Ultrazvučna priprema inkluzijskog kompleksa resveratrola
- Resveratrol je polifenol koji obećava brojne zdravstvene koristi, primjerice produljenje životnog vijeka te liječenje srčanih bolesti, dijabetesa, raka, Alzheimerove bolesti i drugih kroničnih stanja.
- Međutim, resveratrol ima nisku bioraspoloživost i brzo se uklanja iz krvne plazme.
- Istraživački tim dr. Kushwinder Kaur razvio je brzu i vrlo učinkovitu tehniku ultrazvučne pripreme kompleksa resveratrola za postizanje veće bioraspoloživosti.
Resveratrol
Resveratrol je vrlo učinkovit polifenol koji se može ekstrahirati iz biljaka, primjerice grožđa, bobičastog voća ili orašastih plodova. Iako je resveratrol poznat kao snažan antioksidans koji pomaže spriječiti ili izliječiti bolesti, ovaj fitonutrijent ima tek nisku bioraspoloživost. Stoga proizvođači lijekova i nutraceutika traže posebne formulacije kako bi poboljšali dostavu primijenjenog resveratrola u ljudske stanice. Dr. Kushwinder Kaur i njezin istraživački tim sa Sveučilišta Panjab u Chandigarhu razvili su brzo i jednostavno kompleksiranje resveratrola u jednom koraku. Sonikacijom smjese resveratrola i ciklodekstrina resveratrol se uklapa u ciklodekstrin (tj. hp-β-CD). Ciklodekstrin djeluje kao spoj domaćin i učinkovit nosač lijeka koji oslobađa resveratrol u sistemsku cirkulaciju.
Protokol: sonikacija za pripremu inkluzijskog kompleksa
Za ultrazvučnu pripremu inkluzijskog kompleksa resveratrola pomiješano je 4,38 x 10-3 mol 2-hidroksipropil-β-ciklodekstrina (hp-β-CD) i 4,38 x 10-3 mol resveratrola (Res) u staklenoj posudi s minimalnom količinom smjese otapala (etanol : voda = 1 : 9). Smjesa je sonicirana 15 min pri 180W s pomoću Hielscher ultrazvučnog uređaja UP200St. Konačni proizvod dobiven je liofilizacijom. Pripremljeni inkluzijski kompleksi karakterizirani su metodama FTIR, UV-vidljive apsorpcijske spektroskopije, NMR, TGA, DSC, XRD i CHNS analize. Podaci dobiveni analizom pokazali su da su molekule resveratrola uredno smještene u šupljine hp-β-CD-a.
Ultrazvučni homogenizator UP200St
Prednosti sonikacije u odnosu na alternativne metode
Kako bi se usporedila učinkovitost ultrazvučne pripreme s konvencionalnim tehnikama, za pripremu inkluzijskog kompleksa (IC) upotrijebljene su dvije alternativne metode – metoda suspenzije i mikrovalna metoda. U nastavku je kratak opis obiju tehnika pripreme:
Najtradicionalnijim načinom IC je pripremljen standardnim postupkom miješanja (koji su u literaturi opisali Bertacche V. i sur. 2006).
Druga alternativna metoda uključivala je miješanje 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD-a i 4,38 x 10-3 mol Res-a u staklenoj posudi s minimalnom količinom smjese otapala (etanol : voda = 1 : 9). Smjesa je izložena mikrovalnom zračenju 100 s pri 800 W radi dobivanja proizvoda. Voda je isparena pod vakuumom. Podaci dobiveni nakon 25, 50 s pri 200, 400, 600 W pokazali su nepotpuno kompleksiranje.
Sonikacija je jednostavan i brz pristup koji ne samo da daje trenutačne rezultate slične tradicionalnim metodama miješanja nego i izbjegava upotrebu toksičnih otapala.
Brzina izomerizacije iz trans-oblika u cis-oblik u etanolnoj otopini smanjila se inkluzijom. Ispitivanja otapanja pokazala su da se brzina otapanja resveratrola povećala stvaranjem inkluzijskih kompleksa.
