19.07.2024 г.
Разработаны водорастворимые биополимерные наносистемы для контролируемой пероральной доставки биологически активных веществ (нутрицевтиков) без потерь их биологической активности и в адекватном для их оздоровительного эффекта количестве. Эти биополимерные наносистемы могут быть использованы как физиологически функциональные ингредиенты профилактических продуктов питания и напитков (обогащённых, функциональных, специализированных).
«В настоящее время общепризнано, что дефицит ряда биологически активных веществ, так называемых нутрицевтиков, в организме человека может приводить к развитию различных хронических неинфекционных заболеваний (сахарный диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, онкология и нейродегенеративные заболевания). Обогащение пищевых продуктов низкомолекулярными нутрицевтиками является эффективной стратегией в противодействии дефициту питательных веществ. На сегодняшний день одной из основных инициатив в пищевой промышленности является обогащение продуктов питания и напитков комбинациями нутрицевтиков из-за их потенциально аддитивного или даже синергетического воздействия на здоровье человека. В последнее время появились убедительные данные доказательной медицины, свидетельствующие о том, что комбинация нутрицевтиков работает лучше, чем каждый из них по отдельности», – говорит д.х.н., заведующая лабораторией функциональных свойств биополимеров ИБХФ РАН Семёнова Мария Германовна.
Однако большинство нутрицевтиков являются нестабильными соединениями, легко подвергающимися окислению и деградации в процессах пищевых производств и при хранении под воздействием повышенной температуры, кислорода воздуха и света. Кроме того, большинство нутрицевтиков имеют гидрофобную природу и не растворяются в водной среде, а значит и в биологических жидкостях пищеварительного тракта, что препятствует их биоусвоению. Таким образом, для защиты нутрицевтиков от неблагоприятного воздействия окружающей среды, а также для обеспечения их высокого уровня биоусвоения в организме человека учёными была поставлена задача создания системы доставки, включающей двойное инкапсулирование различных по природе нутрицевтиков сначала в липосомы фосфатидилхолина, а затем - инкапсулирование липосом, загруженных нутрицевтиками, пищевыми биополимерами.
В статье, опубликованной сотрудниками лаборатории функциональных свойств биополимеров ИБХФ РАН, в журнале Food & Function, были представлены результаты исследования, посвященные установлению основных структурных характеристик и межмолекулярных взаимодействий, лежащих в основе формирования, функциональных свойств и поведения в желудочно-кишечном тракте in vitro липосомальной формы нутрицевтиков, инкапсулированных изолятом сывороточных белков молока и хитозаном.
Липосомы из фосфатидилхолина использовали для инкапсуляции комбинации гидрофобных нутрицевтиков (ω-3 длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты из рыбьего жира, витамин D3, эфирное масло гвоздики), а также гидрофильного компонента – γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) – основного ингибирующего нейромедиатора центральной нервной системы. Эффективность инкапсуляции нутрицевтиков в липосомы составила: 100 ± 1% для триглицеридов рыбьего жира и эфирного масла гвоздики, 82 ± 2% для витамина D3 и 50 ± 1% ГАМК. Дальнейшее последовательное покрытие сформированных липосом противоположно заряженными биополимерами (сначала изолятом сывороточных белков (ИСБ), затем хитозаном) позволило сформировать тройные комплексы (ИСБ-липосомы-хитозан), которые демонстрировали коллоидную стабильность в водной среде благодаря достаточно высоким абсолютным значениям их z-потенциала и субмикронным размерам. Кроме того, высокая плотность комплексов препятствовала диффузии кислорода к инкапсулированным нутрицевтикам во время хранения (до 22 дней на свету при 200С), тем самым защищая их от окисления и деградации.
Изучение поведения сформированных комплексных частиц (ИСБ-липосомы-хитозан) в условиях модельного желудочно-кишечного тракта in vitro показало, что плотность тройного комплекса уменьшалась в результате гидролиза биополимеров под воздействием пищеварительных ферментов, что способствовало высвобождению инкапсулированных липосом.
Кроме того, в модельной среде желудка наблюдались сильные электростатические взаимодействия комплексных частиц, покрытых хитозаном, с муцином – основным компонентом слизистого эпителиального слоя пищеварительного тракта. Это могло приводить к пролонгированному действию пепсина, подготавливающего комплексы к дальнейшему ферментативному гидролизу в тонком кишечнике.
Помимо этого, было обнаружено значительное влияние желчных солей, присутствующих в биологической жидкости тонкого кишечника, на структурное состояние бислоёв липосом, высвобожденных из комплексов. Под воздействием желчных солей происходило снижение поверхностной жёсткости бислоя липосом. Это могло способствовать формированию смешанных мицелл между липосомами фосфолипида и желчными солями, сохраняющих солюбилизацию гидрофобных нутрицевтиков в условиях ферментативного гидролиза липосом фосфолипида под воздействием фосфолипазы в тонком кишечнике, обеспечивая их биодоступность.
По-видимому, формирование смешанных мицелл между липосомами фосфолипидов и мицеллами желчных солей, приводящее к формированию частиц меньшего размера, а также обнаруженные слабые взаимодействия между липосомами и муцином в тонком кишечнике, могут благоприятствовать их прохождению через мукозный слой, облегчая тем самым биоусвоение нутрицевтиков в клетках пищеварительного тракта.
Maria G. Semenova, Anna S. Antipova, Elena I. Martirosova, Nadezhda P. Palmina, Daria V. Zelikina, Sergey A. Chebotarev, Natalya G. Bogdanova, Maria S. Anokhina, Valery V. Kasparov Food Funct. 2024, 15, 2008–2021 https://doi.org/10.1039/d3fo04285e
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, грант № 21-16-00085, а также Министерства науки и высшего образования РФ (номер государственной регистрации темы исследования: 122041300204-1).
