Ultrazvočna priprava inkluzijskega kompleksa resveratrola
- Resveratrol je polifenol, ki obeta številne koristi za zdravje, npr. podaljšanje življenjske dobe ter zdravljenje bolezni srca, sladkorne bolezni, raka, Alzheimerjeve bolezni in drugih kroničnih stanj.
- Vendar ima resveratrol nizko biološko uporabnost in se hitro odstranjuje iz krvne plazme.
- Raziskovalna skupina dr. Kushwinder Kaur je razvila hitro in zelo učinkovito tehniko za ultrazvočno pripravo kompleksa resveratrola za boljšo biološko uporabnost.
Resveratrol
Resveratrol je zelo učinkovit polifenol, ki ga je mogoče ekstrahirati iz rastlin, npr. grozdja, jagodičevja ali oreščkov. Čeprav je resveratrol znan kot močan antioksidant, ki pomaga preprečevati ali zdraviti bolezni, ima to fitohranilo le nizko biološko uporabnost. Zato proizvajalci farmacevtskih izdelkov in nutracevtikov iščejo posebne formulacije za izboljšanje dostave apliciranega resveratrola v človeške celice. Dr. Kushwinder Kaur in njena raziskovalna skupina z Univerze Panjab v Chandigarhu so razvili hitro in preprosto enostopenjsko kompleksiranje resveratrola. S sonikacijo mešanice resveratrola in ciklodekstrina se resveratrol vključi v ciklodekstrin (tj. hp-β-CD). Ciklodekstrin deluje kot gostiteljska spojina in učinkovit nosilec učinkovine, ki sprošča resveratrol v sistemski krvni obtok.
Protokol: sonikacija za pripravo inkluzijskega kompleksa
Za ultrazvočno pripravo formulacije inkluzijskega kompleksa resveratrola so 4,38 x 10-3 mol spojine 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (hp-β-CD) in 4,38 x 10-3 mol resveratrola (Res) zmešali v stekleni posodi z najmanjšo količino mešanice topil (etanol : voda = 1 : 9). Mešanico so sonicirali 15 min pri 180W z napravo Hielscher UP200St za ultrazvočno obdelavo. Končni izdelek so pridobili z liofilizacijo. Pripravljene inkluzijske komplekse so karakterizirali s FTIR, absorpcijsko spektroskopijo v UV- in vidnem območju, NMR, TGA, DSC, XRD in analizo CHNS. Podatki analiz so pokazali, da so bile molekule resveratrola lepo umeščene v votline hp-β-CD.
Ultrazvočni homogenizator UP200St
Prednosti sonikacije pred alternativnimi metodami
Za primerjavo učinkovitosti ultrazvočne priprave s konvencionalnimi tehnikami so za pripravo inkluzijskega kompleksa (IC) uporabili dve alternativni metodi – metodo suspenzije in mikrovalovno metodo. Spodaj je kratek opis obeh tehnik priprave:
Pri najbolj tradicionalnem načinu so IC pripravili s standardnim postopkom mešanja (ki so ga v literaturi opisali Bertacche V. et al. 2006).
Druga alternativna metoda je vključevala mešanje 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD in 4,38 x 10-3 mol Res v stekleni posodi z najmanjšo količino mešanice topil (etanol : voda = 1 : 9). Mešanico so za pripravo izdelka obsevali z mikrovalovi 100 s pri 800 W. Vodo so uparili pod vakuumom. Podatki, pridobljeni po 25, 50 s pri 200, 400, 600 W, so pokazali nepopolno kompleksiranje.
Sonikacija je preprost in hiter pristop, ki ne le daje takojšnje rezultate, podobne rezultatom tradicionalnih metod mešanja, temveč tudi omogoča izogibanje uporabi strupenih topil.
Hitrost izomerizacije iz trans v cis v etanolni raztopini se je z vključitvijo zmanjšala. Študije raztapljanja so pokazale, da se je hitrost raztapljanja resveratrola izboljšala z nastankom inkluzijskih kompleksov.
