Учёные создали систему «упаковки» биологически активных веществ для приёма внутрь

Российские исследователи создали водорастворимые биополимерные наносистемы для контролируемой пероральной доставки биологически активных веществ 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). Исследование опубликовано в журнале Food & Function.

«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 автор работы, заведующая лабораторией функциональных свойств биополимеров ИБХФ РАН Мария Семёнова.

Однако здесь есть важная проблема: 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. Для защиты нутрицевтиков от неблагоприятного воздействия окружающей среды, а также для обеспечения их высокого уровня биоусвоения в организме человека исследователи лаборатории функциональных свойств биополимеров ИБХФ РАН задались целью создать систему доставки, включающей двойное инкапсулирование различных по природе нутрицевтиков сначала в липосомы фосфатидилхолина, а затем — инкапсулирование липосом, загруженных нутрицевтиками, пищевыми биополимерами.

В новой статье авторы представили результаты, посвящённые 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 % для триглицеридов рыбьего жира и эфирного масла гвоздики, около 82 % для витамина D3 и 50 % для 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 так называемого ζ-потенциала (важный показатель для коллоидных частиц) и субмикронным размерам. Кроме того, высокая плотность комплексов препятствовала диффузии кислорода к находящимя внутри липосом нутрицевтикам во время хранения (до 22 дней на свету при 200С), что мешало окислению и деградации биологически активных веществ.

Изучение поведения сформированных комплексных частиц (ИСБ-липосомы-хитозан) в условиях модели 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 смоделированной 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, авторы обнаружили значительное влияние жёлчных солей, присутствующих в биологической жидкости тонкого кишечника, на структурное состояние двойного слоя липосом, высвобожденных из комплексов. Под воздействием жёлчных солей происходило снижение поверхностной жёсткости этого двойного слоя, что могло способствовать формированию смешанных мицелл между липосомами фосфолипида и жёлчными солями, сохраняющих солюбилизацию гидрофобных нутрицевтиков в условиях ферментативного гидролиза липосом фосфолипида под воздействием фосфолипазы в тонком кишечнике, обеспечивая их биодоступность. Как полагают авторы, формирование смешанных мицелл между липосомами фосфолипидов и мицеллами жёлчных 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 усвоение нутрицевтиков в клетках пищеварительного тракта.

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).