Ultradźwiękowe wytwarzanie kompleksu inkluzyjnego resweratrolu
- Resweratrol jest polifenolem, który daje nadzieję na wiele korzyści zdrowotnych, np. wydłużenie życia oraz leczenie chorób serca, cukrzycy, nowotworów, choroby Alzheimera i innych schorzeń przewlekłych.
- Jednak resweratrol ma niską biodostępność i jest szybko usuwany z osocza krwi.
- Zespół badawczy dr Kushwinder Kaur opracował szybką i wysoce wydajną technikę ultradźwiękowego wytwarzania kompleksu resweratrolu zapewniającego lepszą biodostępność.
Resweratrol
Resweratrol jest wysoce skutecznym polifenolem, który można ekstrahować z roślin, np. winogron, owoców jagodowych lub orzechów. Chociaż resweratrol jest znany jako silny przeciwutleniacz, który pomaga zapobiegać chorobom lub je leczyć, ten fitoskładnik ma jedynie niską biodostępność. Dlatego producenci farmaceutyków i nutraceutyków poszukują specjalnych formulacji poprawiających dostarczanie podawanego resweratrolu do komórek ludzkich. Dr Kushwinder Kaur i jej zespół badawczy z Panjab University w Chandigarh opracowali szybką i prostą, jednoetapową metodę kompleksowania resweratrolu. Sonikacja mieszaniny resweratrolu i cyklodekstryny powoduje zamknięcie resweratrolu wewnątrz cyklodekstryny (tj. hp-β-CD). Cyklodekstryna pełni funkcję związku gospodarza oraz skutecznego nośnika leku, który uwalnia resweratrol do krążenia ogólnoustrojowego.
Protokół: sonikacja w celu przygotowania kompleksu inkluzyjnego
W celu ultradźwiękowego przygotowania kompleksu inkluzyjnego resweratrolu zmieszano 4,38 x 10-3 mol 2-hydroksypropylo-β-cyklodekstryny (hp-β-CD) i 4,38 x 10-3 mol resweratrolu (Res) w szklanym naczyniu z minimalną ilością mieszaniny rozpuszczalników (etanol : woda = 1 : 9). Mieszaninę poddawano sonikacji przez 15 min przy mocy 180W za pomocą urządzenia firmy Hielscher: urządzenia ultradźwiękowego UP200St. Produkt końcowy otrzymano przez liofilizację. Przygotowane kompleksy inkluzyjne scharakteryzowano za pomocą FTIR, spektroskopii absorpcyjnej w zakresie UV i światła widzialnego, NMR, TGA, DSC, XRD oraz analizy CHNS. Dane z analiz wykazały, że cząsteczki resweratrolu były dokładnie otoczone przez wnęki hp-β-CD.
Homogenizator ultradźwiękowy UP200St
Zalety sonikacji w porównaniu z metodami alternatywnymi
Aby porównać wydajność przygotowania ultradźwiękowego z technikami konwencjonalnymi, do przygotowania kompleksu inkluzyjnego (IC) zastosowano dwie alternatywne metody – metodę zawiesinową i metodę mikrofalową. Poniżej przedstawiono krótki opis obu technik przygotowania:
W najbardziej tradycyjny sposób IC przygotowano za pomocą standardowej procedury mieszania (opisanej w literaturze przez Bertacche V. i wsp. 2006).
Druga alternatywna metoda polegała na zmieszaniu 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD i 4,38 x 10-3 mol Res w szklanym naczyniu z minimalną ilością mieszaniny rozpuszczalników (etanol : woda = 1 : 9). Mieszaninę poddawano działaniu mikrofal przez 100 s przy mocy 800 W w celu wytworzenia produktu. Wodę odparowano pod próżnią. Dane uzyskane po 25, 50 s przy mocy 200, 400, 600 W wykazały niepełne kompleksowanie.
Sonikacja jest prostą i szybką metodą, która nie tylko zapewnia natychmiastowe wyniki podobne do uzyskiwanych tradycyjnymi metodami mieszania, lecz także pozwala uniknąć stosowania toksycznych rozpuszczalników.
Szybkość izomeryzacji z trans do cis w roztworze etanolowym zmniejszyła się wskutek inkluzji. Badania rozpuszczania wykazały, że tworzenie kompleksów inkluzyjnych poprawiło szybkość rozpuszczania resweratrolu.