Celoten članek si lahko ogledate s klikom tukaj. Če želite stopiti v stik z avtorji, lahko dr. Khushwinder Kaur (Univerza Panjab, Chandigarh) pošljete e-pošto: [email protected]
Visokozmogljivi ultrazvočni homogenizatorji Hielscher
Hielscher Ultrasonics je specializiran za razvoj in proizvodnjo visokozmogljive ultrazvočne opreme za laboratorijsko in industrijsko uporabo. Vse ultrazvočne naprave Hielscher so izdelane po industrijskih standardih, njihova robustnost pa omogoča zanesljivo delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja preglednica nakazuje, katera ultrazvočna naprava bi lahko bila najprimernejša za zahteve vašega procesa.
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 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. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Ultrazvočni homogenizatorji velike moči od laboratorijskega do industrijskega merila.
O dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur je docentka na Oddelku za kemijo Univerze Panjab v Chandigarhu. Leta 2010 je doktorirala z raziskavo vpliva dodatkov na mikrostrukturo in lastnosti reverznih micelov. Od leta 2012 je glavni cilj njene raziskovalne skupine ugotoviti koloidne osnove fizikalno-kemijskih in fizioloških lastnosti nutracevtikov in bioaktivnih snovi, s posebnim poudarkom na optimizaciji izvirnih, nezahtevnih, učinkovitih in inovativnih metod priprave. Skupina dr. Kaur je specializirana za izdelavo mehkih struktur, kot so nanoemulzije, biorazgradljivi nanodelci in supramolekularne strukture na osnovi ciklodekstrina (inkluzijski kompleksi), za učinkovito dostavo bioaktivnih snovi z naravnimi sestavinami. Trenutno skupina raziskuje potencial benzilizotiocianata s pomočjo različnih nanostruktur.
Z vprašanji o njenih raziskavah se lahko obrnete neposredno na dr. Khushwinder Kaur po e-pošti: [email protected]
Literatura/viri
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal in Surinder Kumar Mehta (2015): Energijsko učinkovita, preprosta in stroškovno učinkovita metodologija za tvorbo inkluzijskega kompleksa resveratrola s hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Študija interakcije gostitelj–gost med resveratrolom ter naravnimi in modificiranimi ciklodekstrini. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol in zdravje – celovit pregled kliničnih preskušanj pri ljudeh. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Koristna dejstva
Resveratrol
Resveratrol je stilbenoid, vrsta naravnega plazemskega polifenola, fitoestrogen in tudi fitoaleksin, ki ga več rastlin proizvaja kot odziv na poškodbo ali kadar rastlino napadejo patogeni, kot so bakterije ali glive. Zato je mogoče resveratrol uvrstiti tudi med adaptogene.
Kemijsko je resveratrol opisan kot trans-3,4′,5-trihydroxystilbene (formula: C14H12O3). Je polifenolni, neflavonoidni antioksidant, ki ga najdemo v grozdju, oreščkih in jagodičevju ter ima močne antioksidativne lastnosti in lastnosti proti staranju. Zato je resveratrol cenjena sestavina farmacevtskih izdelkov, prehranskih dopolnil / nutracevtikov in kozmetičnih izdelkov. Drugi polifenoli, ki jih vnašamo s prehrano in imajo velike koristi za zdravje, vključujejo katehin, kvercetin, silibinin in kurkumin.
Topnost resveratrola v vodi: 0,03 kg/m3
Resveratrol obstaja v trans in cis izomerni obliki, pri čemer je trans oblika stabilnejša ob izpostavljenosti svetlobi in naraščajočim temperaturam.
Inkluzijski kompleks
Inkluzijska spojina je kompleks, v katerem ima ena kemijska spojina – tako imenovani »gostitelj« – votlino, v katero je vključena druga spojina – tako imenovani »gost«.
