Ultraschall Resveratrol Inclusion Complex
- Resveratrol ist ein Polyphenol, das viele gesundheitliche Vorteile verspricht, z. B. die Verlängerung der Lebensspanne und die Behandlung von Herzkrankheiten, Diabetes, Krebs, Alzheimer und anderen chronischen Erkrankungen.
- Das Resveratrol hat jedoch eine geringe Bioverfügbarkeit und wird schnell aus dem Blutplasma entfernt.
- Das Forschungsteam von Dr. Kushwinder Kaur hat eine schnelle und hocheffiziente Technik zur Herstellung eines Resveratrol-Komplexes mit Ultraschall entwickelt, der eine hervorragende Bioverfügbarkeit aufweist.
Resveratrol
Resveratrol ist ein hochwirksames Polyphenol, das aus Pflanzen, z. B. Trauben, Beeren oder Nüssen, extrahiert werden kann. Resveratrol ist zwar als starkes Antioxidans bekannt, das zur Vorbeugung oder Heilung von Krankheiten beiträgt, doch hat dieser Phytonährstoff nur eine geringe Bioverfügbarkeit. Daher suchen die Hersteller von Pharmazeutika und Nahrungsergänzungsmitteln nach speziellen Formulierungen, um die Aufnahme von verabreichtem Resveratrol in menschliche Zellen zu verbessern. Dr. Kushwinder Kaur und ihr Forschungsteam von der Panjab University, Chandigarh, haben eine schnelle und einfache Komplexierung von Resveratrol in einem Schritt entwickelt. Durch Beschallung einer Mischung aus Resveratrol und Cyclodextrin wird das Resveratrol in das Cyclodextrin (d.h. hp-β-CD) eingeschlossen. Das Cyclodextrin fungiert als Wirtskomplex und ist ein wirksamer Wirkstoffträger, der das Resveratrol in den Blutkreislauf freisetzt.
Protokoll: Sonikation zur Herstellung des Einschlusskomplexes
Für die Ultraschallformulierung des Resveratrol-Einschlusskomplexes wurden 4,38 x 10-3 mol 2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (hp-β-CD) und 4,38 x 10-3 mol Resveratrol (Res) wurden in einem Glasbehälter mit der Mindestmenge des Lösungsmittelgemisches (Ethanol : Wasser = 1 : 9) vermischt. Das Gemisch wurde 15 Minuten lang bei 180 W mit einem Hielscher beschallt. UP200St-Ultraschallgerät. Das Endprodukt wurde durch Gefriertrocknung gewonnen. Die hergestellten Einschlusskomplexe wurden durch FTIR, UV-sichtbare Absorptionsspektroskopie, NMR, TGA, DSC, XRD und CHNS-Analyse charakterisiert. Die Analysedaten zeigten, dass die Resveratrolmoleküle sauber in die Kavitäten von hp-β-CD eingewickelt waren.
Ultraschallhomogenisator UP200St
Vorteile der Sonikation gegenüber alternativen Methoden
Um die Effizienz der Ultraschallpräparation mit konventionellen Techniken zu vergleichen, wurden zwei alternative Methoden – nämlich Suspensionsverfahren und Mikrowellenverfahren – wurden zur Herstellung des Einschlusskomplexes (IC) verwendet. Nachstehend finden Sie eine kurze Beschreibung der beiden Präparationsverfahren:
Auf die traditionellste Weise wurde die IK durch ein Standard-Rührverfahren hergestellt (in der Literatur beschrieben von Bertacche V. et al. 2006).
Bei der zweiten alternativen Methode wurde eine Mischung von 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD und 4,38 x 10-3 mol Res in einem Glasbehälter mit der Mindestmenge des Lösungsmittelgemisches (Ethanol : Wasser = 1 : 9). Die Mischung wurde 100 s lang bei 800 W mit Mikrowellen bestrahlt, um das Produkt zu formulieren. Das Wasser wurde unter Vakuum verdampft. Die nach 25, 50 s bei 200, 400, 600 W erhaltenen Daten zeigten eine unvollständige Komplexierung.
Die Sonikation ist ein einfaches und schnelles Verfahren, das nicht nur sofortige Ergebnisse ähnlich wie die traditionellen Rührmethoden liefert, sondern auch die Verwendung giftiger Lösungsmittel vermeidet.
