Структурные и термодинамические параметры биополимерной пероральной системы доставки липосомальной формы комбинации нутрицевтиков
- Авторы: Семёнова М.Г.1, Антипова А.С.1, Мартиросова Е.И.1, Анохина М.С.1, Зеликина Д.В.1, Богданова Н.Г.1, Пальмина Н.П.1
-
Учреждения:
- Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
- Выпуск: Том 43, № 11 (2024)
- Страницы: 62-70
- Раздел: Химическая физика биологических процессов
- URL: https://ogarev-online.ru/0207-401X/article/view/281882
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X24110084
- ID: 281882
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На основе фосфатидилхолина сои (ФХ) была получена липосомальная форма комбинации гидрофобных нутрицевтиков (омега-3 докозагексаеновой полиненасыщенной жирной кислоты (ДГК) и одного из наиболее активных растительных антиоксидантов, а именно эфирного масла гвоздики (ЭМГ)). С помощью ЭПР-спектроскопии изучено влияние ДГК и ЭМГ на микровязкость бислоя липосом ФХ. Кроме того, по данным дифференциально-сканирующей калориметрии установлено влияние ДГК и ЭМГ на фазовое состояние бислоя модельных липосом дипальмитоилфосфатидилхолина. Комбинацией методов ЭПР-спектроскопии, дифференциально-сканирующей калориметрии, а также лазерного светорассеяния изучено, каким образом инкапсулирование липосом ФХ-ДГК-ЭМГ ковалентным конъюгатом (К) казеината натрия и мальтодекстрина влияет как на структурное состояние бислоя, инкапсулированных липосом, так и на структурные (молярная масса, размер, плотность, архитектура, дзета-потенциал) и термодинамические параметры (осмотический второй вириальный коэффициент) сформировавшегося между ними водорастворимого супрамолекулярного комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К. Установлены ключевые структурные параметры этого комплекса, обеспечивающие эффективную защиту ПНЖК, входящих в его состав, от окисления кислородом воздуха.
Полный текст
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время общепризнано, что дефицит в организме человека ряда биологически активных веществ, так называемых нутрицевтиков (веществ, обладающих, как питательной, так и фармацевтической ценностью), может приводить к развитию различных хронических неинфекционных заболеваний (сахарный диабет 2-го типа, онкология, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания) [1, 2]. Установлено, что обогащение пищевых продуктов низкомолекулярными нутрицевтиками (антиоксидантами (эфирные масла, каротиноиды и др.), фосфолипидами, незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами (омега-3 и омега-6 ПНЖК в их оптимальном соотношении 1 : 1 ÷ 4 : 1), витаминами (Д, В, С и др.)), является эффективной стратегией в противодействии дефициту биологически активных веществ [3, 4]. Однако сохранение структуры нутрицевтиков и, соответственно, их биологической активности остается проблемой на практике. Для решения этой проблемы разрабатываются различные по своей природе пероральные системы доставки нутрицевтиков (мицеллы, липосомы, полимерные наночастицы и эмульсии) [5, 6].
Хорошо известно, что уникальная структура липосом позволяет широко использовать их для инкапсулирования и в качестве средства доставки различных активных фармацевтических ингредиентов [7], однако их применение для инкапсулирования нутрицевтиков еще недостаточно хорошо изучено. Среди липосом фосфолипидов липосомы фосфатидилхолина (ФХ) являются одними из наиболее перспективных и полезных для здоровья природных наноразмерных систем доставки как гидрофобных, так и гидрофильных нутрицевтиков. Такая липосомальная форма нутрицевтиков обладает рядом преимуществ перед другими системами доставки. Так, сходство бислоя ФХ с клеточной мембраной может облегчить биоусвоение нутрицевтиков в клетках пищеварительного тракта [8]. Кроме этого, биоусвоению нутрицевтиков может содействовать способность липосом ФХ формировать смешанные мицеллы с желчными солями в тонком кишечнике. И в дополнении к этому ФХ является хорошо известным гепатопротектором [9]. Однако, наряду с этими преимуществами, липосомы ФХ имеют ряд недостатков. Это – нестабильность структуры липосом и связанное с этим, неконтролируемое высвобождение из них загруженных нутрицевтиков, а также склонность липосом ФХ, изначально содержащих ПНЖК, к автоокислению кислородом воздуха, особенно при повышенных температурах пищевых производств и при хранении.
