קומפלקס הכלה של רסברטרול באמצעות אולטרסאונד
- רסברטרול הוא פוליפנול המבטיח יתרונות בריאותיים רבים, כגון הארכת תוחלת החיים וטיפול במחלות לב, בסוכרת, בסרטן, באלצהיימר ובמחלות כרוניות נוספות.
- עם זאת, לרסברטרול זמינות ביולוגית נמוכה והוא מתפנה במהירות מפלזמת הדם.
- צוות המחקר של ד״ר Kushwinder Kaur פיתח שיטה מהירה ויעילה ביותר להכנת קומפלקס רסברטרול באמצעות אולטרסאונד להשגת זמינות ביולוגית משופרת.
רסברטרול
רסברטרול הוא פוליפנול יעיל ביותר, שניתן להפיק מצמחים, כגון ענבים, פירות יער או אגוזים. אף שרסברטרול ידוע כנוגד חמצון רב־עוצמה המסייע במניעת מחלות או בריפוין, לרכיב תזונה צמחי זה זמינות ביולוגית נמוכה בלבד. לכן, יצרני תרופות ותוספי תזונה בעלי תועלת בריאותית מחפשים פורמולציות מיוחדות לשיפור ההעברה של רסברטרול הניתן לגוף אל תאים אנושיים. ד״ר Kushwinder Kaur וצוות המחקר שלה מאוניברסיטת פנג׳אב בצ׳אנדיגאר פיתחו תהליך מהיר ופשוט ליצירת קומפלקס של רסברטרול בשלב אחד. באמצעות סוניקציה של תערובת רסברטרול וציקלודקסטרין, הרסברטרול נכלא בתוך הציקלודקסטרין (כלומר hp-β-CD). הציקלודקסטרין משמש כתרכובת מארחת וכנשא תרופתי יעיל המשחרר את הרסברטרול למחזור הדם המערכתי.
פרוטוקול: סוניקציה להכנת קומפלקס ההכלה
להכנת הפורמולציה של קומפלקס ההכלה של רסברטרול באמצעות אולטרסאונד עורבבו 4.38 x 10-3 mol של 2-הידרוקסיפרופיל-β-ציקלודקסטרין (hp-β-CD) ו־4.38 x 10-3 mol רסברטרול (Res) במכל זכוכית עם הכמות המזערית של תערובת הממסים (אתנול : מים = 1 : 9). התערובת עברה סוניקציה במשך 15 min בהספק של 180W באמצעות מכשיר Hielscher אולטרסוני מדגם UP200St. התוצר הסופי התקבל באמצעות ייבוש בהקפאה. קומפלקסי ההכלה שהוכנו אופיינו באמצעות FTIR, ספקטרוסקופיית בליעה בתחום העל־סגול והנראה, NMR, TGA, DSC, XRD ואנליזת CHNS. נתוני האנליזה הראו שמולקולות הרסברטרול נכלאו באופן מסודר בחללים של hp-β-CD.
הומוגנייזר אולטרסוני UP200St
יתרונות הסוניקציה על פני שיטות חלופיות
כדי להשוות את יעילות ההכנה באמצעות אולטרסאונד לזו של שיטות מקובלות, נעשה שימוש בשתי שיטות חלופיות – שיטת התרחיף ושיטת המיקרוגל – להכנת קומפלקס ההכלה (IC). להלן תיאור קצר של שתי שיטות ההכנה:
בשיטה המסורתית ביותר, קומפלקס ההכלה הוכן באמצעות הליך ערבוב סטנדרטי (שדווח בספרות על ידי Bertacche V. et al. 2006).
השיטה החלופית השנייה כללה ערבוב של 4.38 x 10-3 mol hp-β-CD ו־4.38 x 10-3 mol Res במכל זכוכית עם הכמות המזערית של תערובת הממסים (אתנול : מים = 1 : 9). התערובת הוקרנה בגלי מיקרוגל במשך 100 s בהספק של 800 W להכנת התוצר. המים אודו בוואקום. הנתונים שהתקבלו לאחר 25, 50 s בהספקים של 200, 400, 600 W הצביעו על יצירה בלתי מלאה של הקומפלקס.
סוניקציה היא גישה פשוטה ומהירה, שלא רק מניבה תוצאות מיידיות הדומות לאלה של שיטות הערבוב המסורתיות, אלא גם מונעת שימוש בממסים רעילים.
קצב האיזומריזציה מצורת טרנס לצורת ציס בתמיסת אתנול פחת בעקבות ההכלה. מחקרי ההמסה הראו שקצב ההמסה של רסברטרול השתפר בעקבות יצירת קומפלקסי הכלה.
