Ultralydsfremstillet resveratrolinklusionskompleks
- Resveratrol er en polyfenol, der lover mange sundhedsmæssige fordele, f.eks. forlængelse af levetiden og behandling af hjertesygdomme, diabetes, kræft, Alzheimers sygdom samt andre kroniske lidelser.
- Resveratrol har dog en lav biotilgængelighed og udviser hurtig clearance fra blodplasmaet.
- Dr. Kushwinder Kaurs forskerteam har udviklet en hurtig og yderst effektiv teknik til med ultralyd at fremstille et resveratrolkompleks med overlegen biotilgængelighed.
Resveratrol
Resveratrol er en yderst effektiv polyfenol, som kan ekstraheres fra planter, f.eks. druer, bær eller nødder. Selvom resveratrol er kendt som en kraftig antioxidant, der hjælper med at forebygge eller helbrede sygdomme, har dette fytonæringsstof kun en lav biotilgængelighed. Derfor søger producenter af lægemidler og nutraceutika efter særlige formuleringer, der kan forbedre leveringen af administreret resveratrol til menneskets celler. Dr. Kushwinder Kaur og hendes forskerteam fra Panjab University, Chandigarh, har udviklet en hurtig og enkel kompleksdannelse af resveratrol i ét trin. Ved sonikering af en blanding af resveratrol og cyclodextrin indesluttes resveratrol i cyclodextrinet (dvs. hp-β-CD). Cyclodextrin fungerer som værtsforbindelse og som en effektiv lægemiddelbærer, der frigiver resveratrol til det systemiske kredsløb.
Protokol: Sonikering til fremstilling af inklusionskomplekset
Til ultralydsformuleringen af resveratrolinklusionskomplekset blev 4,38 x 10-3 mol 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (hp-β-CD) og 4,38 x 10-3 mol resveratrol (Res) blandet i en glasbeholder med den mindst mulige mængde af opløsningsmiddelblandingen (ethanol : vand = 1 : 9). Blandingen blev sonikeret i 15 min ved 180W med et Hielscher UP200St ultralydsapparat. Slutproduktet blev opnået ved frysetørring. De fremstillede inklusionskomplekser blev karakteriseret ved hjælp af FTIR, UV-synlig absorptionsspektroskopi, NMR, TGA, DSC, XRD og CHNS-analyse. Analysedataene viste, at resveratrolmolekylerne var pænt indesluttet i hulrummene i hp-β-CD.
Ultralydshomogenisator UP200St
Fordele ved sonikering i forhold til alternative metoder
For at sammenligne effektiviteten af fremstilling med ultralyd med konventionelle teknikker blev to alternative metoder – nemlig suspensionsmetoden og mikrobølgemetoden – anvendt til at fremstille inklusionskomplekset (IC). Nedenfor findes en kort beskrivelse af begge fremstillingsteknikker:
På den mest traditionelle måde blev IC fremstillet ved en standardprocedure med omrøring (beskrevet i litteraturen af Bertacche V. et al. 2006).
Den anden alternative metode omfattede blanding af 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD og 4,38 x 10-3 mol Res i en glasbeholder med den mindst mulige mængde af opløsningsmiddelblandingen (ethanol : vand = 1 : 9). Blandingen blev bestrålet med mikrobølger i 100 s ved 800 W for at formulere produktet. Vandet blev fordampet under vakuum. De data, der blev opnået efter 25, 50 s ved 200, 400, 600 W, viste ufuldstændig kompleksdannelse.
Sonikering er en enkel og hurtig fremgangsmåde, der ikke alene giver øjeblikkelige resultater svarende til de traditionelle omrøringsmetoder, men også undgår brugen af giftige opløsningsmidler.
Isomeriseringshastigheden fra trans til cis i ethanolopløsning faldt ved inklusion. Opløsningsstudierne viste, at resveratrols opløsningshastighed blev forbedret ved dannelsen af inklusionskomplekser.
