Ultrazvuková príprava inklúzneho komplexu resveratrolu
- Resveratrol je polyfenol, ktorý sľubuje mnohé zdravotné prínosy, napr. predĺženie dĺžky života a liečbu srdcových ochorení, cukrovky, rakoviny, Alzheimerovej choroby, ako aj ďalších chronických ochorení.
- Resveratrol má však nízku biologickú dostupnosť a rýchlo sa odstraňuje z krvnej plazmy.
- Výskumný tím Dr. Kushwinder Kaur vyvinul rýchlu a vysoko účinnú techniku ultrazvukovej prípravy komplexu resveratrolu na dosiahnutie vyššej biologickej dostupnosti.
Resveratrol
Resveratrol je vysoko účinný polyfenol, ktorý možno extrahovať z rastlín, napr. z hrozna, bobuľového ovocia alebo orechov. Hoci je resveratrol známy ako silný antioxidant, ktorý pomáha predchádzať chorobám alebo ich liečiť, táto fytonutrientná látka má len nízku biologickú dostupnosť. Výrobcovia liečiv a nutraceutík preto hľadajú špeciálne formulácie na zlepšenie transportu podávaného resveratrolu do ľudských buniek. Dr. Kushwinder Kaur a jej výskumný tím z Panjab University v meste Chandigarh vyvinuli rýchly a jednoduchý jednostupňový postup komplexácie resveratrolu. Sonikáciou zmesi resveratrolu a cyklodextrínu sa resveratrol uzatvára do cyklodextrínu (t. j. hp-β-CD). Cyklodextrín pôsobí ako hostiteľská zlúčenina a účinný nosič liečiva, ktorý uvoľňuje resveratrol do systémového obehu.
Protokol: Sonikácia na prípravu inklúzneho komplexu
Pri ultrazvukovej príprave inklúzneho komplexu resveratrolu sa 4,38 x 10-3 mol 2-hydroxypropyl-β-cyklodextrínu (hp-β-CD) a 4,38 x 10-3 mol resveratrolu (Res) zmiešalo v sklenenej nádobe s minimálnym množstvom zmesi rozpúšťadiel (etanol : voda = 1 : 9). Zmes sa sonikovala 15 min pri výkone 180W pomocou zariadenia Hielscher UP200St na ultrazvukové spracovanie. Konečný produkt sa získal lyofilizáciou. Pripravené inklúzne komplexy sa charakterizovali pomocou FTIR, absorpčnej spektroskopie v UV a viditeľnej oblasti, NMR, TGA, DSC, XRD a analýzy CHNS. Výsledky analýz ukázali, že molekuly resveratrolu boli úhľadne uzavreté v dutinách hp-β-CD.
Ultrazvukový homogenizátor UP200St
Výhody sonikácie oproti alternatívnym metódam
Na porovnanie účinnosti ultrazvukovej prípravy s konvenčnými technikami sa na prípravu inklúzneho komplexu (IC) použili dve alternatívne metódy – konkrétne suspenzná metóda a mikrovlnná metóda. Nižšie je uvedený stručný opis oboch techník prípravy:
Pri najtradičnejšom spôsobe sa IC pripravil štandardným postupom miešania (opísaným v literatúre: Bertacche V. et al. 2006).
Druhá alternatívna metóda zahŕňala zmiešanie 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD a 4,38 x 10-3 mol Res v sklenenej nádobe s minimálnym množstvom zmesi rozpúšťadiel (etanol : voda = 1 : 9). Na prípravu produktu sa zmes ožarovala mikrovlnami 100 s pri výkone 800 W. Voda sa odparila vo vákuu. Údaje získané po 25, 50 s pri výkone 200, 400, 600 W odhalili neúplnú komplexáciu.
Sonikácia je jednoduchý a rýchly postup, ktorý nielen prináša okamžité výsledky podobné tradičným metódam miešania, ale zároveň umožňuje vyhnúť sa používaniu toxických rozpúšťadiel.
Rýchlosť izomerizácie z trans na cis formu v etanolovom roztoku sa inklúziou znížila. Štúdie rozpúšťania odhalili, že tvorba inklúznych komplexov zvýšila rýchlosť rozpúšťania resveratrolu.
