CC BY
7
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
DOI - 10.32743/UniChem.2023.107.5.15414
ИЗУЧЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ ФАЗОВОЙ РАСТВОРИМОСТИ СПИРТОВОГО ЭКСТРАКТА ЭНДЕМИКА Ajuga Turkestanica (Regel) Briq. В ПРИСУТСТВИИ ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ
Вахабова Мехринисо Мухиддин кизи
BSc, магистрант, биологический факультет, кафедра биофизики, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Абдуллаева Муяссархон Олимжоновна
MSc, мл. науч. сотр., лаборатория растительных цитопротекторов, Институт биоорганической химии АНРУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Рузибоев Хайдарали Собиржонович
доц., биологический факультет, зав. кафедрой биофизики, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Гайибова Сабина Наримановна
PhD, ст. науч. сотр., лаборатория растительных цитопротекторов, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gayibova. [email protected]
Арипов Тахир Фатихович
академик,
лаборатория растительных цитопротекторов, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент
STUDY OF PHASE SOLUBILITY PROFILES OF ALCOHOLIC EXTRACT OF ENDEMIC Ajuga Turkestanica (Regel) Briq. IN THE PRESENCE OF CYCLODEXTRINS
Vakhabova Mehriniso
BSc, MSc student, Faculty of Biology, Department of Biophysics, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ИЗУЧЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ ФАЗОВОЙ РАСТВОРИМОСТИ СПИРТОВОГО ЭКСТРАКТА ЭНДЕМИКА Ajuga Turkestanica (Regel) Briq. В ПРИСУТСТВИИ ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Вахабова М.М. [и др.]. 2023. 5(107). URL:
https://7universum.com/ru/nature/archive/item/15414
№5(107)_¿цл химия и биология_май, 2023 г.
Abdullaeva Muyassarhon
MSc, Junior Researcher, Laboratory of Plant Cytoprotectors,
Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Ruziboev Haydarali
Associate Professor, Faculty of Biology, Head of the Department of Biophysics, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Gayibova Sabina
PhD, senior researcher, Laboratory of Plant Cytoprotectors, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Aripov Takhir
Academician, Laboratory of Plant Cytoprotectors, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной работе представлена экспериментальная оценка эффективности применения циклодекстринов (ЦД) для солюбилизации лекарственных препаратов на основе спиртового экстракта эндемика Ajuga Turkestanica (Regel) Briq путём анализа профилей фазовой растворимости (ПФС) экстракта в присутствии различных доз ЦД. На основе полученных профилей также рассчитаны термодинамические параметры возможного комплексообразо-вания между ЦД и фитокомпонентами экстракта.
ABSTRACT
This paper presents an experimental evaluation of the effectiveness of using cyclodextrins (CD) for the solubilization of drugs based on an alcoholic extract of the endemic Ajuga Turkestanica (Regel) Briq by analyzing the phase solubility profiles (PPS) of the extract in the presence of various doses of CD. Based on the obtained profiles, the thermodynamic parameters of possible complex formation between CD and extract phytocomponents were also calculated.
Ключевые слова: солюбилизация, спектры поглощения, фитокомпоненты, термодинамика. Keywords: solubilization, absorption spectra, phytocomponents, thermodynamics.
Введение
В настоящее время циклодекстрины (ЦД) и их комплексы с растительными экстрактами ежегодно являются объектами публикаций более 1000 международных научных журналов, 30-40 обзорных статей и огромного числа патентов с многочисленными областями их применения. Так, было показано, что инкапсулирование экстракта высококалорийного чая кудин, травяного чая, получаемого завариванием высушенных листьев радума широколистного с у-ЦД индуцировало повышение уровней ферментов печени, метаболизирующих ксенобиотики, к числу которых относятся PPARy, CD36, CYP7A1, CYP3A, and GSTA1, увеличивало вес печени и усиливало аккумулирование печёночного жира [1]. Авторы Miyoshi и соавторы [2] отмечали повышенную биодоступность и физиологическую активность богатую токотриено-лом фракции из рисовых отрубей, инкапсулированных у-ЦД. Экстракт бразильского зелёного прополиса в
сочетании с у-ЦД уменьшал печёночные уровни альфа фактора некроза опухоли и уровни Sap мРНК и обладал значительными противовоспалительными свойствами [3]. Авторы Escobar-Avello и соавторы инкапсулировали экстракт виноградной лозы в гидроксипропил-бета-циклодекстрин, вторично используя, таким образом, побочные продукты виноградарства, использование которых было ранее ограничено в связи с их нестабильностью и низкой растворимостью в воде [4]. Результаты работ Hsu и соавторов показывают, что при создании комплекса экстракта ревеня с 2-ГП-р-ЦД (гидроксипропил-бета-циклодекстрин) повышается растворимость экстракта ревеня в воде и его биодоступность, усиливающие его воздействие на клетки гепатомы -печёночно клеточной аденомы [5].