Pełny artykuł można znaleźć, klikając tutaj. Aby skontaktować się z autorami, można wysłać wiadomość e-mail do dr Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh): [email protected]
Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w opracowywaniu i produkcji wysokowydajnych urządzeń ultradźwiękowych do zastosowań laboratoryjnych i przemysłowych. Wszystkie sonikatory Hielscher są wykonane zgodnie ze standardem przemysłowym, a ich solidna konstrukcja umożliwia niezawodną pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Poniższa tabela wskazuje, które urządzenie ultradźwiękowe może być najlepiej dopasowane do wymagań danego procesu.
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 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. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Homogenizatory ultradźwiękowe dużej mocy – od skali laboratoryjnej do przemysłowej.
O dr Kushwinder Kaur
Dr Khushwinder Kaur jest adiunktem na Wydziale Chemii Panjab University w Chandigarh. W 2010 roku uzyskała doktorat, badając wpływ dodatków na mikrostrukturę i właściwości odwróconych miceli. Od 2012 roku głównym celem jej zespołu badawczego jest ustalenie koloidalnych podstaw właściwości fizykochemicznych i fizjologicznych nutraceutyków oraz substancji bioaktywnych, ze szczególnym naciskiem na optymalizację wyróżniających się, niewymagających wysiłku, wydajnych i innowacyjnych metod przygotowania. Zespół dr Kaur specjalizuje się w wytwarzaniu miękkich struktur, takich jak nanoemulsje, biodegradowalne nanocząstki i struktury supramolekularne oparte na cyklodekstrynach (kompleksy inkluzyjne), służących do skutecznego dostarczania substancji bioaktywnych z wykorzystaniem naturalnych składników. Obecnie zespół bada potencjał izotiocyjanianu benzylu z pomocą różnych nanostruktur.
Pytania dotyczące jej badań można kierować bezpośrednio do dr Khushwinder Kaur pocztą elektroniczną: [email protected]
Literatura / źródła
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal i Surinder Kumar Mehta (2015): Energooszczędna, prosta i ekonomiczna metoda tworzenia kompleksu inkluzyjnego resweratrolu z hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Badanie oddziaływań gospodarz–gość resweratrolu z naturalnymi i modyfikowanymi cyklodekstrynami. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resweratrol a zdrowie – kompleksowy przegląd badań klinicznych u ludzi. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Warto wiedzieć
Resweratrol
Resweratrol jest stilbenoidem, rodzajem naturalnego polifenolu osocza, fitoestrogenem, a także fitoaleksyną wytwarzaną przez szereg roślin w odpowiedzi na uszkodzenie lub atak patogenów, takich jak bakterie lub grzyby. Dlatego resweratrol można również klasyfikować jako adaptogen.
Pod względem chemicznym resweratrol jest określany jako trans-3,4′,5-trihydroksystilben (wzór: C14H12O3). Jest polifenolowym przeciwutleniaczem nienależącym do flawonoidów, występującym w winogronach, orzechach i owocach jagodowych, i wykazuje silne właściwości przeciwutleniające oraz przeciwstarzeniowe. Dlatego resweratrol jest cenionym składnikiem farmaceutyków, suplementów diety / nutraceutyków i produktów kosmetycznych. Inne polifenole przyjmowane z dietą, zapewniające znaczące korzyści zdrowotne, to katechina, kwercetyna, sylibinina i kurkumina.
Rozpuszczalność resweratrolu w wodzie: 0,03 kg/m3
Resweratrol występuje w postaci izomerów trans i cis, z których forma trans jest bardziej stabilna przy ekspozycji na światło i wzrost temperatury.
Kompleks inkluzyjny
Związek inkluzyjny jest kompleksem, w którym jeden związek chemiczny – tak zwany „gospodarz” – ma wnękę, do której włączany jest inny związek – tak zwany „gość”.
Cyklodekstryny są najczęściej stosowanymi związkami gospodarzami, ponieważ mogą tworzyć kompleksy inkluzyjne z szeroką gamą związków stałych, ciekłych i gazowych. Związki goście obejmują zarówno polarne reagenty, takie jak kwasy, aminy, małe jony (np. ClO4– , SCN–, aniony halogenkowe), jak i wysoce niepolarne węglowodory alifatyczne i aromatyczne oraz gazy szlachetne. Kompleksy inkluzyjne można syntetyzować zarówno w roztworze, jak i w stanie krystalicznym. Jako rozpuszczalnik stosuje się najczęściej wodę, choć alternatywnymi rozpuszczalnikami mogą być dimetylosulfotlenek i dimetyloformamid.