Celý článok nájdete kliknutím sem. Ak sa chcete spojiť s autormi, môžete poslať Dr. Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh) e-mail: [email protected]
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory Hielscher
Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na vývoj a výrobu vysokovýkonných ultrazvukových zariadení na laboratórne a priemyselné aplikácie. Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú skonštruované podľa priemyselných štandardov a vďaka svojej robustnosti umožňujú spoľahlivú prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka vám pomôže zorientovať sa v tom, ktorý ultrazvukový prístroj by mohol byť najvhodnejší pre požiadavky vášho procesu.
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané prístroje |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zoskupenie prístrojov UIP16000 |
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej po priemyselnú mierku.
O Dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur je odbornou asistentkou na Katedre chémie Panjab University v Chandigarhe. V roku 2010 získala doktorát výskumom vplyvu prísad na mikroštruktúru a vlastnosti reverzných miciel. Od roku 2012 je hlavným cieľom jej výskumnej skupiny objasniť koloidný základ fyzikálno-chemických a fyziologických vlastností nutraceutík a bioaktívnych látok s osobitným dôrazom na optimalizáciu osobitých, nenáročných, účinných a inovatívnych metód prípravy. Skupina Dr. Kaur sa špecializuje na prípravu mäkkých štruktúr, ako sú nanoemulzie, biologicky odbúrateľné nanočastice a supramolekulové štruktúry na báze cyklodextrínov (inklúzne komplexy), na účinné dodávanie bioaktívnych látok s prírodnými zložkami. V súčasnosti skupina skúma potenciál benzylizotiokyanátu s využitím rôznych nanoštruktúr.
S otázkami týkajúcimi sa jej výskumných štúdií sa môžete obrátiť priamo na Dr. Khushwinder Kaur prostredníctvom e-mailu: [email protected]
Literatúra / referencie
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal a Surinder Kumar Mehta (2015): Energeticky úsporná, jednoduchá a nákladovo efektívna metodika tvorby inklúzneho komplexu resveratrolu s hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Štúdia interakcie hostiteľ–hosť medzi resveratrolom a prírodnými a modifikovanými cyklodextrínmi. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol a zdravie – komplexný prehľad klinických skúšaní na ľuďoch. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Užitočné fakty
Resveratrol
Resveratrol je stilbenoid, druh prírodného plazmatického polyfenolu, fytoestrogén a zároveň fytoalexín, ktorý viaceré rastliny produkujú v reakcii na poškodenie alebo pri napadnutí patogénmi, ako sú baktérie či huby. Preto možno resveratrol zaradiť aj medzi adaptogény.
Z chemického hľadiska sa resveratrol označuje ako trans-3,4′,5-trihydroxystilbén (vzorec: C14H12O3). Je to polyfenolový, neflavonoidný antioxidant, ktorý sa nachádza v hrozne, orechoch a bobuľovom ovocí a má silné antioxidačné účinky a účinky proti starnutiu. Preto je resveratrol cenenou zložkou liečiv, výživových doplnkov / nutraceutík a kozmetických výrobkov. Medzi ďalšie polyfenoly prijímané v strave s významnými prínosmi pre zdravie patria katechín, kvercetín, silibinín a kurkumín.
Rozpustnosť resveratrolu vo vode: 0,03 kg/m3
Resveratrol existuje v izomérnych formách trans a cis, z ktorých je forma trans stabilnejšia pri vystavení svetlu a zvyšujúcim sa teplotám.
Inklúzny komplex
Inklúzna zlúčenina je komplex, v ktorom má jedna chemická zlúčenina – takzvaný „hostiteľ“ – dutinu, do ktorej je začlenená iná zlúčenina – takzvaný „hosť“.
Cyklodextríny sú najčastejšie používanými hostiteľskými zlúčeninami, pretože dokážu vytvárať inklúzne komplexy so širokou škálou tuhých, kvapalných a plynných zlúčenín. Hosťovské zlúčeniny zahŕňajú polárne činidlá, ako sú kyseliny, amíny a malé ióny (napr. ClO4– , SCN–, halogenidové anióny) až po vysoko nepolárne alifatické a aromatické uhľovodíky a vzácne plyny. Inklúzne komplexy možno syntetizovať v roztoku alebo v kryštalickom stave. Ako rozpúšťadlo sa väčšinou používa voda, hoci ako alternatívne rozpúšťadlá možno použiť dimetylsulfoxid a dimetylformamid.