Авторы Alexandra Ivan et al. изучали защитный эффект экстракта коры барбариса обыкновенного в отношении индуцированной CCl4 цитотоксичности на раковых клетках печени человека (Huh7), а также
показали, что при создании комплексов этого экстракта с ß-ЦД наблюдается усиление гепатозащитных эффектов [6]. Полученные результаты также показали, что при инкапсулировании экстракта в 1,25 раз по сравнению с не капсулированным экстрактом повышается жизнеспособность клеток, активность каспазы-3/7 уменьшается на 50% и 70% после совместной обработки капсулированным и не капсулированным экстрактом по сравнению с результатами в клетках, обработанных только CCI4.
Ajuga turkestanica L. издавна используется в народной медицине Средней Азии, особенно в Узбекистане. Спиртовой экстракт Ajuga turkestanica L. (АТЭ) является одним из основных компонентов биологически активной добавки «Мускулим», разработанной в Узбекистане (ООО «БИОТОН»), и предназначен для терапии, сводящей к минимуму стресс от чрезмерной умственной и физической нагрузки [7, 8].
Протокол экстракции АТЭ модифицирован для получения оптимального продукта, обогащенного группами таких фитохимических веществ, как флаво-ноиды, полифенолы, дубильные вещества, сапонины, которые, как известно, отвечают за основные терапевтические свойства растения. При помощи цикло-декстринов можно усилить растворимость и биодоступность активных веществ растительных экстрактов, что помогает улучшить их эффективность в фармацевтических и косметических приложениях. Эта технология также может повысить стабильность при хранении экстрактов и уменьшить отрицательное воздействие на активные вещества, вызванное оксидацией и другими процессами деградации.
В связи с вышесказанным, целью данной работы явилось исследование возможности использования циклодекстринов путём анализа профилей фазовой растворимости АТЭ в присутствии ЦД.
Материалы и методы
Для определения степени потенциальной растворимости ATЭ е в присутствии циклодекстринов использовался метод Higuchi и Connors [9]. Избыточное количество ATЭ (10 мг) смешивали отдельно с у-ЦД и 2-ГП^-ЦД, растворенными в дистиллированной воде (рабочий раствор) в пропорциях 1:1, 1:3, 1:5. Полученные образцы помещали в шейкер-инкубатор при 100 об/мин и комнатной температуре (25±1°С) на 24±1 часа для достижения равновесия и предела растворимости.
Полученные образцы отфильтровывали через мембранный фильтр с размером пор 0,2 мкм (Sartorius, Германия). Профиль фазовой растворимости (ПФР) фиксировали спектрофотометрически в диапазоне 190-550 нм для каждой отдельной концентрации циклодекстринов. На основании полученных результатов строили графики зависимости ПФР
от соотношения АТЭ:ЦД. Чтобы исключить возможный вклад у-ЦД и 2-ГП-р-ЦД в общую оптическую плотность прибор калибровали с помощью соответствующей концентрации каждого ЦД. Каждый эксперимент был поставлен в трёхкратном повторении.
Полученные профили фазовой растворимости использовали для расчета константы стабильности (К) согласно уравнению Higuchi и Connors [9]. Для подтверждения солюбилизирующего эффекта ЦД по отношению к АТЭ были рассчитаны такие термодинамические параметры, как изменение свободной энергии (AG°), энтальпии (АН°) и энтропии (AS°) процесса комплексообразования [10].
Полученные результаты обрабатывали статистически с помощью программы "Prism 8.0". Данные оценивали, используя параметрический t-критерий Стьюдента, выражали в виде M±m. Достоверными считали результаты при р<0,05.
