Inklusionskomplex av resveratrol framställt med ultraljud
- Resveratrol är en polyfenol som utlovar många hälsofördelar, t.ex. förlängd livslängd och behandling av hjärtsjukdomar, diabetes, cancer, Alzheimers sjukdom samt andra kroniska tillstånd.
- Resveratrol har dock låg biotillgänglighet och elimineras snabbt från blodplasman.
- Dr Kushwinder Kaurs forskargrupp har utvecklat en snabb och mycket effektiv teknik för att med ultraljud framställa ett resveratrolkomplex med överlägsen biotillgänglighet.
Resveratrol
Resveratrol är en mycket effektiv polyfenol som kan extraheras från växter, t.ex. vindruvor, bär eller nötter. Även om resveratrol är känt som en kraftfull antioxidant som hjälper till att förebygga eller bota sjukdomar, har detta fytonäringsämne endast låg biotillgänglighet. Därför söker tillverkare av läkemedel och nutraceutika efter särskilda formuleringar för att förbättra tillförseln av administrerat resveratrol till mänskliga celler. Dr Kushwinder Kaur och hennes forskargrupp vid Panjab University i Chandigarh har utvecklat en snabb och enkel komplexbildning av resveratrol i ett enda steg. Genom ultraljudsbehandling av en blandning av resveratrol och cyklodextrin innesluts resveratrolet i cyklodextrinet (dvs. hp-β-CD). Cyklodextrin fungerar som värdförening och som en effektiv läkemedelsbärare som frisätter resveratrolet till systemcirkulationen.
Protokoll: ultraljudsbehandling för framställning av inklusionskomplexet
För formulering av inklusionskomplexet av resveratrol med ultraljud blandades 4,38 x 10-3 mol 2-hydroxipropyl-β-cyklodextrin (hp-β-CD) och 4,38 x 10-3 mol resveratrol (Res) i en glasbehållare med minsta möjliga mängd av lösningsmedelsblandningen (etanol : vatten = 1 : 9). Blandningen ultraljudsbehandlades i 15 min vid 180W med en Hielscher UP200St-ultraljudsapparat. Slutprodukten erhölls genom frystorkning. De framställda inklusionskomplexen karakteriserades med FTIR, UV–vis-absorptionsspektroskopi, NMR, TGA, DSC, XRD och CHNS-analys. Analysdata visade att resveratrolmolekylerna var väl inneslutna i hålrummen i hp-β-CD.
Ultraljudshomogenisator UP200St
Fördelar med ultraljudsbehandling jämfört med alternativa metoder
För att jämföra effektiviteten hos framställning med ultraljud med konventionella tekniker användes två alternativa metoder – nämligen suspensionsmetoden och mikrovågsmetoden – för att framställa inklusionskomplexet (IC). Nedan följer en kort beskrivning av båda framställningsteknikerna:
På det mest traditionella sättet framställdes IC med ett standardförfarande för omrörning (beskrivet i litteraturen av Bertacche V. et al. 2006).
Den andra alternativa metoden innebar att 4,38 x 10-3 mol hp-β-CD och 4,38 x 10-3 mol Res blandades i en glasbehållare med minsta möjliga mängd av lösningsmedelsblandningen (etanol : vatten = 1 : 9). Blandningen bestrålades med mikrovågor i 100 s vid 800 W för att formulera produkten. Vatten avdunstades under vakuum. De data som erhölls efter 25, 50 s vid 200, 400, 600 W visade ofullständig komplexbildning.
Ultraljudsbehandling är en enkel och snabb metod som inte bara ger omedelbara resultat liknande dem från traditionella omrörningsmetoder, utan också undviker användning av giftiga lösningsmedel.
Isomeriseringshastigheten från trans till cis i etanollösning minskade vid inneslutning. Upplösningsstudierna visade att resveratrolets upplösningshastighet förbättrades genom bildningen av inklusionskomplex.