Oprócz inkluzji związków farmaceutycznych / nutraceutycznych cyklodekstrynę stosuje się również jako związek gospodarza dla cząsteczek zapachowych, aby uzyskać większą stabilność i powolne uwalnianie.
Innymi cząsteczkami „gospodarzami” w kompleksach inkluzyjnych są kaliksareny i pokrewne produkty kondensacji formaldehydu z arenami.
Dziedzina badań nad syntezą związków inkluzyjnych jest znana jako chemia gospodarz–gość.
Cyklodekstryna
Cyklodekstryny są rodzajem związków chemicznych zbudowanych z cząsteczek cukrów i charakteryzują się budową pierścieniową. Surowcem, z którego syntetyzuje się cyklodekstryny przez przemianę enzymatyczną, jest skrobia. Ponieważ cyklodekstryny mają część hydrofobową i hydrofilową (hydrofobowe wnętrze i hydrofilową powierzchnię zewnętrzną), mogą tworzyć kompleksy ze związkami hydrofobowymi. Zamykając cząsteczkę hydrofobową (cząsteczkę „gościa”) w swoim wnętrzu, cyklodekstryny mogą zwiększać rozpuszczalność i biodostępność takich związków. Ponadto stosuje się je również do poprawy przenikania leków przez tkanki błon śluzowych. Ma to duże znaczenie dla farmaceutyków i suplementów diety w kontekście dostarczania związków hydrofobowych. Wszystkie formy alfa-, beta- i gamma-cyklodekstryny są zatwierdzone przez FDA i uznawane za bezpieczne nośniki leków.
Liofilizacja
Liofilizacja, znana również jako suszenie sublimacyjne lub kriodesykacja, jest procesem odwadniania w niskiej temperaturze, który obejmuje zamrożenie produktu, a następnie obniżenie ciśnienia w celu usunięcia lodu przez sublimację. Sublimacja jest definiowana jako proces, w którym ciało stałe (np. lód) przechodzi bezpośrednio w stan pary/gazu bez uprzedniego przejścia przez fazę ciekłą (np. wodę).
Suszenie sublimacyjne polega na usuwaniu lodu lub innych zamrożonych rozpuszczalników z materiału w procesie sublimacji oraz usuwaniu związanych cząsteczek wody w procesie desorpcji.
Podczas kontrolowanej liofilizacji, gdy temperatura produktu jest utrzymywana na wystarczająco niskim poziomie, unika się zmian właściwości suszonego produktu. Ma to kluczowe znaczenie dla uzyskania ekstraktu wysokiej jakości. Suszenie sublimacyjne jest dobrze ugruntowaną techniką oddzielania materiałów wrażliwych na ciepło, takich jak białka, drobnoustroje, farmaceutyki, tkanki i osocze.
Nutraceutyki
Nutraceutyki cieszą się rosnącym zainteresowaniem, ponieważ oferują bezpieczne właściwości wspierające zdrowie. Są definiowane jako cząsteczki zapewniające różnorodne korzyści fizjologiczne oraz zdolność ochrony przed chorobami (takimi jak choroby układu sercowo-naczyniowego (CVD), otyłość, cukrzyca, nowotwory, przewlekłe schorzenia zapalne i choroby zwyrodnieniowe), a rynek wysokiej jakości suplementów szybko rośnie.
Opisane w literaturze strategie opracowywania formulacji nutraceutyków obejmują: liposomalne systemy nośnikowe (np. liposomy, transferosomy itp.), mikro- i nanogąbki, nanokryształy, kompleksowanie z cyklodekstrynami, biodegradowalne hydrożele, nanoemulsje / miniemulsje, nanostrukturalne nośniki lipidowe, micele, nanocząstki, nanokapsułki i nanoenkapsulację, samoemulgujące systemy dostarczania leków (SEDDS) oraz systemy mikrocząstkowe (np. mikrocząstki, mikrosfery, mikrokapsułki).