Ultraäänellä valmistettu resveratrolin inkluusiokompleksi
- Resveratroli on polyfenoli, joka lupaa monia terveyshyötyjä, kuten eliniän pidentämistä sekä sydänsairauksien, diabeteksen, syövän, Alzheimerin taudin ja muiden kroonisten sairauksien hoitoa.
- Resveratrolin biologinen hyötyosuus on kuitenkin pieni, ja se poistuu nopeasti veriplasmasta.
- Tohtori Kushwinder Kaurin tutkimusryhmä on kehittänyt nopean ja erittäin tehokkaan tekniikan resveratrolikompleksin valmistamiseen ultraäänellä paremman biologisen hyötyosuuden saavuttamiseksi.
Resveratroli
Resveratroli on erittäin tehokas polyfenoli, jota voidaan uuttaa kasveista, esimerkiksi viinirypäleistä, marjoista tai pähkinöistä. Vaikka resveratrolin tiedetään olevan voimakas antioksidantti, joka auttaa ehkäisemään tai parantamaan sairauksia, tämän kasviravinteen biologinen hyötyosuus on vain pieni. Siksi lääkkeiden ja nutraseuttisten valmisteiden valmistajat etsivät erityisiä formulaatioita parantaakseen annostellun resveratrolin kulkeutumista ihmisen soluihin. Tohtori Kushwinder Kaur ja hänen tutkimusryhmänsä Panjabin yliopistossa Chandigarhissa ovat kehittäneet nopean ja yksinkertaisen yksivaiheisen menetelmän resveratrolin kompleksinmuodostukseen. Kun resveratrolin ja syklodekstriinin seosta käsitellään ultraäänellä, resveratroli sulkeutuu syklodekstriinin (eli hp-β-CD:n) sisään. Syklodekstriini toimii isäntäyhdisteenä ja tehokkaana lääkeaineen kantajana, joka vapauttaa resveratrolin systeemiseen verenkiertoon.
Menetelmäohje: ultraäänikäsittely inkluusiokompleksin valmistamiseksi
Resveratrolin inkluusiokompleksin valmistamiseksi ultraäänellä sekoitettiin 4,38 x 10-3 mol 2-hydroksipropyyli-β-syklodekstriiniä (hp-β-CD) ja 4,38 x 10-3 mol resveratrolia (Res) lasiastiassa mahdollisimman pieneen määrään liuotinseosta (etanoli : vesi = 1 : 9). Seosta käsiteltiin ultraäänellä 15 min ajan 180W:n teholla käyttäen Hielscher UP200St -ultraäänilaitetta. Lopputuote saatiin kylmäkuivaamalla. Valmistetut inkluusiokompleksit karakterisoitiin FTIR:llä, UV-näkyvän valon absorptiospektroskopialla, NMR:llä, TGA:lla, DSC:llä, XRD:llä ja CHNS-analyysillä. Analyysitulokset osoittivat, että resveratrolimolekyylit olivat asettuneet tiiviisti hp-β-CD:n onteloihin.
Ultraäänihomogenisaattori UP200St
Ultraäänikäsittelyn edut vaihtoehtoisiin menetelmiin verrattuna
Ultraäänellä tapahtuvan valmistuksen tehokkuuden vertaamiseksi tavanomaisiin tekniikoihin inkluusiokompleksin (IC) valmistuksessa käytettiin kahta vaihtoehtoista menetelmää – suspensiomenetelmää ja mikroaaltomenetelmää. Alla on lyhyt kuvaus molemmista valmistustekniikoista:
Perinteisimmällä tavalla IC valmistettiin tavanomaisella sekoitusmenetelmällä (Bertacche V. ym. 2006 ovat raportoineet sen kirjallisuudessa).
Toisessa vaihtoehtoisessa menetelmässä sekoitettiin 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD:tä ja 4,38 x 10-3 mol Res:ää lasiastiassa mahdollisimman pieneen määrään liuotinseosta (etanoli : vesi = 1 : 9). Seosta säteilytettiin mikroaalloilla 100 s ajan 800 W:n teholla tuotteen valmistamiseksi. Vesi haihdutettiin alipaineessa. 25 ja 50 s:n käsittelyn jälkeen 200, 400 ja 600 W:n tehoilla saadut tulokset osoittivat kompleksinmuodostuksen jääneen epätäydelliseksi.
Ultraäänikäsittely on yksinkertainen ja nopea menetelmä, joka tuottaa välittömiä, perinteisiä sekoitusmenetelmiä vastaavia tuloksia ja jonka avulla vältetään myös myrkyllisten liuottimien käyttö.
Isomeroitumisnopeus trans-muodosta cis-muotoon etanoliliuoksessa pieneni inkluusion seurauksena. Liukenemistutkimukset osoittivat, että inkluusiokompleksien muodostuminen paransi resveratrolin liukenemisnopeutta.