Du hittar hela artikeln genom att klicka här. Om du vill komma i kontakt med författarna är du välkommen att skicka ett e-postmeddelande till dr Khushwinder Kaur (Panjab University, Chandigarh): [email protected]
Hielschers högpresterande ultraljudshomogenisatorer
Hielscher Ultrasonics är specialiserat på utveckling och tillverkning av högpresterande ultraljudsutrustning för laboratoriebruk och industriella tillämpningar. Alla Hielschers ultraljudsapparater är byggda enligt industristandard och är så robusta att de kan användas tillförlitligt dygnet runt vid hög belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger en indikation på vilken ultraljudsapparat som kan vara bäst lämpad för dina processkrav.
| Satsvolym | Flödeshastighet | Rekommenderade apparater |
|---|---|---|
| 10 till 2000mL | 20 till 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 till 20L | 0,2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000 |
| ej tillämpligt | 10 till 100L/min | UIP16000 |
| ej tillämpligt | högre | kluster av UIP16000 |
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från laboratorie- till industriskala.
Om Dr. Kushwinder Kaur
Dr. Khushwinder Kaur är biträdande professor vid kemiska institutionen på Panjab University i Chandigarh. År 2010 doktorerade hon med forskning om tillsatsers inverkan på omvända micellers mikrostruktur och egenskaper. Sedan 2012 är hennes forskargrupps främsta mål att fastställa den kolloidala grunden för nutraceutiska och bioaktiva ämnens fysiokemiska och fysiologiska egenskaper, med särskilt fokus på att optimera särpräglade, enkla, effektiva och innovativa framställningsmetoder. Dr. Kaurs grupp är specialiserad på framställning av mjuka aggregat såsom nanoemulsioner, biologiskt nedbrytbara nanopartiklar och cyklodextrinbaserade supramolekylära aggregat (inklusionskomplex) för effektiv tillförsel av bioaktiva ämnen med naturliga komponenter. För närvarande undersöker gruppen potentialen hos bensylisotiocyanat med hjälp av olika nanoaggregat.
Om du har frågor om hennes forskningsstudier kan du kontakta Dr. Khushwinder Kaur direkt via e-post: [email protected]
Litteratur/referenser
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal och Surinder Kumar Mehta (2015): Energieffektiv, enkel och kostnadseffektiv metod för bildning av ett inklusionskomplex av resveratrol med hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
- Vittorio Bertacche, Natascia Lorenzi, Donatella Nava, Elena Pini, Chiara Sinico (2006): Studie av värd–gäst-interaktioner mellan resveratrol och naturliga och modifierade cyklodextriner. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 55, 2006. 279.
- James M. Smoliga, Joseph A. Baur, Heather A. Hausenblas (2011): Resveratrol och hälsa – En omfattande översikt över kliniska prövningar på människor. Mol. Nutr. Food Res. 2011, 55, 1129–1141.
Fakta värda att känna till
Resveratrol
Resveratrol är en stilbenoid, en typ av naturlig plasmapolyfenol, ett fytoöstrogen samt ett fytoalexin som produceras av flera växter som svar på skador eller när växten angrips av patogener såsom bakterier eller svampar. Därför kan resveratrol också klassificeras som en adaptogen.
Kemiskt beskrivs resveratrol som trans-3,4′,5-trihydroxistilben (formel: C14H12O3). Det är en polyfenolisk antioxidant som inte tillhör flavonoiderna, förekommer i vindruvor, nötter och bär och har kraftfulla antioxidativa och åldringshämmande egenskaper. Därför är resveratrol en uppskattad ingrediens i läkemedel, kosttillskott / nutraceutiska produkter och kosmetiska produkter. Andra polyfenoler som tillförs via kosten och har stora hälsofördelar är katekin, quercetin, silibinin och kurkumin.
Resveratrols vattenlöslighet: 0,03 kg/m3
Resveratrol förekommer i isomerformerna trans och cis, av vilka transformen är mer stabil vid exponering för ljus och stigande temperaturer.
Inklusionskomplex
En inklusionsförening är ett komplex där en kemisk förening – den så kallade ”värden” – har en hålighet i vilken en annan förening – den så kallade ”gästen” – innesluts.
