超音波によるレスベラトロール包接錯体
- レスベラトロールはポリフェノールの一種で、寿命の延長や、心疾患、糖尿病、がん、アルツハイマー病、その他の慢性疾患の治療など、多くの健康上の利点が期待されています。
- しかし、レスベラトロールは生物学的利用能が低く、血漿から速やかに除去されます。
- Kushwinder Kaur博士の研究チームは、優れた生物学的利用能を実現するレスベラトロール錯体を超音波によって調製する、迅速かつ極めて効率的な技術を開発しました。
レスベラトロール
レスベラトロールは非常に効果の高いポリフェノールで、ブドウ、ベリー類、ナッツ類などの植物から抽出できます。レスベラトロールは、疾患の予防や治癒に役立つ強力な抗酸化物質として知られていますが、この植物由来栄養素の生物学的利用能は低いにとどまります。そのため、医薬品や機能性栄養製品のメーカーは、投与されたレスベラトロールのヒト細胞への送達を改善するため、特殊な製剤を模索しています。チャンディーガルのPanjab Universityに所属するKushwinder Kaur博士とその研究チームは、レスベラトロールを迅速かつ簡単に単一工程で錯体化する方法を開発しました。レスベラトロールとシクロデキストリンの混合物を超音波処理することで、レスベラトロールがシクロデキストリン（すなわちhp-β-CD）内に包接されます。シクロデキストリンはホスト化合物として働くとともに、レスベラトロールを全身循環に放出する効果的な薬物担体として機能します。
プロトコル：包接錯体の調製のための超音波処理
レスベラトロール包接錯体を超音波で調製するため、4.38 x 10-3 molの2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin（hp-β-CD）と4.38 x 10-3 molのレスベラトロール（Res）を、最小量の混合溶媒（エタノール : 水 = 1 : 9）とともにガラス容器内で混合しました。この混合物を180Wで15 min超音波処理しました。使用した装置はHielscherの UP200St超音波装置です。最終生成物は凍結乾燥によって得られました。調製した包接錯体を、FTIR、紫外可視吸収分光法、NMR、TGA、DSC、XRDおよびCHNS分析によって評価しました。分析データは、レスベラトロール分子がhp-β-CDの空洞内にきれいに包接されていることを示しました。
超音波ホモジナイザー UP200St
他の方法に対する超音波処理の利点
超音波による調製の効率を従来の技術と比較するため、両代替方法 – 懸濁法とマイクロ波法 – を使用して包接錯体（IC）を調製しました。以下に、両方の調製技術を簡単に説明します。
最も伝統的な方法では、標準的な撹拌手順（Bertacche V. et al. 2006の文献で報告）によってICを調製しました。
もう一方の代替方法では、4.38 x 10-3 molのhp-β-CDと4.38 x 10-3 molのResを、最小量の混合溶媒（エタノール : 水 = 1 : 9）とともにガラス容器内で混合しました。この混合物に800 Wで100 sのマイクロ波照射を行い、生成物を調製しました。水は真空下で蒸発させました。200, 400, 600 Wで25, 50 s処理した後に得られたデータは、錯体化が不完全であることを示しました。
超音波処理は、従来の撹拌法と同様の結果を即座に得られるだけでなく、有毒な溶媒の使用も回避できる、簡単で迅速な手法です。
エタノール溶液中でのtransからcisへの異性化速度は、包接によって低下しました。溶解試験では、包接錯体の形成によってレスベラトロールの溶解速度が改善されたことが明らかになりました。
こちらをクリックすると論文の全文をご覧いただけます。著者へのお問い合わせをご希望の場合は、Khushwinder Kaur博士（Panjab University、チャンディーガル）へお気軽にメールをお送りください： [email protected]
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以下の表は、お客様のプロセス要件に最も適している可能性のある超音波装置を選ぶための目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 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. | より大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
実験室から産業規模まで対応する高出力超音波ホモジナイザー。
Kushwinder Kaur博士について
Khushwinder Kaur博士は、チャンディーガルのPanjab University化学科の助教です。2010年に、逆ミセルの微細構造と特性に対する添加剤の影響を研究し、博士号を取得しました。2012年以降、同博士の研究グループは、機能性栄養成分および生理活性物質の物理化学的・生理学的特性のコロイド的基盤を確立することを主な目標としており、特に、独自性があり、手間が少なく、効率的で革新的な調製方法の最適化に重点を置いています。Kaur博士のグループは、天然成分を用いて生理活性物質を効率的に送達するため、ナノエマルション、生分解性ナノ粒子、シクロデキストリンを基盤とする超分子集合体（包接錯体）などのソフトな集合体の作製を専門としています。現在、このグループは、さまざまなナノ集合体の助けを借りて、ベンジルイソチオシアネートの可能性を探究しています。