ניתן למצוא את המאמר המלא בלחיצה כאן. ליצירת קשר עם המחברים, ניתן לשלוח הודעת דוא״ל לד״ר Khushwinder Kaur (אוניברסיטת פנג׳אב, צ׳אנדיגאר): [email protected]
הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים של Hielscher
Hielscher Ultrasonics מתמחה בפיתוח ובייצור של ציוד אולטרסוני בעל ביצועים גבוהים ליישומים מעבדתיים וכן תעשייתיים . כל המכשירים האולטרסוניים של Hielscher בנויים לפי תקן תעשייתי, ועמידותם מאפשרת להפעילם באמינות 24/7 בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות.
הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה למכשיר האולטרסוני שעשוי להתאים ביותר לדרישות התהליך שלכם.
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | מקבץ של מכשירי UIP16000 |
הומוגנייזרים אולטרסוניים בהספק גבוה, מקנה מידה מעבדתי ועד קנה מידה תעשייתי.
על ד״ר Kushwinder Kaur
ד״ר Khushwinder Kaur היא פרופסורית בדרגת assistant professor במחלקה לכימיה באוניברסיטת פנג׳אב בצ׳אנדיגאר. בשנת 2010 השלימה את הדוקטורט שלה בחקר השפעתם של תוספים על המיקרו־מבנה והתכונות של מיצלות הפוכות. מאז 2012, המטרה העיקרית של קבוצת המחקר שלה היא לבסס את התשתית הקולואידית של התכונות הפיזיקוכימיות והפיזיולוגיות של נוטרצאוטיקה וחומרים פעילים ביולוגית, תוך התמקדות מיוחדת במיטוב שיטות הכנה ייחודיות, נטולות מאמץ, יעילות וחדשניות. קבוצתה של ד״ר Kaur מתמחה בייצור מבנים רכים כגון ננו־אמולסיות, ננו־חלקיקים מתכלים ומבנים על־מולקולריים המבוססים על ציקלודקסטרין (קומפלקסי הכלה), להובלה יעילה של חומרים פעילים ביולוגית באמצעות רכיבים טבעיים. כיום הקבוצה בוחנת את הפוטנציאל של בנזיל איזותיוציאנט בעזרת מגוון מבנים ננומטריים.
לשאלות בנוגע למחקריה, ניתן לפנות לד״ר Khushwinder Kaur ישירות בדוא״ל: [email protected]
ספרות ומקורות
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal and Surinder Kumar Mehta (2015): שיטה חסכונית באנרגיה, פשוטה וחסכונית בעלויות ליצירת קומפלקס הכלה של רסברטרול עם hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): מחקר האינטראקציה בין מארח לאורח של רסברטרול עם ציקלודקסטרינים טבעיים ומותאמים. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): רסברטרול ובריאות – סקירה מקיפה של ניסויים קליניים בבני אדם. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
עובדות שכדאי לדעת
רסברטרול
רסברטרול הוא סטילבנואיד, סוג של פוליפנול טבעי בפלזמה, פיטואסטרוגן וכן פיטואלקסין המיוצר על ידי כמה צמחים בתגובה לפגיעה או כאשר הצמח מותקף על ידי פתוגנים כגון חיידקים או פטריות. לכן ניתן לסווג את הרסברטרול גם כאדפטוגן.
מבחינה כימית, רסברטרול מתואר כ־trans-3,4',5-trihydroxystilbene (נוסחה: C14H12O3). זהו נוגד חמצון פוליפנולי שאינו פלבונואיד, המצוי בענבים, באגוזים ובפירות יער, ובעל תכונות עוצמתיות נוגדות חמצון ונוגדות הזדקנות. לכן רסברטרול הוא רכיב מוערך בתרופות, בתוספי תזונה / נוטרצאוטיקה ובמוצרי קוסמטיקה. פוליפנולים נוספים הנצרכים בתזונה ובעלי יתרונות בריאותיים משמעותיים כוללים קטכין, קוורצטין, סיליבינין וכן כורכומין.
מסיסות רסברטרול במים: 0.03 kg/m3
רסברטרול קיים בצורות איזומריות טרנס וציס, שמתוכן צורת הטרנס יציבה יותר בחשיפה לאור ולטמפרטורות עולות.
קומפלקס הכלה
תרכובת הכלה היא קומפלקס שבו לתרכובת כימית אחת – המכונה "מארח" – יש חלל שבתוכו נכללת תרכובת אחרת – המכונה "אורח".
