Ученые Уральского федерального университета и Института физики металлов УрО РАН разработали технологию, которая обеспечивает эффективную доставку внутрь организма и полноценное усвоение пиперина — жгучего вещества в составе черного перца, которое обладает многочисленными полезными биологическими активностями. Основная идея заключается в том, чтобы поместить пиперин в капсулу, которая легко транспортируется и поглощается в организме. Статья с описанием технологии опубликована в журнале Food Hidrocolloids. Исследования поддержаны Российским научным фондом (грант № 20-66-47017).
Пиперин обладает кардиопротекторной, противодиабетической, антиоксидантной, противовоспалительной и противоопухолевой активностями. Кроме того, пиперин способствует предупреждению различных нейродегенеративных заболеваний. Однако его применению препятствуют низкая скорость растворения и абсорбции в организме человека. Чтобы решить эту проблему, ученые УрФУ и ИФМ УрО РАН поместили пиперин в капсулы — полимерные частицы размером меньше микрона.
«Преимущества субмикронных капсул в данном случае — это стабильность и совместимость со средой желудочно-кишечного тракта, размер капсул способствует качественной абсорбции их содержимого», — объясняет Максим Миронов, профессор кафедры технологии органического синтеза УрФУ, руководитель исследовательской группы, соавтор статьи.
Коллеги впервые в мире приготовили субмикронные носители методом полиэлектролитной самосборки из биополимеров фукоидана и хитозана, с применением сшивающего агента. Фукоидан — природное лекарственное средство широкого применения, был экстрагирован из свежих морских водорослей аскофиллум, произрастающих в Белом и Баренцевом морях. Фукоидан хорошо образует комплексы с хитозаном, который распространен в природе, безвреден, биосовместим и поддается биологическому разложению.
«Фукоидан — анионный, то есть отрицательно заряженный биополимер, хитозан — катионный, положительно заряженный. Это идеальная пара для самосборки. Отрицательно заряженные группы фукоидана моментально взаимодействовали с положительными аминогруппами хитозана, — описывает Максим Миронов. — Нашей исследовательской группой разработан оригинальный метод, позволяющий с помощью сшивающего вещества образовывать поперечные связи между молекулами фукоидана и хитозана. Это приводит к формированию миниатюрного контейнера, который захватывает пиперин. Продуктивность инкапсуляции пиперина составила порядка 93 %, это очень хороший показатель».
В последние годы наукой было предложено множество систем на основе нано- и субмикронных частиц хитозана для адресной доставки биологически активных веществ, включая пиперин. Однако эти системы стабильны только в виде коллоидных растворов — взвеси наноразмерных частиц. Такие растворы могут деградировать ввиду микробиологического разложения, а также неудобны в хранении и транспортировке. В то же время высушивание таких систем приводит к утрате их биологической активности.
«Новизна нашего подхода в том, что субмикронные частицы-контейнеры, содержащие пиперин, были подвергнуты лиофилизации — глубокой заморозке с последующим обезвоживанием и высушиванием. Высушенный материал мы легко растворяли в воде, получая продукт с исходными характеристиками, без потери полезных свойств и готовый к употреблению. При этом частицы, нагруженные пиперином, демонстрировали положительную устойчивость к стрессу, вызванному лиофилизацией: сохранялись размер, структурная целостность субмикронных носителей пиперина, эффективность его инкапсуляции», — подчеркивает Максим Миронов.
Опыты, проведенные in vitro («в пробирке»), в среде, имитирующей условия желудочно-кишечного тракта, показали значительное высвобождение пиперина из частиц-контейнеров и гораздо более высокую скорость его растворения, от 6 до 12 часов, чем у неинкапсулированного пиперина.
Антиоксидантная активность частиц, содержащих пиперин, также оказалась значительно выше, чем у неинкапсулированного пиперина. Согласно гипотезе исследовательского коллектива, свою роль сыграла внутренняя антиоксидантная активность фукоидана — основного компонента частиц-контейнеров. Пиперин в свою очередь нейтрализовал гидроксильные радикалы (ОН) в составе водного раствора, которые опасны тем, что повреждают клетки, вызывая воспаления и злокачественные опухоли.
По результатам исследований ученые сделали вывод, что полученные субмикронные частицы фукоидана-хитозана пригодны для инкапсуляции пиперина, улучшения его доставки в организм и усвоения.
Большой вклад в проведенные исследования сделан выпускником магистратуры УрФУ Эммануэлем Менсахом (Гана) и аспирантом Эммануэллой Буля (Нигерия). По словам Максима Миронова, развитию публикационной активности зарубежных молодых ученых содействует образовательная программа «Пищевая биотехнология», которая преподается в УрФУ на английском языке.
УрФУ — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
УрФУ оперативный — в телеграм.