В настоящее время хорошо известно, что природные биосовместимые полимеры могут улучшить растворимость лекарственных веществ и повысить их пероральную биодоступность [10, 11]. При этом в случае разработки пероральных систем доставки липосомальных форм нутрицевтиков большой интерес вызывают ковалентные конъюгаты пищевых белков и полисахаридов, полученные объединением аминогрупп белка с восстанавливающими кaрбонильными концевыми группами полисахаридов на первой стадии реакции Майара (Maillard). Основными преимуществами ковалентных конъюгатов, полученных по реакции Майяра, являются их растворимость и стабильность в широких диапазонах рН и ионной силы, включая изоэлектрическую точку белков [12], а также контролируемый ферментативный гидролиз в пищеварительном тракте, задаваемый как природами белка и полисахарида, так и их молярным соотношением в конъюгате [13]. Эти свойства ковалентных конъюгатов могут быть важны при инкапсулировании и защите нутрицевтиков в экстремальных условиях пищевых производств и при хранении, а также для их контролируемого высвобождения и биодоступности в различных условиях окружающей среды пищеварительного тракта (специфические ферменты, рН и ионная сила в ротовой полости, желудке и тонком кишечнике).
Таким образом, целью нашей работы было выяснение физико-химических закономерностей, лежащих в основе формирования структуры, и свойств системы доставки на основе ковалентного конъюгата казеината натрия (Каз-Na) и мальтодекстрина (МД) для липосомальной формы фосфатидилхолина (ФХ), обогащенной комбинацией гидрофобных нутрицевтиков, а именно омега-3 ПНЖК (докозагексаеновой жирной кислотой, ДГК) и наиболее эффективным растительным антиоксидантом (эфирным маслом гвоздики, ЭМГ [14]) в их адекватных для оздоровительного эффекта количестве и соотношении [15].
Для достижения этой цели необходимо было решить ряд задач. Используя ЭПР-спектроскопию, а также дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) ставилась задача изучить влияние встраивания выбранных гидрофобных нутрицевтиков (ДГК, ЭМГ), а также инкапсулирования липосом конъюгатом Каз-Na-МД (К), на структурное состояние бислоя липосом, сформированных в водной среде. Проводя измерения методом лазерного светорассеяния в статическом, динамическом и электрофоретических режимах ставилась задача охарактеризовать структурные (размер, молярная масса, архитектура, заряд, плотность), а также термодинамические (осмотический второй вириальный коэффициент) параметры супрамолекулярных комплексов ФХ-ДГК-ЭМГ-К в водной среде. На основании полученных данных требовалось выяснить основные взаимосвязи между структурными/термодинамическими параметрами супрамолекулярного комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К и его функциональностью, а именно растворимостью в водной среде и защитными способностями по отношению к автоокислению кислородом воздуха включенных в его состав эссенциальных ПНЖК.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы
Были использованы: соевый фосфатидилхолин (ФХ) 98%-ной химической чистоты (марка Lipoid S 100) производства фирмы “Lipoid GmbH” (Германия) – cостав основных жирных кислот ФХ представлен ранее в работе [16]; докозагексаеновая полиненасыщенная жирная кислота (ДГК) ³ 98%-ной химической чистоты (D2534, “Sigma-Aldrich”, США); cинтетический дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) 99%-ной химической чистоты (P-5911, “Sigma-Aldrich”, США); ковалентный конъюгат казеината натрия (Каз-Na) (С8654, Sigma-Aldrich, Новая Зеландия) и мальтодекстрина (МД) марки Paselli SA2 с декстрозным эквивалентом равным 2 (“Avebe Group”, Нидерланды), был приготовлен при весовом соотношении белок : мальтодекстрин = 1 : 2 по методике, описанной ранее [6]; эфирное масло из бутонов цветов гвоздичного (ЭМГ) дерева (Eugenia caryophyllata Thumb, “Plant Lipids Ltd.”, Индия); 16-доксилстеариновая кислота (16-ДСК, 810604Р, “Avanti Polar Lipids”, США); NaН2РО4, Na2HPO4, HCl, NaOH, NaN3, трихлоруксусная кислота (ТХУ), тиобарбитуровая кислота (ТБК), диэтиловый эфир (“Баум-Люкс”, Россия) имели высокую степень химической чистоты (> 99%), С2Н5ОН – 95%. Все растворы были приготовлены на бидистиллированной воде. Азид натрия (2 · 10-4 г/мл) добавлялся к буферу в качестве антимикробного агента.