ציקלודקסטרינים הם תרכובות המארח הנפוצות ביותר בשימוש, מכיוון שהם יכולים ליצור קומפלקס הכלה עם מגוון רחב של תרכובות מוצקות, נוזליות וגזיות. תרכובות האורח נעות ממגיבים קוטביים כגון חומצות, אמינים ויונים קטנים (למשל ClO4– , SCN–, אניוני הלוגנים) ועד לפחמימנים אליפטיים וארומטיים בעלי קוטביות נמוכה מאוד ולגזים אצילים. ניתן לסנתז קומפלקסי הכלה בתמיסה או במצב גבישי. לרוב משתמשים במים כממס, אף שניתן להשתמש בדימתיל סולפוקסיד ובדימתיל פורמאמיד כממסים חלופיים.
מלבד הכלת תרכובות פרמצבטיות / נוטרצבטיות, ציקלודקסטרין משמש גם כתרכובת מארחת למולקולות ריח, להשגת יציבות גבוהה יותר ופעולת שחרור איטי.
מולקולות "מארחות" אחרות ליצירת קומפלקסי הכלה הן קליקסארנים ותוצרי עיבוי קשורים של פורמאלדהיד וארנים.
תחום המחקר העוסק בסינתזה של תרכובות הכלה מכונה כימיית מארח–אורח.
ציקלודקסטרין
ציקלודקסטרינים הם סוג של תרכובות כימיות המורכבות ממולקולות סוכר ומתאפיינות בצורתן הטבעתית. עמילן הוא חומר הגלם שממנו מסנתזים ציקלודקסטרינים באמצעות המרה אנזימטית. מכיוון שלציקלודקסטרינים יש צד הידרופובי וצד הידרופילי (החלק הפנימי הידרופובי והחלק החיצוני הידרופילי), הם יכולים ליצור קומפלקסים עם תרכובות הידרופוביות. באמצעות הכלת מולקולה הידרופובית (מולקולה "אורחת"), ציקלודקסטרינים יכולים לשפר את המסיסות ואת הזמינות הביולוגית של תרכובות כאלה. נוסף על כך, הם משמשים גם לשיפור חדירותן של תרופות דרך רקמות ריריות. תכונה זו מעוררת עניין רב בתחום התרופות ובתחום תוספי התזונה לצורך העברת תרכובות הידרופוביות. הצורות אלפא-, בטא- וגמא-ציקלודקסטרין מאושרות כולן על ידי ה-FDA ומוכרות כנשאי תרופות בטוחים.
ליאופיליזציה
ליאופיליזציה, המכונה גם ייבוש בהקפאה או קריודסיקציה, היא תהליך סילוק מים בטמפרטורה נמוכה, הכולל הקפאת המוצר ולאחר מכן הפחתת הלחץ כדי לסלק בהמשך את הקרח באמצעות המראה. המראה מוגדרת כתהליך שבו מוצק (למשל קרח) עובר ישירות למצב אדים/גז בלי לעבור תחילה דרך מצב נוזלי (למשל מים).
ייבוש בהקפאה הוא סילוק קרח או ממסים קפואים אחרים מחומר באמצעות תהליך ההמראה, וסילוק מולקולות מים קשורות באמצעות תהליך הדסורפציה.
במהלך ליאופיליזציה מבוקרת, שבה טמפרטורת המוצר נשמרת נמוכה דיה, נמנעים שינויים במאפייני המוצר המיובש. הדבר חיוני לקבלת תמצית באיכות גבוהה. ייבוש בהקפאה הוא טכניקה מבוססת היטב להפרדת חומרים רגישים לחום כגון חלבונים, מיקרואורגניזמים, תרופות, רקמות ופלזמה.
נוטרצבטיקה
חומרים נוטרצבטיים זוכים לתשומת לב גוברת בזכות תכונותיהם הבטוחות התומכות בבריאות. חומרים אלה מוגדרים כמולקולות בעלות מגוון יתרונות פיזיולוגיים וכן יכולות הגנה מפני מחלות (כגון מחלות לב וכלי דם (CVD), השמנה, סוכרת, סרטן, הפרעות דלקתיות כרוניות ומחלות ניווניות), ושוק התוספים באיכות גבוהה צומח במהירות.
אסטרטגיות להכנת פורמולציות נוטרצבטיות שדווחו בספרות כוללות: מערכות נשיאה ליפוזומליות (למשל ליפוזומים, טרנספרוזומים וכו'), ספוגים מיקרומטריים וננומטריים, גבישים ננומטריים, יצירת קומפלקסים עם ציקלודקסטרין, הידרוג'לים מתכלים ביולוגית, ננו-אמולסיות / מיני-אמולסיות, נשאי ליפידים בעלי מבנה ננומטרי, מיצלות, חלקיקים ננומטריים, ננו-קפסולות וכימוס ננומטרי, מערכות להעברת תרופות היוצרות אמולסיה באופן עצמוני (SEDDS) ומערכות של חלקיקים מיקרומטריים (למשל מיקרו-חלקיקים, מיקרו-כדוריות, מיקרו-קפסולות).