Коллектив лаборатории функциональных свойств биополимеров Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН в сотрудничестве с коллегами из других лабораторий ИБХФ РАН представили результаты своей работы в серии из двух статей в журнале International Dairy Journal (Q1 — Food Science (SJR) IF = 3.1). Эта серия статей раскрывает этапы разработки, а также анализ взаимосвязей между физико-химическими свойствами наноразмерных комплексных частиц профилактического назначения, содержащих липосомальную форму комбинации биологически активных веществ (БАВ), и биодоступностью последних в модельных условиях пищеварительного тракта in vitro.

Руководитель проекта РНФ (грант № 21-76-00045) в рамках которого были подготовлены эти статьи, научный сотрудник ИБХФ РАН кандидат химических наук Дарья Викторовна Зеликина объясняет: «Состав частиц, предложенный нами, является уникальным и включает такие полезные для здоровья человека природные вещества, как растительный антиоксидант полифенольного происхождения куркумин, длинноцепочечные омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты и фосфолипиды сои. Эти вещества являются нутрицевтиками, то есть биологически активными веществами, обладающими как питательной, так и фармацевтической ценностью, эффективность профилактического действия которых была многократно доказана. Так, например, куркумин был выбран за его антиоксидантное, противовоспалительное и антибактериальное действие. Эйкозапентаеновая и докозагексаеновая омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты способствуют укреплению иммунитета, оказывают противовоспалительное действие, участвуют в регулировании микробиома кишечника, могут проявлять антиоксидантные, антикоагулирующие и противоопухолевые свойства.

В качестве наноразмерной „матрицы“, или „нанокапсулы“, предназначенной для сохранения и доставки этих нутрицевтиков мы предложили использовать новую гибридную форму смеси пищевых биополимеров, включающую изолят сывороточных белков молока и полисахарид хитозан, объединённые ковалентной связью (иначе „ковалентный конъюгат“). Как исследователям нам важно учесть особенности молекулярной структуры комплексных частиц в целом и каждого их компонента в отдельности и на основании этого уметь предвидеть различные физико-химические факторы, которые могли бы повлиять на их поведение как в пищевой системе, так и в организме человека. Кроме того, достижение и доказательство физической и химической стабильности биологически активных веществ является необходимым на всех этапах производства и при хранении. Также мы значительное внимание уделяем изучению поведения полученных комплексных частиц в процессе модельного переваривания в желудочно-кишечном тракте in vitro, чтобы определить, как будут „высвобождаться“ инкапсулированные нутрицевтики из наноразмерной биополимерной капсулы. Благодаря использованию высокоточных приборов и широкого ряда физико-химических методов (в частности, уникального отечественного прибора — многоуглового лазерного светорассеяния), мы имеем возможность увидеть трансформации частиц, происходящие на молекулярном уровне на разных этапах переваривания — „во рту“, „в желудке“, „в тонком кишечнике“. Это экологичный и полностью безопасный подход, который даёт принципиально новые сведения о таких параметрах, как размеры, плотность, архитектура частиц — то есть даёт возможность выявить взаимосвязи между молекулярной структурой и теми свойствами, благодаря которым мы наблюдаем необходимую функциональность».

Исследования показали, что ковалентный конъюгат изолята сывороточных белков молока и хитозана обеспечивает эффективную инкапсулирующую способность (94±2 %) в отношении липосомальной формы жирорастворимых нутрицевтиков (куркумина и омега-3 ПНЖК), а также полную растворимость биополимерной нанокапсулы в области изоэлектрической точки белков (рН = 4.5), т. е. в области наименьшей растворимости самих белков молока. Такой высокий уровень инкапсулирования и растворимости учёные объясняют особенностями молекулярной структуры нового сконструированного гибридного биополимера, которую можно сравнить с моделью «ядро — оболочка», где «ядром» выступают объединённые в центре молекулы белка, в то время как поверхность представлена, главным образом, линейным полисахаридом хитозаном. Среди других важных преимуществ биополимерной нанокапсулы установлена пролонгированная защита куркумина от деградации (до 45±5 % по массе) и полиненасыщенных жирных кислот от окисления (до 80±4 % по массе) на 8–11 сутки хранения при комнатной температуре, на свету.

Исследования биодоступности показали, что инкапсулированные нутрицевтики практически равномерно высвобождались из биополимерной нанокапсулы благодаря её гидролизу пищеварительными ферментами. В модельных средах пищеварительного тракта in vitro это высвобождение достигало 54±9 % в «желудке» и 46±9 % в «тонком кишечнике». Особенно интересным оказалось то, что выпуск нутрицевтиков на стадии «желудок» был обусловлен гидролизом ферментом пепсином не только «белковых», как предполагалось, но и «хитозановых» участков конъюгата. Впервые было показано взаимодействие «высвобожденных» липосом с желчными солями, что приводило к формированию смешанных мицелл, что должно способствовать высокому биоусвоению нутрицевтиков.

Полученные результаты открывают возможность использования разработанной водорастворимой биополимерной нанокапсулы, загруженной липосомальной формой нутрицевтиков, в качестве универсального физиологически функционального ингредиента для создания широкой линейки обогащённых функциональных и специальных продуктов питания.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, грант № 21-76-00045, а также Министерства науки и высшего образования РФ (номер государственной регистрации темы исследования: 122041300204-1).

Источник: пресс-служба ИБХФ РАН.