2.2. Методы
Липосомы ФХ (1.0 · 10–3 г/мл) и ДПФХ (1.0 · · 10–3 г/мл), нагруженные докозагексаеновой кислотой (0.5 · 10–3 г/мл) при отсутствии и в присутствии (0.06 · 10–3г/мл) ЭМГ, получали по методике, включающей несколько последовательных стадий. На первой стадии необходимые количества ФХ/ДПФХ и ДГК растворяли в этаноле. При этом в случае липосом ФХ-ДГК и ФХ-ДГК-ЭМГ достигалось равное весовое соотношение омега-3 к омега-6 ПНЖК. Затем к полученному раствору добавляли фосфатный буфер (рН 7.0, I = 0.001M) до 50%-ной объемной концентрации спирта в водной среде. Для экспериментов, в которых не изучалась защита от окисления, пропускали через полученную дисперсию инертный газ аргон в течение 1 мин. Далее проводили механическую гомогенизацию этой дисперсии при 20000 об/мин, 2 мин (“Heidolph”, Германия). В процессе гомогенизации при необходимости добавляли спиртовой раствор ЭМГ.
На следующей стадии полученную дисперсию обрабатывали ультразвуком (гомогенизатор VCX-130, “Sonics & Materials”, США) три раза по 5 мин (40%-ная мощность сигнала в режиме: 30 с обработки – 30 с перерыв). При обработке ультразвуком образец находился во льду. Затем полученную дисперсию пропускали 19 раз через мембранный фильтр с диаметром пор 100 нм, используя экструдер (“Avanti Polar Lipid”, США).
Для удаления этанола из полученных дисперсий ФХ/ДПФХ использовали равновесный диализ против фосфатного буфера (pH = 7.0, I = 0.001 M), гидромодуль составлял 20, продолжительность диализа – 24 ч. Предварительная оценка показала, что липосомы ФХ/ДПФХ не проникали через поры используемого диализного шланга (Visking Dialysis Tubing, тип 36/32, “Serva Electrophoresis”, Германия). Остаточное количество этанола в растворах ФХ/ДПФХ составляло 0.5 об./об.%. При приготовлении липосом для измерения методом ЭПР использовали гидромодуль 50, остаточное количество этанола в растворах ФХ составляло 0.007 об./об.%. Для экспериментов, в которых не изучалась защита от окисления, липосомы хранили в среде Ar в холодильнике (2–8 °С).
Самопроизвольные образования супрамолекулярных комплексов конъюгата Каз-Na‒МД (К) с липосомами формировались (40 °С, 1 ч) при смешении растворов конъюгата и липосом в термостатируемом шейкере (GFL 3032, Германия). Весовое соотношение липосомы : конъюгат = = 1 : 10. Ранее было показано, что данное соотношение обеспечивало высокие защитные свойства конъюгата по отношению к автоокислению липосом ФХ, обогащенных триглицеридами льняного масла, содержащими 55% a-линоленовой и 19% линолевой ПНЖК [6].
Измерение термодинамических параметров и функций фазового перехода в бислое липосом проводили на модельном дипальмитоилфосфатидилхолине с использованием метода ДСК на микрокалориметре ДАСМ-4M (Пущино, Россия). Измерения проводили при постоянном давлении в 2.5 атм в температурном диапазоне от 20 до 50 °С. Скорость нагрева соответствовала 0.5 °C/мин для всех измерений. Концентрация в образцах составляла (1.0·10–3 г/мл) ДПФХ. Чувствительность калориметрического измерения составляла не менее 5 · 10-6 Дж/с. Результаты, представленные в данной работе, являются средним значением, как минимум, трех независимых измерений.
Многоугловое лазерное (633 нм, Не–Ne лазер) светорассеяние в статическом и динамическом режимах (ЛС-01, ЗАО “Научные приборы” Санкт-Петербург, Россия) использовали для определения как структурных параметров (гидродинамического радиуса, Rh; радиуса инерции, RG; структурно-чувствительного параметра, характеризующего форму частиц, ρ = RG/Rh; средневесовой молярной массы, Mw; плотности, d = Mw/(NAV)), так и термодинамического параметра – осмотического второго вириального коэффициента, A2, характеризующего термодинамическое сродство частиц комплекса к растворителю [6]. Результаты, представленные в данной работе, являются средним значением экспериментальных величин, полученных в статическом режиме при экстраполяции, выполненной по 13 углам рассеяния в диапазоне 40–140° и как минимум по семи значениям концентраци. В диинамическом режиме измерений усреднение проводили, как минимум, по десяти независимым измерениям.