研究に関するご質問は、Khushwinder Kaur博士へ直接メールでお問い合わせいただけます： [email protected]
文献・参考資料
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal and Surinder Kumar Mehta (2015): レスベラトロールとhp-β-CDの包接錯体を形成するための、エネルギー効率に優れ、簡便で費用対効果の高い方法。New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): レスベラトロールと天然および修飾シクロデキストリンのホスト–ゲスト相互作用の研究. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): レスベラトロールと健康 – ヒト臨床試験の包括的レビュー。Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
知っておきたい事実
レスベラトロール
レスベラトロールはスチルベノイドであり、天然の血漿ポリフェノールの一種で、植物エストロゲンであるとともに、損傷への応答や、細菌や真菌などの病原体による攻撃を受けた際に複数の植物が産生するファイトアレキシンでもあります。そのため、レスベラトロールはアダプトゲンにも分類できます。
化学的には、レスベラトロールはtrans-3,4′,5-trihydroxystilbene（化学式：C14H12O3）と記述されます。ブドウ、ナッツ類、ベリー類に含まれるポリフェノール性の非フラボノイド抗酸化物質で、強力な抗酸化作用と抗老化作用を有します。そのため、レスベラトロールは、医薬品、栄養補助食品 / 機能性栄養製品、化粧品の貴重な成分となっています。食事を通じて摂取され、健康上の大きな利点をもたらすその他のポリフェノールには、カテキン、ケルセチン、シリビニン、 クルクミンなどがあります。
レスベラトロールの水溶性：0.03 kg/m3
レスベラトロールにはtrans型とcis型の異性体があり、光への曝露や温度上昇に対してはtrans型の方が安定しています。
包接錯体
包接化合物とは、ある化合物 – いわゆる「ホスト」 – が持つ空洞内に、別の化合物 – いわゆる「ゲスト」 – が取り込まれた錯体です。
シクロデキストリンは、多種多様な固体、液体、気体の化合物と包接錯体を形成できるため、最も一般的に使用されるホスト化合物です。ゲスト化合物は、酸、アミン、小さなイオン（例：ClO4– , SCN–, ハロゲン陰イオン）などの極性試薬から、極めて非極性の脂肪族・芳香族炭化水素や希ガスまで多岐にわたります。包接錯体は、溶液中でも結晶状態でも合成できます。溶媒には主に水が使用されますが、代替溶媒としてジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミドも使用できます。
シクロデキストリンは、医薬品 / 機能性栄養成分の包接に加え、芳香分子のホスト化合物としても使用され、安定性の向上と徐放作用を実現します。
その他の包接「ホスト」分子には、カリックスアレーンや関連するホルムアルデヒド–アレーン縮合物があります。
包接化合物の合成を扱う研究分野は、ホスト–ゲスト化学として知られています。
シクロデキストリン
シクロデキストリンは糖分子からなる化合物の一種で、環状構造を特徴としています。シクロデキストリンは、デンプンを原料として酵素変換によって合成されます。シクロデキストリンは疎水性と親水性の両面を持つため（内側は疎水性、外側は親水性）、疎水性化合物と錯体を形成できます。疎水性分子（「ゲスト」分子）を包接することで、シクロデキストリンはそのような化合物の溶解性と生物学的利用能を高めることができます。さらに、粘膜組織を通じた薬物の透過性を改善するためにも使用されます。これは、疎水性化合物を送達するうえで、医薬品と栄養補助食品の両方にとって非常に関心の高い特性です。アルファ、ベータ、ガンマの各形態のシクロデキストリンは、すべてFDAの承認を受けており、安全な薬物担体として認められています。
凍結乾燥
凍結乾燥は、低温乾燥とも呼ばれる低温での脱水プロセスで、製品を凍結した後に圧力を下げ、続いて昇華によって氷を除去します。昇華とは、固体（例：氷）が液相（例：水）を経ずに、直接蒸気 / 気体の状態へ変化するプロセスと定義されます。
凍結乾燥では、昇華によって材料から氷やその他の凍結した溶媒を除去し、脱着によって結合水分子を除去します。
製品温度を十分に低く保つ制御された凍結乾燥では、乾燥製品の特性の変化を回避できます。これは、高品質な抽出物を得るうえで極めて重要です。凍結乾燥は、タンパク質、微生物、医薬品、組織、血漿などの熱に敏感な材料を分離するための、十分に確立された技術です。
機能性栄養製品
機能性栄養製品は、安全に健康を支える特性を備えていることから、ますます注目を集めています。機能性栄養成分は、さまざまな生理学的利点と、疾患（心血管疾患（CVD）、肥満、糖尿病、がん、慢性炎症性疾患、変性疾患など）に対する防御能力を備えた分子と定義されており、高品質なサプリメントの市場は急速に成長しています。
文献で報告されている機能性栄養成分の製剤化戦略には、リポソーム担体システム（例： リポソーム、トランスファーソームなど）、マイクロスポンジおよびナノスポンジ、 ナノ結晶、シクロデキストリンによる錯体化、 生分解性ヒドロゲル, ナノエマルション / ミニエマルション、ナノ構造脂質担体、ミセル、 ナノ粒子、ナノカプセルおよびナノカプセル化、自己乳化型薬物送達システム（SEDDS）、微粒子システム（例：微粒子、マイクロスフェア、マイクロカプセル）があります。