Koko artikkeli on luettavissa napsauttamalla tästä. Jos haluat ottaa yhteyttä kirjoittajiin, voit lähettää tohtori Khushwinder Kaurille (Panjabin yliopisto, Chandigarh) sähköpostia: [email protected]
Hielscherin suorituskykyiset ultraäänihomogenisaattorit
Hielscher Ultrasonics on erikoistunut suorituskykyisten ultraäänilaitteiden kehittämiseen ja valmistukseen laboratorio- ja teollisuussovelluksia varten. Hielscher valmistaa teollisuusstandardin mukaisia ultraäänilaitteita, joiden vankka rakenne mahdollistaa niiden kaikkien luotettavan käytön 24/7 raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa viitteitä siitä, mikä ultraäänilaite saattaisi soveltua parhaiten prosessisi vaatimuksiin.
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 10–2000 mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit laboratoriomittakaavasta teolliseen mittakaavaan.
Tietoa tohtori Kushwinder Kaurista
Tohtori Khushwinder Kaur toimii apulaisprofessorina Panjabin yliopiston kemian laitoksella Chandigarhissa. Hän suoritti tohtorintutkintonsa vuonna 2010 tutkimalla lisäaineiden vaikutusta käänteisten misellien mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin. Vuodesta 2012 lähtien hänen tutkimusryhmänsä päätavoitteena on ollut selvittää nutraseuttisten ja bioaktiivisten aineiden fysikaaliskemiallisten ja fysiologisten ominaisuuksien kolloidinen perusta. Erityistä huomiota kiinnitetään omaleimaisten, vaivattomien, tehokkaiden ja innovatiivisten valmistusmenetelmien optimointiin. Tohtori Kaurin ryhmä on erikoistunut pehmeiden rakenteiden, kuten nanoemulsioiden, biohajoavien nanopartikkelien ja syklodekstriinipohjaisten supramolekulaaristen rakenteiden (inkluusiokompleksien), valmistamiseen bioaktiivisten aineiden tehokasta kuljetusta varten luonnollisten komponenttien avulla. Tällä hetkellä ryhmä tutkii bentsyyli-isotiosyanaatin mahdollisuuksia erilaisten nanorakenteiden avulla.
Jos sinulla on kysyttävää hänen tutkimuksistaan, voit ottaa yhteyttä tohtori Khushwinder Kauriin suoraan sähköpostitse: [email protected]
Kirjallisuus ja lähteet
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal ja Surinder Kumar Mehta (2015): Energiatehokas, helppo ja kustannustehokas menetelmä resveratrolin ja hp-β-CD:n inkluusiokompleksin muodostamiseen. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Tutkimus resveratrolin isäntä–vieras-vuorovaikutuksesta luonnollisten ja muokattujen syklodekstriinien kanssa. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratroli ja terveys – kattava katsaus ihmisillä tehtyihin kliinisiin tutkimuksiin. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Hyödyllistä tietoa
Resveratroli
Resveratroli on stilbenoidi, eräänlainen luonnollinen plasman polyfenoli, fytoestrogeeni sekä fytoaleksiini, jota useat kasvit tuottavat vaurioitumisen seurauksena tai taudinaiheuttajien, kuten bakteerien tai sienten, hyökätessä kasvin kimppuun. Siksi resveratroli voidaan luokitella myös adaptogeeniksi.
Kemiallisesti resveratroli kuvataan trans-3,4′,5-trihydroksistilbeeniksi (kaava: C14H12O3). Se on polyfenolinen, flavonoideihin kuulumaton antioksidantti, jota esiintyy viinirypäleissä, pähkinöissä ja marjoissa ja jolla on voimakkaita antioksidatiivisia ja ikääntymistä ehkäiseviä ominaisuuksia. Siksi resveratroli on arvostettu ainesosa lääkkeissä, ravintolisissä / nutraseuttisissa valmisteissa ja kosmetiikkatuotteissa. Muita ravinnon kautta saatavia polyfenoleja, joilla on merkittäviä terveyshyötyjä, ovat katekiini, kversetiini, silibiniini ja kurkumiini.
Resveratrolin vesiliukoisuus: 0,03 kg/m3
Resveratrolia esiintyy trans- ja cis-isomeerimuotoina, joista trans-muoto on stabiilimpi valolle ja kohoaville lämpötiloille altistettaessa.
Inkluusiokompleksi
Inkluusioyhdiste on kompleksi, jossa yhdellä kemiallisella yhdisteellä – niin kutsutulla ”isännällä” – on ontelo, jonka sisään toinen yhdiste – niin kutsuttu ”vieras” – sulkeutuu.