Cyklodextriner är de vanligaste värdföreningarna eftersom de kan bilda inklusionskomplex med en mängd olika fasta, flytande och gasformiga föreningar. Gästföreningarna sträcker sig från polära reagenser såsom syror, aminer och små joner (t.ex. ClO4– , SCN–, halogenanjoner) till starkt opolära alifatiska och aromatiska kolväten samt ädelgaser. Inklusionskomplex kan syntetiseras antingen i lösning eller i kristallint tillstånd. Vanligen används vatten som lösningsmedel, men dimetylsulfoxid och dimetylformamid kan användas som alternativa lösningsmedel.
Förutom för inklusion av farmaceutiska föreningar / nutraceutiska föreningar används cyklodextrin även som värdförening för doftmolekyler för att uppnå högre stabilitet och långsam frisättning.
Andra ”värdmolekyler” för inklusion är kalixarener och besläktade formaldehyd–aren-kondensat.
Forskningsområdet för syntes av inklusionsföreningar kallas värd–gäst-kemi.
Cyklodextrin
Cyklodextriner är en typ av kemiska föreningar som består av sockermolekyler och kännetecknas av sin ringform. Stärkelse är råmaterialet från vilket cyklodextriner syntetiseras genom enzymatisk omvandling. Eftersom cyklodextriner har en hydrofob och en hydrofil sida (hydrofob insida och hydrofil utsida) kan de bilda komplex med hydrofoba föreningar. Genom att innesluta en hydrofob molekyl (”gästmolekyl”) kan cyklodextriner förbättra sådana föreningars löslighet och biotillgänglighet. Dessutom används de för att förbättra läkemedels genomsläpplighet genom slemhinnevävnader. Detta är av stort intresse för såväl läkemedel som kosttillskott för att tillföra hydrofoba föreningar. Alfa-, beta- och gamma-cyklodextrin är alla FDA-godkända och erkända som säkra läkemedelsbärare.
Lyofilisering
Lyofilisering, även kallad frystorkning eller kryodesickering, är en dehydratiseringsprocess vid låg temperatur där produkten fryses och trycket därefter sänks för att sedan avlägsna isen genom sublimering. Sublimering definieras som den process där ett fast ämne (t.ex. is) övergår direkt till ång-/gasform utan att först passera genom en vätskefas (t.ex. vatten).
Frystorkning innebär att is eller andra frysta lösningsmedel avlägsnas från ett material genom sublimering och att bundna vattenmolekyler avlägsnas genom desorption.
Under kontrollerad lyofilisering, där produktens temperatur hålls tillräckligt låg, undviks förändringar i den torkade produktens egenskaper. Detta är avgörande för att erhålla ett högkvalitativt extrakt. Frystorkning är en väletablerad teknik för att separera värmekänsliga material såsom proteiner, mikrober, läkemedel, vävnader och plasma.
Nutraceutika
Nutraceutika får allt större uppmärksamhet eftersom de erbjuder säkra hälsofrämjande egenskaper. De definieras som molekyler med en rad fysiologiska fördelar samt skyddande förmåga mot sjukdomar (såsom hjärt-kärlsjukdom (CVD), fetma, diabetes, cancer, kroniska inflammatoriska sjukdomar och degenerativa sjukdomar), och marknaden för högkvalitativa kosttillskott växer snabbt.
Strategier för formulering av nutraceutika som beskrivs i litteraturen omfattar: liposomala bärarsystem (t.ex. liposomer, transferosomer etc.), mikro- och nanosvampar, nanokristaller, komplexbildning med cyklodextrin, biologiskt nedbrytbara hydrogeler, nanoemulsioner / miniemulsioner, nanostrukturerade lipidbärare, miceller, nanopartiklar, nanokapslar och nanoinkapsling, självemulgerande system för läkemedelstillförsel (SEDDS) och mikropartikulära system (t.ex. mikropartiklar, mikrosfärer, mikrokapslar).