Данные, полученные методом дифференциальной рефрактометрии (633 нм, “Shimadzu”, Япония) использовали для определения инкрементов показателей преломления, dn/dc, изучаемого конъюгата Каз-Na‒МД и его комплексов с липосомами, dn/dc = 0.17 · 10–3 ± 0.01 м3/кг.
Метод электрофоретического лазерного рассеяния света (633 нм, Не–Ne-лазер, двуугловой анализатор размера частиц и молекул Zeta sizer Nano ZS, “Malvern”, Великобритания) использовали для измерения дзета-потенциала. Результаты, представленные в данной работе, являются средним значением, как минимум, пяти независимых измерений.
Структурное состояние бислоя изучаемых липосом как свободных, так и инкапсулированных конъюгатом, оценивали с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Спектры ЭПР были получены в присутствии спинового зонда (16-доксилстеариновой кислоты) при температуре 20 °C на спектрометре EMX (Bruker, Германия). Кажущуюся микровязкость глубоколежащих областей бислоя (20–22 Å) липосом характеризовали временем вращательной корреляции (τC) зонда 16-ДСК, которое рассчитывалось по формуле для быстрого анизотропного вращения радикала [17]. Молярное соотношение 16-ДСК и ФХ составляло 1 : 1000. Концентрация ФХ поддерживалась постоянной и равной 1.56 мг/мл. Концентрации других компонентов липосом составляли: 0.875 для ДГК, 0.1 для ЭМГ и 10 мг/мл для конъюгата (Каз-Na–МД). Результаты, представленные в данной работе, являются средним значением, как минимум, десяти независимых измерений.
Метод спектрофотомерии (спектрофотометр СФ-2000, “Спектр”, Россия) был использован для оценки как степени инкапсулирования липосом конъюгатом Каз-Na‒МД по величине абсорбции свободными липосомами, измеренной при длине волны l = 215 нм в их экстракте диэтиловым эфиром из водных растворов, так и вторичного продукта перекисного окисления липидов – малонового диальдегида (МДА) по реакции с ТБК в присутствии ТХУ.
Статистический анализ проводили с использованием программ Microsoft Excel 2013 (Microsoft Corporation, USA) и Origin Pro 8.1 (OriginLab, USA). Для определения статистических различий проводился однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с Тьюки (Tukey)-тестом. Статистическая значимость различий между сравниваемыми группами устанавливалась на уровне p < 0.05.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Структурные и термодинамические параметры супрамолекулярных комплексов
В первую очередь необходимо отметить, что степень инкапсулирования всех видов изученных липосом конъюгатом Каз-Na‒МД составляла ≥95%. Общую структуру супрамолекулярных комплексов и их термодинамическое сродство к водной среде характеризовали методом лазерного светорассеяния в статическом, динамическом и электрофоретических режимах. В табл. 1 представлены измеренные значения структурных и термодинамических параметров образующихся супрамолекулярных комплексов конъюгата Каз-Na‒МД с липосомами (ФХ-ДГК) при отсутствии и в присутствии ЭМГ.
Таблица 1. Значения структурных и термодинамических параметров ковалентного конъюгата Каз-Na‒МД (К), а также его комплексов с липосомами ФХ-ДГК при отсутствии и в присутствии эфирного масла гвоздики (рН = 7.0, I = 0.001 М, 25 °С)
Образец | Mw ∙ 10-6, Да | RG, нм | r = RG /Rh | d, мг/см3 | A2, м3/моль | z-потенциал, мВ |
Каз-Na‒МД (К) | 6.0 ± 0.8б | 125 ± 6в | 1.75 ± 0.09а | 1.20 ± 0.12в | 2.74 ± 0.40в | - 23.0 ± 1.2в |
ФХ-ДГК-К | 101 ± 13а | 290 ± 15а | 2.10 ± 0.11а | 1.63 ± 0.20б | 123.8 ± 18.6а | - 42.76 ± 2.14а |
ФХ-ДГК-ЭМГ-К | 120 ± 15а | 212 ± 11б | 1.95 ± 0.10а | 5.19 ± 0.65а | 73.7 ± 11.1б | - 34.68 ± 1.73б |
Примечание. Индексы “а”–“в” указывают на статистически значимые различия (при p < 0.05) между сравниваемыми в одном столбце величинами измеренных параметров.
