Российские ученые создали «умную» наносистему доставки нутрицевтиков
Ученые из Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН создали «умную» многослойную наносистему доставки липосомальной формы нутрицевтиков и впервые на молекулярном уровне описали механизмы ее трансформации в модельных условиях желудочно-кишечного тракта человека (in vitro).
Современные научные данные свидетельствуют о том, что обогащение пищевых продуктов нутрицевтиками — пищевыми биологически активными веществами — может рассматриваться как перспективная стратегия профилактики неинфекционных заболеваний. Однако, существенным ограничением реализация этого подхода на практике является нестабильность нутрицевтиков в различных условиях — от производства продуктов питания и их хранения до транзита через желудочно-кишечный тракт.
Так, например, длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты повреждаются под действием окислителей, а каротиноиды (β-каротин и другие) подвержены фотоиндуцированной деградации с утратой антиоксидантной активности. Кроме того, гидрофобность многих нутрицевтиков ограничивает их растворимость в водной фазе, снижая биодоступность.
Авторы разработали «умную» тройную наносистему доставки нутрицевтиков, внутри которой — липосомы из фосфатидилхолина, загруженные нутрицевтиками (омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами, β-каротином, растительным антиоксидантом), а снаружи — оболочка из природных биополимеров (сывороточного белка молока и хитозана). Эта архитектура решает сразу несколько задач: защищает биологически активные вещества от окисления и деградации, обеспечивает мукоадгезивное удержание нанокомплекса в условиях желудка и управляемое высвобождение компонентов в кишечнике.
Используя электронный парамагнитный резонанс, многоугловое лазерное светорассеяние, просвечивающую электронную микроскопию и другие точные физико-химические методы, ученые установили, что в «желудке» хитозан, обеспечивая положительный заряд (+22,2 мВ) биополимерного комплексного покрытия, приводит к удерживанию систем доставки в отрицательно заряженном мукозном слое слизистой, выстилающей весь пищеварительный тракт. При этом пролонгируется действие пищеварительных ферментов, что подготавливает системы доставки к их основному ферментативному пищеварению в тонком кишечнике. Одновременно с этим, защитное покрытие хитозана препятствует высвобождению липосом.
В «тонком кишечнике» хитозан теряет свой положительный заряд и его электростатический комплекс с белком разрушается, обеспечивая более полный гидролиз белково-липидного ядра и высвобождение из него 84 % липосом. Продукты липолиза и фосфолиполиза в условиях тонкого кишечника взаимодействуют с желчными солями, формируя смешанные наноразмерные мицеллы, содержащие нутрицевтики и обладающие слабой мукоадгезией к слизистой кишечника, что, по мнению исследователей, должно значительно повысить их биоусвоение.
«Полученные данные закладывают основу для проектирования многофункциональных систем доставки нутрицевтиков с использованием пищевых биополимеров — стимул-чувствительных наноносителей природного происхождения, что делает возможным получение полезных профилактических пищевых ингредиентов с адресной доставкой и повышенной биодоступностью нутрицевтиков в пищеварительном тракте», — рассказала руководитель исследования, доктор химических наук Мария Семенова.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России и Российского научного фонда.