Okrem inklúzie farmaceutických / nutraceutických zlúčenín sa cyklodextrín používa aj ako hostiteľská zlúčenina pre vonné molekuly s cieľom dosiahnuť vyššiu stabilitu a pomalé uvoľňovanie.
Ďalšími „hostiteľskými“ molekulami pri inklúzii sú kalixarény a príbuzné formaldehydovo-arénové kondenzáty.
Oblasť výskumu syntézy inklúznych zlúčenín je známa ako chémia hostiteľ–hosť.
Cyklodextrín
Cyklodextríny sú typom chemických zlúčenín zložených z molekúl cukrov, ktoré sa vyznačujú kruhovou štruktúrou. Surovinou, z ktorej sa cyklodextríny syntetizujú enzymatickou premenou, je škrob. Keďže cyklodextríny majú hydrofóbnu a hydrofilnú stranu (hydrofóbnu vnútornú a hydrofilnú vonkajšiu), môžu vytvárať komplexy s hydrofóbnymi zlúčeninami. Uzavretím hydrofóbnej molekuly („hosťovskej“ molekuly) môžu cyklodextríny zvýšiť rozpustnosť a biologickú dostupnosť takýchto zlúčenín. Okrem toho sa používajú aj na zlepšenie prestupu liečiv cez slizničné tkanivá. To je veľmi zaujímavé pre farmaceutické prípravky aj výživové doplnky s cieľom zabezpečiť transport hydrofóbnych zlúčenín. Všetky formy alfa-, beta- a gama-cyklodextrínu sú schválené FDA a uznané za bezpečné nosiče liečiv.
Lyofilizácia
Lyofilizácia, známa aj ako sušenie mrazom alebo kryodesikácia, je proces dehydratácie pri nízkej teplote, ktorý zahŕňa zmrazenie produktu a následné zníženie tlaku s cieľom odstrániť ľad sublimáciou. Sublimácia je definovaná ako proces, pri ktorom pevná látka (napr. ľad) prechádza priamo do parného/plynného skupenstva bez toho, aby najprv prešla kvapalnou fázou (napr. vodou).
Sušenie mrazom je odstraňovanie ľadu alebo iných zmrazených rozpúšťadiel z materiálu procesom sublimácie a odstraňovanie viazaných molekúl vody procesom desorpcie.
Počas riadenej lyofilizácie, pri ktorej sa teplota produktu udržiava dostatočne nízka, sa predchádza zmenám vlastností sušeného produktu. To je rozhodujúce na získanie vysokokvalitného extraktu. Sušenie mrazom je osvedčená technika na separáciu materiálov citlivých na teplo, ako sú proteíny, mikróby, liečivá, tkanivá a plazma.
Nutraceutiká
Nutraceutiká získavajú čoraz väčšiu pozornosť, pretože ponúkajú bezpečné vlastnosti podporujúce zdravie. Sú definované ako molekuly s rôznymi fyziologickými prínosmi a ochrannými účinkami proti chorobám (ako sú kardiovaskulárne ochorenia (CVD), obezita, cukrovka, rakovina, chronické zápalové poruchy a degeneratívne ochorenia), pričom trh s vysokokvalitnými doplnkami rýchlo rastie.
Stratégie formulácie nutraceutík uvádzané v literatúre zahŕňajú: lipozomálne nosičové systémy (napr. lipozómy, transferozómy atď.), mikrošpongie a nanošpongie, nanokryštály, komplexáciu s cyklodextrínom, biologicky odbúrateľné hydrogély, nanoemulzie / miniemulzie, nanoštruktúrované lipidové nosiče, micely, nanočastice, nanokapsuly a nanoenkapsuláciu, samoemulgujúce systémy na podávanie liečiv (SEDDS) a mikročasticové systémy (napr. mikročastice, mikrosféry, mikrokapsuly).