Величина структурно-чувствительного параметра r, лежащая в пределах ошибки измерений в диапазоне от 1 до 2, указывает на то, что супрамолекулярные частицы, так же как и исходный конъюгат, имели сферическую архитектуру [18]. Сопоставление средневесовых молярных масс комплексов и исходного конъюгата Каз-Na‒МД свидетельствует о значительной ассоциации исходных частиц конъюгата в результате инкапсулирования липосом. При этом коэффициент ассоциации (kMw = Mwкомплекса/Mwконъюгата) достигал величины ~17 для комплекса ФХ-ДГК-К и ~20 – для комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К. При этом, радиус инерции, RG, комплексов сохранялся, как и у конъюгата, на субмикронном уровне. В то же время коэффициент увеличения размера частиц в результате этой ассоциации (kRG = = RGкомплекс/ RGконъюгат) был практически на порядок ниже, чем kMw. А именно, kRG ≈ 2.3 для комплекса ФХ-ДГК-К и kRG ≈ 1.7 для комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К. В результате наблюдаемая ассоциация приводила к возрастанию плотности (d) комплексных частиц, величина которой достигала практически четырехкратного увеличения по сравнению с плотностью частиц конъюгата в случае присутствия ЭМГ в липосомах.
На основании этих данных можно предположить, что липосомы играли роль эффективных как межмолекулярных, так и внутримолекулярных “сшивающих” агентов, особенно в присутствии ЭМГ. Функция ЭМГ, как “сшивающего” агента белковых макромолекул, подтверждается литературными данными [6]. При этом сравнение величин z-потенциала исходного конъюгата и комплексов (табл. 1) с величиной z-потенциала соответствующих липосом – (-63.2 ± 3.2) мВ для ФХ-ДГК и (-63.3 ± 3.2) мВ для ФХ-ДГК-ЭМГ, указывает на значительное снижение z-потенциала липосом при их инкапсулировании конъюгатом Каз-Na‒МД. На основании этого можно предположить, что электростатические взаимодействия между противоположно заряженными функциональными группами белка и липидов (ФХ и ДГК) вносят существенный вклад в формирование изучаемых супрамолекулярных комплексов. При этом важно отметить, что величина z-потенциала комплексов, превышающая 30 мВ, обеспечивала им высокий уровень растворимости и коллоидной стабильности в водной среде. Это хорошо согласовывалось с высокими положительными значениями осмотического второго вириального коэффициента в разложении химических потенциалов растворителя и комплексов по концентрации, характеризуя высокое термодинамическое сродство комплексов к водной среде.
3.2. Структурное состояние бислоя липосом
Для оценки структурного состояни бислоя липосом ФХ в супрамолекулярных комплексах использовали метод ЭПР-спектроскопии. В табл. 2 представлены данные о влиянии введения ДГК и ЭМГ, а также инкапсулирования липосом коньюгатом Каз-Na–МД, на время вращательной корреляции в двух перпендикулярных направлениях (τC1, τC2) спинового зонда 16-ДСК в глубоколежащих областях (20–22 Å) бислоя липосом ФХ. Введение ДГК статистически достоверно снижало время вращательной корреляции зонда 16-ДСК, свидетельствуя об уменьшении микровязкости бислоя ФХ, находящегося в жидкокристаллическом состоянии. Этот результат был обусловлен нарушением упорядоченности бислоя за счет встраивания в него изогнутых полиненасыщенных углеводородных цепочек ДГК [19]. Добавление ЭМГ, состоящего на 72% из небольших молекул эвгенола, в изученной концентрации не изменяло время вращательной корреляции зонда 16-ДСК.
Таблица 2. Влияние ДГК, ЭМГ и коньюгата (Каз-Na – МД) на время вращательной корреляции спинового зонда 16-ДСК в глубоколежащих областях (20–22 Å) бислоев липосом ФХ, в водной среде (рН = 7.0, фосфатный буфер, I = 0.001М)
Образец | τс1 ∙ 1010, с-1 | τс2 ∙ 1010, с-1 |
ФХ | 9.60 ± 0.15б | 9.5 ± 0.1в |
ФХ-ДГК | 9.2 ± 0.1в | 9.1 ± 0.1г |
ФХ-ДГК-ЭМГ | 9.2 ± 0.1в | 9.0 ± 0.3г |
ФХ-ДГК-К | 18.7 ± 0.4а | 15.90 ± 0.05а |
ФХ-ДГК-ЭМГ-К | 18.2 ± 0.6а | 15.0 ± 0.5б |
Индексы “а” –“г” указывают на статистически значимые различия (при p < 0.05) между сравниваемыми в одном столбце величинами измеренных параметров.