Du kan finde hele artiklen ved at klikke her. Hvis du ønsker at komme i kontakt med forfatterne, er du velkommen til at sende dr. Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh) en e-mail: [email protected]
Hielschers højtydende ultralydshomogenisatorer
Hielscher Ultrasonics er specialiseret i udvikling og fremstilling af højtydende ultralydsudstyr til laboratorie- og industrielle anvendelser. Alle ultralydsapparater fra Hielscher er bygget efter industriel standard, og deres robusthed gør, at de kan drives pålideligt 24/7 under høj belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af, hvilket ultralydsapparat der kan være bedst egnet til dine proceskrav.
| Batchvolumen | Volumenstrøm | Anbefalede apparater |
|---|---|---|
| 10 til 2000mL | 20 til 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 til 20L | 0,2 til 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 til 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | større | klynge af UIP16000 |
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra laboratorie- til industriskala.
Om dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur er adjunkt ved Institut for Kemi på Panjab University i Chandigarh. I 2010 opnåede hun sin doktorgrad ved at undersøge tilsætningsstoffers virkning på omvendte micellers mikrostruktur og egenskaber. Siden 2012 har hendes forskergruppes primære mål været at fastlægge det kolloidale grundlag for nutraceutikas og bioaktive stoffers fysisk-kemiske og fysiologiske egenskaber med særligt fokus på at optimere særprægede, ubesværede, effektive og innovative fremstillingsmetoder. Dr. Kaurs gruppe er specialiseret i fremstilling af bløde strukturer såsom nanoemulsioner, bionedbrydelige nanopartikler og cyclodextrinbaserede supramolekylære strukturer (inklusionskomplekser) til effektiv levering af bioaktive stoffer med naturlige komponenter. Gruppen undersøger i øjeblikket potentialet ved benzylisothiocyanat ved hjælp af forskellige nanostrukturer.
Ved spørgsmål om hendes forskningsstudier kan du kontakte dr. Khushwinder Kaur direkte via e-mail: [email protected]
Litteratur/referencer
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal og Surinder Kumar Mehta (2015): Energieffektiv, enkel og omkostningseffektiv metode til dannelse af et inklusionskompleks af resveratrol med hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Studie af vært–gæst-interaktionen mellem resveratrol og naturlige og modificerede cyclodextriner. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol og sundhed – En omfattende gennemgang af kliniske forsøg på mennesker. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Værd at vide
Resveratrol
Resveratrol er et stilbenoid, en type naturlig plasmapolyfenol, et fytoøstrogen samt et fytoalexin, der produceres af flere planter som reaktion på skade, eller når planten angribes af patogener såsom bakterier eller svampe. Derfor kan resveratrol også klassificeres som et adaptogen.
Kemisk beskrives resveratrol som trans-3,4′,5-trihydroxystilbene (formel: C14H12O3). Det er en polyfenolisk antioxidant, som ikke er et flavonoid, findes i druer, nødder og bær og har kraftige antioxidante og aldersmodvirkende egenskaber. Derfor er resveratrol en værdsat ingrediens i lægemidler, kosttilskud / nutraceutika og kosmetiske produkter. Andre polyfenoler, der indtages gennem kosten og har betydelige sundhedsmæssige fordele, omfatter catechin, quercetin, silibinin og curcumin.
Resveratrols vandopløselighed: 0,03 kg/m3
Resveratrol findes i trans- og cis-isomere former, hvoraf transformen er mere stabil ved eksponering for lys og stigende temperaturer.
Inklusionskompleks
En inklusionsforbindelse er et kompleks, hvor én kemisk forbindelse – den såkaldte “vært” – har et hulrum, hvori en anden forbindelse – den såkaldte “gæst” – indesluttes.