Die Isomerisierungsrate von trans zu cis in Ethanollösung nahm mit dem Einschluss ab. Die Auflösungsstudien zeigten, dass die Auflösungsrate von Resveratrol durch die Bildung von Einschlusskomplexen verbessert wurde.
Den vollständigen Artikel finden Sie, wenn Sie hier klicken. Wenn Sie mit den Autoren in Kontakt treten möchten, können Sie Dr. Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh) eine E-Mail schicken: [email protected]
Hielschers Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren
Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallgeräten für Labor und industrielle Anwendungen. Aufgebaut auf Industriestandard, kann die Robustheit aller Hielscher-Ultraschallgeräte zuverlässig 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen betrieben werden.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick, welches Ultraschallgerät für Ihre Prozessanforderungen am besten geeignet ist.
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisierer vom Labor- bis zum industriellen Maßstab.
Über Dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur ist Assistenzprofessorin an der Fakultät für Chemie der Panjab-Universität in Chandigarh. Im Jahr 2010 promovierte sie über die Wirkung von Additiven auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von reversen Mizellen. Seit 2012 besteht das Hauptziel ihrer Forschungsgruppe darin, die kolloidalen Grundlagen der physiochemischen und physiologischen Eigenschaften von Nutrazeutika und Bioaktivstoffen zu erforschen, mit besonderem Augenmerk auf der Optimierung unverwechselbarer, müheloser, kompetenter und innovativer Herstellungsmethoden. Die Gruppe von Dr. Kaur ist spezialisiert auf die Herstellung weicher Verbindungen wie Nanoemulsionen, biologisch abbaubare Nanopartikel und supramolekulare Verbindungen auf Cyclodextrinbasis (Einschlusskomplexe) für die effiziente Verabreichung von Bioaktivstoffen mit natürlichen Komponenten. Gegenwärtig erforscht die Gruppe das Potenzial von Benzylisothiocyanat als Hilfsmittel für verschiedene Nanobauteile.
Wenn Sie Fragen zu ihren Forschungsstudien haben, können Sie Dr. Khushwinder Kaur direkt per E-Mail kontaktieren: [email protected]
Literatur
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal und 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): Untersuchung der Wirt-Gast-Interaktion von Resveratrol mit natürlichen und modifizierten Cyclodextrinen. J. Inkl. Phenom. Makrozykl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol und Gesundheit - Ein umfassender Überblick über klinische Studien am Menschen. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129-1141.
Wissenswertes
Resveratrol
Resveratrol ist ein Stilbenoid, eine Art natürliches Plasmapolyphenol, ein Phytoöstrogen sowie ein Phytoalexin, das von mehreren Pflanzen als Reaktion auf Verletzungen oder bei Angriffen von Krankheitserregern wie Bakterien oder Pilzen gebildet wird. Daher kann Resveratrol auch als Adaptogen eingestuft werden.
Chemisch wird Resveratrol als trans-3,4′,5-Trihydroxystilben (Formel: C14H12O3). Es ist ein polyphenolisches, nicht flavonoides Antioxidans, das in Trauben, Nüssen und Beeren vorkommt und starke antioxidative und Anti-Aging-Eigenschaften besitzt. Daher ist Resveratrol ein geschätzter Bestandteil von Arzneimitteln, Nahrungsergänzungsmitteln/Nutrazeutika und Kosmetikprodukten. Andere Polyphenole, die über die Nahrung aufgenommen werden und einen großen Nutzen für die Gesundheit haben, sind Catechin, Quercetin, Silibinin und Curcumin.
Wasserlöslichkeit von Resveratrol: 0,03 kg/m3
Resveratrol existiert in einer trans- und einer cis-isomeren Form, wobei die trans-Form stabiler ist, wenn sie dem Licht und steigenden Temperaturen ausgesetzt wird.
Einschlusskomplex
Eine Einschlussverbindung ist ein Komplex, in dem eine chemische Verbindung – der sogenannte „Host“ – hat einen Hohlraum, in den eine andere Verbindung – der sogenannte „Gast“ – enthalten ist.
Cyclodextrine sind die am häufigsten verwendeten Wirtsverbindungen, da sie Einschlusskomplexe mit einer Vielzahl von festen, flüssigen und gasförmigen Verbindungen bilden können. Zu den Gastverbindungen gehören polare Reagenzien wie Säuren, Amine, kleine Ionen (z. B. ClO4– , SCN–Halogenanionen) bis hin zu stark apolaren aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und Edelgasen. Einschlusskomplexe können entweder in Lösung oder in kristallinem Zustand synthetisiert werden. Meistens wird Wasser als Lösungsmittel verwendet, obwohl Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid als alternative Lösungsmittel eingesetzt werden können.