В то же время инкапсулирование липосом конъюгатом приводило к ярко выраженному возрастанию времен вращательной корреляции зонда 16-ДСК, указывая на значительное увеличение микровязкости в глубоколежащих областях (20–22 Å) бислоя липосом ФХ. Такое влияние конъюгата, очевидно, было связано со встраиванием гидрофобных участков белка в бислой, приводя к его уплотнению [20].
Дополнительная информация о влиянии введения ДГК, ЭМГ и инкапсулирования коньюгатом Каз-Na–МД на структурное состояние бислоя липосом была получена на липосомах модельного дипальмитоилфосфатидилхолина методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Из рис. 1 видно, что на термограмме, полученной для липосом ДПФХ, при температуре t = (41.3 ± 0.1) °C наблюдается фазовый переход (ФП) бислоя из гелеподобного фазового состояния в жидкокристаллическое. Этот переход характеризуется величиной энтальпии DНФП = (17.4 ± 1.6) кДж/моль. Инкапсулирование липосом ДПФХ конъюгатом приводило к небольшому сдвигу температуры ФП, (41.5 ± 0.1) °C, и статистически значимому возрастанию энтальпии, (25.2 ± 2.3) кДж/моль. По-видимому, этот результат подтверждает данные ЭПР-спектроскопии, предполагающей встраивание гидрофобных участков белка в бислой липосом ДПФХ. При этом увеличение DНФП могло свидетельствовать как о формировании новых гидрофобных связей между гидрофобными функциональными группами белка и углеводородными цепочками жирных кислот в бислое ДПФХ, так и о возрастании энергии гидрофобного притяжения между углеводородными цепочками жирных кислот ДПФХ, формирующих бислой.
Рис. 1. Термограммы фазового перехода бислоя липосом ДПФХ (0.5 · 10-3 М) из гелеподобного в жидкокристаллическое состояние в присутствии ДГК, ЭМГ и в результате инкапсулирования конъюгатом (Каз-Na-МД); рН = 7.0, I = 0.001 М.
В присутствии ЭМГ в бислое ДПФХ встраивание гидрофобных участков белка, входящего в состав конъюгата, приводило к не столь выраженному возрастанию энтальпии ФП, (21.3 ± 1.9) кДж/моль, и снижению температуры ФП, (41.1 ± 0.1) oC. По-видимому, в присутствии ЭМГ меньшее число гидрофобных взаимодействий белок–ДПФХ было реализовано.
В то же время встраивание ДГК в бислой липосом ДПФХ переводило его из гелеподобного состояния в жидкокристаллическое при температуре менее 40 °C, и фазовый переход между этими двумя состояниями на термограммах исчезал (рис. 1). Этот результат согласуется с уменьшением микровязкости жидкокристаллического бислоя ФХ в присутствии ДГК, обнаруженным методом ЭПР-спектроскопии. При этом инкапсулирование липосом ДПФХ-ДГК и ДПФХ-ДГК-ЭМГ конъюгатом не могло вернуть бислой из жидкокристаллического состояния в гелеподобное, как хорошо видно на рис. 1.
3.3. Защита ПНЖК от окисления
Высокая плотность (табл. 1) супрамолекулярного комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К, а также значительное возрастание микровязкости бислоя инкапсулированных в нем липосом (табл. 2) препятствовали диффузии кислорода к ПНЖК, входящим в их состав, тем самым способствуя защите их от автоокисления кислородом воздуха. Об этом свидетельствовало отсутствие накопления малонового диальдегида в растворе комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К при его хранении в течение 24 сут при комнатной температуре на свету (рис. 2). При этом следует отметить, что такой эффективный растительный антиоксидант, как ЭМГ, также вносил вклад в эту защиту (рис. 2).
Рис. 2. Накопление вторичного продукта перекисного окисления ПНЖК (МДА) в водных растворах липосом ФХ-ДГК (1), ФХ-ДГК-ЭМГ (2) и супрамолекулярного комплекса ФХ-ДГК-ЭМГ-К (3) при их хранении в течение 24 сут при комнатной температуре (20–22 оС) на свету (рН = 7.0, I = 0.001 М).