Cyclodextriner er de mest almindeligt anvendte værtsforbindelser, da de kan danne inklusionskomplekser med en bred vifte af faste, flydende og gasformige forbindelser. Gæsteforbindelser spænder fra polære reagenser såsom syrer, aminer og små ioner (f.eks. ClO4– , SCN–, halogenanioner) til stærkt apolære alifatiske og aromatiske kulbrinter og ædelgasser. Inklusionskomplekser kan syntetiseres enten i opløsning eller i krystallinsk tilstand. Vand anvendes oftest som opløsningsmiddel, selvom dimethylsulfoxid og dimethylformamid kan anvendes som alternative opløsningsmidler.
Ud over inklusion af farmaceutiske / nutraceutiske forbindelser anvendes cyclodextrin også som værtsforbindelse for duftmolekyler for at opnå højere stabilitet og langsom frigivelse.
Andre “værtsmolekyler” til inklusion er calixarener og beslægtede formaldehyd-aren-kondensater.
Forskningsområdet for syntese af inklusionsforbindelser kaldes vært–gæst-kemi.
Cyclodextrin
Cyclodextriner er en type kemiske forbindelser, der består af sukkermolekyler og er karakteriseret ved deres ringform. Stivelse er det råmateriale, hvorfra cyclodextriner syntetiseres ved enzymatisk omdannelse. Da cyclodextriner har en hydrofob og en hydrofil side (hydrofob inderside og hydrofil yderside), kan de danne komplekser med hydrofobe forbindelser. Ved at indeslutte et hydrofobt molekyle (“gæstemolekyle”) kan cyclodextriner øge sådanne forbindelsers opløselighed og biotilgængelighed. Desuden anvendes de også til at forbedre lægemidlers permeabilitet gennem slimhindevæv. Dette er af stor interesse for både lægemidler og kosttilskud med henblik på levering af hydrofobe forbindelser. Formerne alfa-, beta- og gamma-cyclodextrin er alle FDA-godkendte og anerkendt som sikre lægemiddelbærere.
Lyofilisering
Lyofilisering, også kendt som frysetørring eller kryodesikkation, er en dehydreringsproces ved lav temperatur, der indebærer, at produktet fryses, hvorefter trykket sænkes for efterfølgende at fjerne isen ved sublimation. Sublimation defineres som den proces, hvor et fast stof (f.eks. is) går direkte over i damp-/gastilstand uden først at gennemgå en væskefase (f.eks. vand).
Frysetørring er fjernelse af is eller andre frosne opløsningsmidler fra et materiale ved sublimation og fjernelse af bundne vandmolekyler ved desorption.
Under kontrolleret lyofilisering, hvor produkttemperaturen holdes tilstrækkeligt lav, undgås ændringer i det tørrede produkts egenskaber. Dette er afgørende for at opnå et ekstrakt af høj kvalitet. Frysetørring er en veletableret teknik til at adskille varmefølsomme materialer såsom proteiner, mikrober, lægemidler, væv og plasma.
Nutraceutika
Nutraceutika får stigende opmærksomhed, da de har sikre, sundhedsunderstøttende egenskaber. Nutraceutika defineres som molekyler med en række fysiologiske fordele samt beskyttende egenskaber mod sygdomme (såsom hjerte-kar-sygdomme (CVD), fedme, diabetes, kræft, kroniske inflammatoriske lidelser og degenerative sygdomme), og markedet for kosttilskud af høj kvalitet vokser hurtigt.
Formuleringsstrategier for nutraceutika, som er beskrevet i litteraturen, omfatter: liposomale bæresystemer (f.eks. liposomer, transfersomer osv.), mikro- og nanosvampe, nanokrystaller, kompleksdannelse med cyclodextrin, bionedbrydelige hydrogeler, nanoemulsioner / miniemulsioner, nanostrukturerede lipidbærere, miceller, nanopartikler, nanokapsler og nanoindkapsling, selvemulgerende lægemiddelleveringssystemer (SEDDS) og mikropartikulære systemer (f.eks. mikropartikler, mikrosfærer, mikrokapsler).