Syklodekstriinit ovat yleisimmin käytettyjä isäntäyhdisteitä, sillä ne voivat muodostaa inkluusiokomplekseja monenlaisten kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten yhdisteiden kanssa. Vierasyhdisteet vaihtelevat polaarisista reagensseista, kuten hapoista, amiineista ja pienistä ioneista (esim. ClO4– , SCN–, halogeenianionit), erittäin poolittomiin alifaattisiin ja aromaattisiin hiilivetyihin sekä jalokaasuihin. Inkluusiokomplekseja voidaan syntetisoida joko liuoksessa tai kiteisessä tilassa. Liuottimena käytetään useimmiten vettä, mutta vaihtoehtoisina liuottimina voidaan käyttää dimetyylisulfoksidia ja dimetyyliformamidia.
Lääkeaineiden / nutraseuttisten yhdisteiden inkluusion lisäksi syklodekstriiniä käytetään myös hajustemolekyylien isäntäyhdisteenä paremman stabiilisuuden ja hitaan vapautumisen saavuttamiseksi.
Muita inkluusiossa käytettäviä ”isäntämolekyylejä” ovat kaliksareenit ja niihin liittyvät formaldehydi–areeni-kondensaatit.
Inkluusioyhdisteiden synteesiä tutkiva ala tunnetaan isäntä–vieras-kemiana.
Syklodekstriini
Syklodekstriinit ovat sokerimolekyyleistä muodostuvia kemiallisia yhdisteitä, joille on ominaista rengasmainen rakenne. Tärkkelys on raaka-aine, josta syklodekstriinejä syntetisoidaan entsymaattisella muunnoksella. Koska syklodekstriineillä on hydrofobinen ja hydrofiilinen puoli (hydrofobinen sisäpinta ja hydrofiilinen ulkopinta), ne voivat muodostaa komplekseja hydrofobisten yhdisteiden kanssa. Sulkemalla hydrofobisen molekyylin (”vierasmolekyylin”) sisäänsä syklodekstriinit voivat parantaa tällaisten yhdisteiden liukoisuutta ja biologista hyötyosuutta. Lisäksi niitä käytetään parantamaan lääkeaineiden läpäisevyyttä limakalvokudosten läpi. Tämä on erittäin kiinnostavaa sekä lääkkeiden että ravintolisien kannalta hydrofobisten yhdisteiden kuljettamiseksi. Alfa-, beeta- ja gammasyklodekstriinin muodot ovat kaikki FDA:n hyväksymiä ja tunnustettuja turvallisiksi lääkeaineiden kantajiksi.
Lyofilisointi
Lyofilisointi, joka tunnetaan myös kylmäkuivauksena tai kryodesikkaationa, on matalassa lämpötilassa tapahtuva vedenpoistoprosessi, jossa tuote jäädytetään ja painetta alennetaan, jotta jää voidaan tämän jälkeen poistaa sublimoimalla. Sublimoituminen määritellään prosessiksi, jossa kiinteä aine (esim. jää) muuttuu suoraan höyryksi/kaasuksi käymättä ensin nestefaasin (esim. veden) kautta.
Kylmäkuivaus tarkoittaa jään tai muiden jäätyneiden liuottimien poistamista materiaalista sublimoimalla ja sitoutuneiden vesimolekyylien poistamista desorption avulla.
Hallittu lyofilisointi, jossa tuotteen lämpötila pidetään riittävän alhaisena, ehkäisee kuivatun tuotteen ominaisuuksien muutoksia. Tämä on ratkaisevan tärkeää korkealaatuisen uutteen saamiseksi. Kylmäkuivaus on vakiintunut tekniikka lämpöherkkien materiaalien, kuten proteiinien, mikrobien, lääkkeiden, kudosten ja plasman, erottamiseen.
Nutraseuttiset valmisteet
Nutraseuttiset valmisteet saavat yhä enemmän huomiota, sillä ne tarjoavat turvallisia, terveyttä tukevia ominaisuuksia. Nutraseuttiset aineet määritellään molekyyleiksi, joilla on monenlaisia fysiologisia hyötyjä sekä kyky suojata sairauksilta (kuten sydän- ja verisuonitaudeilta (CVD), lihavuudelta, diabetekselta, syövältä, kroonisilta tulehduksellisilta häiriöiltä ja rappeumasairauksilta), ja korkealaatuisten ravintolisien markkinat kasvavat nopeasti.
Kirjallisuudessa raportoituja nutraseuttisten valmisteiden formulointistrategioita ovat liposomaaliset kantajajärjestelmät (esim. liposomit, transferosomit jne.), mikro- ja nanosienet, nanokiteet, syklodekstriinikompleksin muodostaminen, biohajoavat hydrogeelit, nanoemulsiot / miniemulsiot, nanorakenteiset lipidikantajat, misellit, nanopartikkelit, nanokapselit ja nanokapselointi, itse-emulgoituvat lääkeaineiden kuljetusjärjestelmät (SEDDS) ja mikropartikkelijärjestelmät (esim. mikropartikkelit, mikropallot, mikrokapselit).