Ciklodekstrini so najpogosteje uporabljene gostiteljske spojine, saj lahko tvorijo inkluzijske komplekse z najrazličnejšimi trdnimi, tekočimi in plinastimi spojinami. Gostujoče spojine segajo od polarnih reagentov, kot so kisline, amini in majhni ioni (npr. ClO4– , SCN–, halogenidni anioni), do izrazito nepolarnih alifatskih in aromatskih ogljikovodikov ter žlahtnih plinov. Inkluzijske komplekse je mogoče sintetizirati v raztopini ali v kristalnem stanju. Kot topilo se večinoma uporablja voda, čeprav se lahko kot alternativni topili uporabljata dimetil sulfoksid in dimetil formamid.
Poleg vključevanja farmacevtskih / nutracevtskih spojin se ciklodekstrin uporablja tudi kot gostiteljska spojina za molekule dišav, da se dosežeta večja stabilnost in počasno sproščanje.
Druge inkluzijske »gostiteljske« molekule so kaliksareni in sorodni kondenzati formaldehida in arenov.
Raziskovalno področje sinteze inkluzijskih spojin je znano kot kemija gostitelj–gost.
Ciklodekstrin
Ciklodekstrini so vrsta kemijskih spojin, sestavljenih iz molekul sladkorjev, za katere je značilna obročasta oblika. Škrob je surovina, iz katere se ciklodekstrini sintetizirajo z encimsko pretvorbo. Ker imajo ciklodekstrini hidrofobno in hidrofilno stran (hidrofobno notranjost in hidrofilno zunanjost), lahko tvorijo komplekse s hidrofobnimi spojinami. Z vključitvijo hidrofobne molekule (»gostujoče« molekule) lahko ciklodekstrini povečajo topnost in biološko uporabnost takih spojin. Poleg tega se uporabljajo tudi za izboljšanje prehajanja učinkovin skozi sluznična tkiva. To je zelo zanimivo za farmacevtske izdelke in prehranska dopolnila zaradi dostave hidrofobnih spojin. Vse oblike alfa-, beta- in gama-ciklodekstrina je odobrila FDA in so priznane kot varni nosilci učinkovin.
Liofilizacija
Liofilizacija, znana tudi kot sušenje z zamrzovanjem ali kriodesikacija, je postopek dehidracije pri nizki temperaturi, ki vključuje zamrzovanje izdelka in nato znižanje tlaka za naknadno odstranitev ledu s sublimacijo. Sublimacija je opredeljena kot proces, pri katerem trdna snov (npr. led) preide neposredno v parno/plinasto stanje, ne da bi najprej prešla skozi tekočo fazo (npr. vodo).
Sušenje z zamrzovanjem je odstranjevanje ledu ali drugih zamrznjenih topil iz materiala s procesom sublimacije in odstranjevanje vezanih molekul vode s procesom desorpcije.
Med nadzorovano liofilizacijo, pri kateri se temperatura izdelka ohranja dovolj nizka, se preprečijo spremembe lastnosti posušenega izdelka. To je ključno za pridobitev visokokakovostnega ekstrakta. Sušenje z zamrzovanjem je dobro uveljavljena tehnika za ločevanje toplotno občutljivih materialov, kot so beljakovine, mikrobi, farmacevtski izdelki, tkiva in plazma.
Nutracevtiki
Nutracevtiki so deležni vse večje pozornosti, saj imajo varne lastnosti, ki podpirajo zdravje. Opredeljeni so kot molekule z različnimi fiziološkimi koristmi in sposobnostjo zaščite pred boleznimi (kot so srčno-žilne bolezni (CVD), debelost, sladkorna bolezen, rak, kronične vnetne motnje in degenerativne bolezni), trg visokokakovostnih dopolnil pa hitro raste.
Strategije formuliranja nutracevtikov, opisane v literaturi, vključujejo: liposomske nosilne sisteme (npr. liposome, transferosome itd.), mikro- in nanogobice, nanokristale, kompleksiranje s ciklodekstrinom, biorazgradljive hidrogele, nanoemulzije / miniemulzije, nanostrukturirane lipidne nosilce, micele, nanodelce, nanokapsule in nanoenkapsulacijo, samoemulgirajoče sisteme za dostavo učinkovin (SEDDS) in sisteme z mikrodelci (npr. mikrodelce, mikrosfere, mikrokapsule).