Cijeli članak možete pronaći klikom ovdje. Ako želite stupiti u kontakt s autorima, slobodno pošaljite poruku e-pošte dr. Khushwinder Kaur (Sveučilište Panjab, Chandigarh): [email protected]
Ultrazvučni homogenizatori visokih performansi tvrtke Hielscher
Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za razvoj i proizvodnju ultrazvučne opreme visokih performansi za laboratorijske i industrijske primjene. Svi ultrazvučni uređaji tvrtke Hielscher izrađeni su prema industrijskim standardima, a njihova robusnost omogućuje pouzdan rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje naznaku koji bi ultrazvučni uređaj mogao biti najprikladniji za zahtjeve vašeg procesa.
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skup uređaja UIP16000 |
Ultrazvučni homogenizatori velike snage za laboratorijske do industrijske razmjere.
O dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur docentica je na Odjelu za kemiju Sveučilišta Panjab u Chandigarhu. Doktorirala je 2010. istražujući učinak aditiva na mikrostrukturu i svojstva inverznih micela. Od 2012. glavni je cilj njezine istraživačke skupine utvrditi koloidnu osnovu fizikalno-kemijskih i fizioloških svojstava nutraceutika i bioaktivnih tvari, s posebnim naglaskom na optimizaciju osebujnih, jednostavnih, učinkovitih i inovativnih metoda pripreme. Skupina dr. Kaur specijalizirana je za izradu mekih struktura poput nanoemulzija, biorazgradivih nanočestica i supramolekulskih struktura na bazi ciklodekstrina (inkluzijskih kompleksa) za učinkovitu isporuku bioaktivnih tvari uz prirodne komponente. Skupina trenutačno istražuje potencijal benzilizotiocijanata uz pomoć različitih nanostruktura.
Za pitanja o njezinim istraživanjima možete se izravno obratiti dr. Khushwinder Kaur e-poštom: [email protected]
Literatura i reference
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal i Surinder Kumar Mehta (2015): Energetski učinkovita, jednostavna i troškovno učinkovita metodologija stvaranja inkluzijskog kompleksa resveratrola s hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Istraživanje interakcije domaćin–gost resveratrola s prirodnim i modificiranim ciklodekstrinima. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol i zdravlje – sveobuhvatan pregled kliničkih ispitivanja na ljudima. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Činjenice koje vrijedi znati
Resveratrol
Resveratrol je stilbenoid, vrsta prirodnog polifenola plazme, fitoestrogen te fitoaleksin koji nekoliko biljnih vrsta proizvodi kao odgovor na ozljedu ili kada biljku napadaju patogeni poput bakterija ili gljivica. Stoga se resveratrol može svrstati i među adaptogene.
Kemijski se resveratrol opisuje kao trans-3,4′,5-trihidroksistilben (formula: C14H12O3). To je polifenolni, neflavonoidni antioksidans koji se nalazi u grožđu, orašastim plodovima i bobičastom voću te ima snažna antioksidativna svojstva i svojstva protiv starenja. Stoga je resveratrol cijenjen sastojak farmaceutskih pripravaka, dodataka prehrani / nutraceutika i kozmetičkih proizvoda. Ostali polifenoli koji se unose prehranom i imaju velike koristi za zdravlje uključuju katehin, kvercetin, silibinin i kurkumin.
Topljivost resveratrola u vodi: 0,03 kg/m3
Resveratrol postoji u obliku trans i cis izomera, pri čemu je trans oblik stabilniji pri izlaganju svjetlosti i porastu temperature.
Inkluzijski kompleks
Inkluzijski spoj je kompleks u kojem jedan kemijski spoj – takozvani „domaćin” – ima šupljinu u koju je uključen drugi spoj – takozvani „gost”.