Neben der Verkapselung von pharmazeutischen / nutrazeutischen Verbindungen wird Cyclodextrin auch als Wirtsverbindung für Duftstoffmoleküle eingesetzt, um eine höhere Stabilität und eine verzögerte Freisetzung zu erreichen.
Andere Aufnahme „Host“ Moleküle sind Calixarene und verwandte Formaldehyd-Aren-Kondensate.
Das Forschungsgebiet der Synthese von Einschlussverbindungen wird als Host-Guest-Chemie bezeichnet.
Cyclodextrin
Cyclodextrine sind eine Art chemischer Verbindungen aus Zuckermolekülen, die durch ihre Ringform gekennzeichnet sind. Stärke ist das Ausgangsmaterial, aus dem Cyclodextrine durch enzymatische Umwandlung synthetisiert werden. Da Cyclodextrine eine hydrophobe und eine hydrophile Seite haben (innen hydrophob und außen hydrophil), können sie mit hydrophoben Verbindungen Komplexe bilden. Durch das Einschließen eines hydrophoben Moleküls („Gast“ Molekül), können Cyclodextrine die Löslichkeit und Bioverfügbarkeit solcher Verbindungen verbessern. Darüber hinaus werden sie auch verwendet, um die Durchlässigkeit von Arzneimitteln durch die Schleimhäute zu verbessern. Dies ist sowohl für Arzneimittel als auch für Nahrungsergänzungsmittel von großem Interesse, um hydrophobe Verbindungen zu verabreichen. Die Formen von Alpha-, Beta- und Gamma-Cyclodextrin sind alle von der FDA zugelassen und als sichere Arzneimittelträger anerkannt.
Lyophilisierung
Die Lyophilisierung, auch Gefriertrocknung oder Kryodestillation genannt, ist ein Dehydratisierungsverfahren bei niedrigen Temperaturen, bei dem das Produkt eingefroren und dann der Druck gesenkt wird, um anschließend das Eis durch Sublimation zu entfernen. Sublimation ist definiert als der Prozess, bei dem ein Feststoff (z. B. Eis) direkt in den Dampf-/Gaszustand übergeht, ohne zuvor eine flüssige Phase (z. B. Wasser) zu durchlaufen.
Gefriertrocknung ist die Entfernung von Eis oder anderen gefrorenen Lösungsmitteln aus einem Material durch den Prozess der Sublimation und die Entfernung von gebundenen Wassermolekülen durch den Prozess der Desorption.
Bei der kontrollierten Gefriertrocknung, bei der die Produkttemperatur ausreichend niedrig gehalten wird, werden Veränderungen der Eigenschaften des getrockneten Produkts vermieden. Dies ist entscheidend, um einen qualitativ hochwertigen Extrakt zu erhalten. Die Gefriertrocknung ist eine bewährte Technik zur Abtrennung hitzeempfindlicher Materialien wie Proteine, Mikroben, Arzneimittel, Gewebe & Plasma.
Nutrazeutika
Nutrazeutika gewinnen zunehmend an Aufmerksamkeit, da sie sichere gesundheitsfördernde Eigenschaften bieten. Definiert als Moleküle mit einer Vielzahl von physiologischen Vorteilen sowie Schutzfunktionen gegen Krankheiten (wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleibigkeit, Diabetes, Krebs, chronische Entzündungen und degenerative Erkrankungen), wächst der Markt für hochwertige Nahrungsergänzungsmittel rasch.
Zu den in der Literatur beschriebenen Formulierungsstrategien für Nutrazeutika gehören: liposomale Trägersysteme (z. B. Liposomen, Transferosomen usw.), Mikro- und Nanoschwämme, NanokristalleCyclodextrin-Komplexierung, biologisch abbaubare Hydrogele, Nano-Emulsionen / Mini-Emulsionennanostrukturierte Lipidträger, Mizellen, Nano-PartikelNanokapseln und Nanoverkapselung, selbstemulgierende Arzneimittelabgabesysteme (SEDDS) und mikropartikuläre Systeme (z. B. Mikropartikel, Mikrosphären, Mikrokapseln).