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сформированный супрамолекулярный комплекс ФХ-ДГК-ЭМГ-К отвечал всем требованиям, предъявляемым к системам доставки нутрицевтиков. Так, инкапсулирование конъюгатом Каз-Na-МД липосомальной формы ДГК в присутствии ЭМГ, сопровождающееся значительным повышением микровязкости бислоя липосом, ярко выраженной ассоциацией исходного конъюгата и повышением плотности комплекса, препятствовало окислению и деградации ДГК и ПНЖК фосфатидилхолина. Кроме этого, термодинамическое сродство комплекса к водной среде, а также его наноразмеры и высокий дзета-потенциал, обеспечивали его высокую водорастворимость. Это является одним из ключевых факторов, определяющих усвоение пероральной системы доставки в биологических жидкостях пищеварительного тракта, на более чем 90%, состоящих из воды.
В этом исследовании были использованы приборы ЦКП ИБХФ РАН (центра магнитной спектроскопии и сектора лазерного светорассеяния).
Авторы выражают благодарность фирмам Lipoid GmbH (Германия) и AVEBE Group (Нидерланды) за бесплатное предоставление образцов фосфатидилхолина и мальтодекстрина для этого исследования соответственно.
Работа Семёновой, Антиповой, Мартиросовой, Зеликиной и Пальминой была поддержана грантом № 21-16-00085 Российского научного фонда (https://rscf.ru/project/21-16-00085/): работа Анохиной и Богдановой, как разработчиков методологии проведения измерений поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (рег. № научной темы: 122041300204-1).
Об авторах
М. Г. Семёнова
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
А. С. Антипова
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
Е. И. Мартиросова
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
М. С. Анохина
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
Д. В. Зеликина
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
Н. Г. Богданова
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
Н. П. Пальмина
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Email: mariagersem@mail.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Ahmmed M.K., Ahmmed F., Tian H. et al. // Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2020. V. 19. № 1. P. 64.
- Kalkman H.O., Hersberger M., Walitza S. et al. // Intern. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 9. Article 4393.
- Patel A., Desai S.S., Mane V.K. et al. // Trends Food Sci. Technol. 2022. V. 120. P. 140.
- Scotto di Palumbo A., McSwiney F.T., Hone M. et al. // J. Diet. Suppl. 2022. V. 19. № 4. P. 499.
- Kharat M., McClements D.J. // J. Colloid Interface Sci. 2019. V. 557. P. 506.
- Александрова В.А., Футорянская А.М. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. С. 66.
- Шишкина Л.Н., Козлов М.В., Константинова Т.В. и др. // Хим. физика. 2023. T. 42. № 1. С. 28.
- Piwowarczyk L., Kucinska M., Tomczak S. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 8. Article 1274.
- Na J.-Y., Song K., Kim S. et al. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2015. V. 460. № 2. P. 308.
- Терешкин Э.В., Терешкина К.Б., Лойко Н.Г.и др. // Хим. физика. 2023. T. 42. № 5. С. 30.
- Стовбун С.В., Веденкин А.С., Михалёва М.Г. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 12. С. 66.
- Falsafi S.R., Rostamabadi H., Samborska K. et al. // Pharmacol. Res. 2022. V. 178. Article 106164.
- Gumus C.E., Davidov-Pardo G., McClements D. J. // Food Hydrocolloids. 2016. V. 60. P. 38.
- Misharina T.A., Alinkina E.S., Vorobjeva A.K. et al. // Appl. Biochem. Microbiol. 2016. V. 52. № 3. P. 336.
- Методические рекомендации MP 2.3.1.0253-21. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. М.: Роспотребнадзор, 2021. С. 72.
- Zelikina D., Chebotarev S., Komarova A. et al. // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 651. Article 129630.
- Buttefield D.A., Whisnant C.C., Chesnut D.B. // BBA. 1976. V. 426 № 4. P. 697.
- Burchard W. Light scattering technigue. // Physical techniques for the study of food biopolymers / Ed. Ross-Murphy S.B. Glasgow: Blackie, 1994. P. 151.
- Pedroni V.I., Sierra M.B., Alarćon L.M. et al. // Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2021. V. 1863. № 6. Article 183584.
- Dragicevic-Curic N., Friedrich M., Petersen S. et al. // Intern. J. Pharm. 2011. V. 412. № 1–2. P. 85.
Дополнительные файлы




