nutr. Potraviny Res. 2011, 55, 1129–1141.
Užitečná fakta
Resveratrol
Resveratrol je stilbenoid, typ přírodního plazmatického polyfenolu, fytoestrogen a také fytoalexin, který produkuje několik rostlin v reakci na poranění nebo když je rostlina napadena patogeny, jako jsou bakterie nebo houby. Proto lze resveratrol klasifikovat také jako adaptogen.
Chemicky je resveratrol popisován jako trans-3,4′,5-trihydroxystilben (vzorec: C14H12O3). Jedná se o polyfenolický, neflavonoidní antioxidant, který se nachází v hroznech, ořeších a bobulích a nabízí silné antioxidační účinky a účinky proti stárnutí. Proto je resveratrol ceněnou složkou léčiv, doplňků stravy / nutraceutik a kosmetických přípravků. Mezi další polyfenoly podávané ve stravě s významnými zdravotními přínosy patří katechin, kvercetin, silibinin a kurkumin.
Rozpustnost resveratrolu ve vodě: 0,03 kg/m3
Resveratrol existuje v izomerních formách trans a cis, z nichž forma trans je stabilnější při vystavení světlu a rostoucím teplotám.
Inkluzní komplex
Inkluzní sloučenina je komplex, v němž jedna chemická sloučenina – tzv. „hostitel“ – má dutinu, do které je začleněna jiná sloučenina – tzv. „host“.
Cyklodextriny jsou nejčastěji používanými hostitelskými sloučeninami, protože mohou tvořit inkluzní komplexy s širokou škálou pevných, kapalných a plynných sloučenin. Hostující sloučeniny sahají od polárních činidel, jako jsou kyseliny, aminy, malé ionty (např. ClO4– , SCN–, halogenidové anionty), až po vysoce nepolární alifatické a aromatické uhlovodíky a vzácné plyny. Inkluzní komplexy lze syntetizovat buď v roztoku, nebo v krystalickém stavu. Nejčastěji se jako rozpouštědlo používá voda, ačkoli jako alternativní rozpouštědla lze použít dimethylsulfoxid a dimethylformamid.
Kromě inkluze farmaceutických / nutraceutických sloučenin se cyklodextrin používá také jako hostitelská sloučenina pro molekuly vonných látek k dosažení vyšší stability a postupného uvolňování.
Dalšími inkluzními „hostitelskými“ molekulami jsou kalixareny a příbuzné kondenzáty formaldehydu s areny.
Obor výzkumu zabývající se syntézou inkluzních sloučenin je známý jako chemie hostitel–host.
Cyklodextrin
Cyklodextriny jsou typem chemických sloučenin tvořených molekulami cukrů, které se vyznačují kruhovým tvarem. Škrob je surovinou, ze které se cyklodextriny syntetizují enzymatickou konverzí. Protože mají cyklodextriny hydrofobní a hydrofilní stranu (hydrofobní uvnitř a hydrofilní vně), mohou tvořit komplexy s hydrofobními sloučeninami. Uzavřením hydrofobní molekuly („hostující“ molekuly) mohou cyklodextriny zvýšit rozpustnost a biologickou dostupnost takových sloučenin. Kromě toho se používají také ke zlepšení propustnosti léčiv přes slizniční tkáně. To je velmi zajímavé pro léčiva i doplňky stravy za účelem dodávání hydrofobních sloučenin. Formy alfa-, beta- a gama-cyklodextrinu jsou všechny schváleny FDA a uznány jako bezpečný nosič léčiv.
Lyofilizace
Lyofilizace, známá také jako sušení mrazem nebo kryodesikace, je nízkoteplotní proces dehydratace, který zahrnuje zmrazení produktu a následné snížení tlaku, aby byl led odstraněn sublimací. Sublimace je definována jako proces, při kterém pevná látka (např. led) přechází přímo do stavu páry/plynu, aniž by nejprve prošla kapalnou fází (např. voda).
Sušení mrazem je odstranění ledu nebo jiných zmrazených rozpouštědel z materiálu procesem sublimace a odstranění vázaných molekul vody procesem desorpce.
Při řízené lyofilizaci, kdy je teplota produktu udržována dostatečně nízko, se zabrání změnám vlastností sušeného produktu. To je zásadní pro získání vysoce kvalitního extraktu. Sušení mrazem je zavedená technika k separaci tepelně citlivých materiálů, jako jsou proteiny, mikroby, léčiva, tkáně a plazma.
Nutraceutika
Nutraceutika získávají stále větší pozornost, protože nabízejí bezpečné vlastnosti podporující zdraví. Jsou definována jako molekuly s řadou fyziologických přínosů i ochrannými schopnostmi proti onemocněním (jako jsou kardiovaskulární onemocnění (CVD), obezita, diabetes, rakovina, chronická zánětlivá onemocnění a degenerativní onemocnění) a trh s vysoce kvalitními doplňky rychle roste.
Strategie formulace nutraceutik uváděné v literatuře zahrnují: liposomální nosičové systémy (např. liposomy, transferozomy atd.), mikro- a nanohoubičky, nanokrystaly, komplexaci s cyklodextriny, biologicky rozložitelné hydrogely, nanoemulze / miniemulze, nanostrukturované lipidové nosiče, micely, nanočástice, nanokapsle a nanoenkapsulace, samoemulgující systémy pro podávání léčiv (SEDDS) a mikročásticové systémy (např. mikročástice, mikrosféry, mikrokapsle).