Ciklodekstrini su najčešće korišteni spojevi domaćini jer mogu stvarati inkluzijske komplekse s velikim brojem različitih krutih, tekućih i plinovitih spojeva. Spojevi gosti obuhvaćaju raspon od polarnih reagensa poput kiselina, amina i malih iona (npr. ClO4– , SCN–, halogenidnih aniona) do izrazito nepolarnih alifatskih i aromatskih ugljikovodika te plemenitih plinova. Inkluzijski kompleksi mogu se sintetizirati u otopini ili u kristalnom stanju. Kao otapalo uglavnom se upotrebljava voda, iako se kao alternativna otapala mogu upotrebljavati dimetil-sulfoksid i dimetilformamid.
Osim za uklapanje farmaceutskih spojeva / nutraceutika, ciklodekstrin se upotrebljava i kao spoj domaćin za mirisne molekule radi postizanja veće stabilnosti i sporog otpuštanja.
Druge molekule „domaćini” za inkluziju jesu kaliksareni i srodni formaldehidno-arenski kondenzati.
Područje istraživanja sinteze inkluzijskih spojeva poznato je kao kemija domaćina i gosta.
Ciklodekstrin
Ciklodekstrini su vrsta kemijskih spojeva sastavljenih od molekula šećera, a odlikuju se prstenastim oblikom. Škrob je sirovina iz koje se ciklodekstrini sintetiziraju enzimskom pretvorbom. Budući da ciklodekstrini imaju hidrofobnu i hidrofilnu stranu (hidrofobnu unutrašnjost i hidrofilnu vanjsku stranu), mogu tvoriti komplekse s hidrofobnim spojevima. Uklapanjem hidrofobne molekule (molekule „gosta”) ciklodekstrini mogu povećati topljivost i bioraspoloživost takvih spojeva. Nadalje, upotrebljavaju se i za poboljšanje prolaska lijeka kroz tkiva sluznice. To je od velikog interesa za farmaceutske proizvode i dodatke prehrani radi dostave hidrofobnih spojeva. Svi oblici alfa-, beta- i gama-ciklodekstrina imaju odobrenje FDA-e i priznati su kao sigurni nosači lijekova.
Liofilizacija
Liofilizacija, poznata i kao sušenje zamrzavanjem ili kriosušenje, postupak je dehidracije pri niskoj temperaturi koji uključuje zamrzavanje proizvoda, a zatim snižavanje tlaka kako bi se led potom uklonio sublimacijom. Sublimacija se definira kao proces u kojem krutina (npr. led) prelazi izravno u stanje pare/plina, bez prethodnog prolaska kroz tekuću fazu (npr. vodu).
Sušenje zamrzavanjem jest uklanjanje leda ili drugih zamrznutih otapala iz materijala procesom sublimacije te uklanjanje vezanih molekula vode procesom desorpcije.
Tijekom kontrolirane liofilizacije, pri kojoj se temperatura proizvoda održava dovoljno niskom, izbjegavaju se promjene svojstava osušenog proizvoda. To je ključno za dobivanje visokokvalitetnog ekstrakta. Sušenje zamrzavanjem dobro je uhodana tehnika za odvajanje materijala osjetljivih na toplinu, kao što su proteini, mikroorganizmi, farmaceutski proizvodi, tkiva i plazma.
Nutraceutici
Nutraceutici privlače sve veću pozornost jer nude sigurna svojstva koja podupiru zdravlje. Definiraju se kao molekule s raznovrsnim fiziološkim koristima i sposobnošću zaštite od bolesti (kao što su kardiovaskularne bolesti (CVD), pretilost, dijabetes, rak, kronični upalni poremećaji i degenerativne bolesti), a tržište visokokvalitetnih dodataka prehrani brzo raste.
Strategije formuliranja nutraceutika opisane u literaturi uključuju: liposomske sustave nosača (npr. liposome, transferosome itd.), mikrospužve i nanospužve, nanokristale, kompleksiranje s ciklodekstrinom, biorazgradive hidrogelove, nanoemulzije / miniemulzije, nanostrukturirane lipidne nosače, micele, nanočestice, nanokapsule i nanoenkapsulaciju, samoemulgirajuće sustave za dostavu lijekova (SEDDS) i mikročestične sustave (npr. mikročestice, mikrosfere, mikrokapsule).