Результаты и их обсуждение
Экспериментальная оценка эффективности применения ЦД для солюбилизации лекарственных препаратов представляет собой в первую очередь анализ ПФР. Полученные нами профили фазовой растворимости показывают, что АТЭ поглощает свет в УФ-диапазоне с характерным пиком при 245 нм (полоса II). Спектр поглощения композиций АТЭ:ЦД не выявил значимой разницы в профиле поглощения. Однако были различия в интенсивности пиков. Так, в полосе II интенсивность поглощения АТЭ составляла 0,864 AU, тогда как интенсивность поглощения АТЭ:уЦД и АТЭ:2ГПрЦД увеличивалась пропорционально уменьшению дозы ЦД. Соотношение АТЭ:2ГПрЦД 1:1 показало самое высокое поглощение - 1,429 Аи и линейно уменьшилось до 0,858 Аи при соотношении 1:5. Такая же тенденция наблюдалась для АТЭ:уЦД - 1,447 Аи (1:1 АТЭ:уЦД) с неуклонным снижением до 0,853 Аи (1:5 АТЭ:уЦД) (гиперхромный сдвиг). Батохромных и гипсохром-ных сдвигов не наблюдалось. Полоса II всех профилей спектра находилась в области поглощения, типичной для флавоноидов (бензоильная часть). Однако полоса II (циннамоильная часть, кольцо B) не показала значительного проявления ни в одном образце, что может быть связано со сложностью состава АТЭ.
На основании профилей растворимости фаз рассчитывали константу устойчивости (К) и значение свободной энергии Гиббса (AG). Так, K АТЭ:2ГПрЦД составило 2,60 М-1, АТЭ:уЦД - 4,46 М-1; AG АТЭ:2ГПрЦД составила -2331,1 кДж моль-1, AG АТЭ:уЦД составила -3643,65 кДжмоль-1 в обоих случаях, что свидетельствует о самопроизвольном и эндотермическом растворении и гидрофобных взаимодействиях. Полученные термодинамические параметры представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Основные термодинамические параметры ПФР АТЭ:ЦД
К AG АН AS
(М-1) (КДж/моль) (КДж/моль) (КДж/моль)
АТЭ:уЦД 4,46±0,8 -3643,65 0,008 0,43
ATE:2HPßCD 2,6±0,15 -2331,1 0,005 0,74
В случае образца АТЭ:уЦД значение К было выше, чем в случае образца ATE:2HPpCD, что может быть связано с различием в объёмах внутренней полости используемых циклодекстринов, что приводит к более выгодному стерическому взаимодействию молекулы гостя с молекулой у-ЦД, чем 2-ГП-р-ЦД. Термодинамические параметры растворения АТЭ в присутствии как у-ЦД, так и 2-ГП-р-ЦД характеризовались отрицательным значением свободной энергии Гиббса AG, что указывает на самопроизвольный процесс, в то время как небольшие положительные значения энтальпии АН в обоих случаях характери-
зуют процесс комплексообразования как эндотермический процесс [11]. Относительно невысокое значение энтропии процесса ДS в обоих случаях может быть связано с переносом части фитокомпонентов из водной среды в более неполярную область, какой является полость ЦД.
Таким образом, термодинамика процесса АТЭ цинарозида в присутствии у-ЦД и 2-ГП-р-ЦД характеризовалась спонтанным и эндотермическим растворением и гидрофобными взаимодействиями, что указывает на возможность использования как у-ЦД, так и 2-ГП-р-ЦД в создании комплексов с АТЭ.
Список литературы:
1. Wüpper S, Lüersen K, Rimbach G. Cyclodextrins, Natural Compounds, and Plant Bioactives-A Nutritional Perspective // Biomolecules. 2021. 9;11(3):401.
2. Miyoshi N., Wakao Y., Tomono S., Tatemichi M., Yano T., Ohshima H. The enhancement of the oral bioavailability of y-tocotrienol in mice by y-cyclodextrin inclusion // J. Nutr. Biochem. 2011. 22:1121-1126.
3. Rimbach G., Fischer A., Schloesser A., Jerz G., Ikuta N., Ishida Y., Matsuzawa R., Matsugo S., Huebbe P., Terao K., et al. Anti-inflammatory properties of brazilian green propolis encapsulated in a у-cyclodextrin complex in mice fed a western-type diet // Int. J. Mol. Sci. 2017. 18:1141.
4. Escobar-Avello D., Avendano-Godoy J., Santos J., Lozano-Castellon J., Mardones C., von Baer D., Luengo J., Lamuela-Raventos R.M., Vallverdü-Queralt A., Gomez-Gaete C. Encapsulation of Phenolic Compounds from a Grape Cane Pilot-Plant Extract in Hydroxypropyl Beta-Cyclodextrin and Maltodextrin by Spray Drying // Antioxidants. 2021.10:1130.
5. Hsu CM, Yu SC, Tsai FJ, Tsai Y. Enhancement of rhubarb extract solubility and bioactivity by 2-hydroxypropyl-ß-cyclodextrin // Carbohydr Polym. 2013. 98:1422-1429.
6. Ivan, A., Herman, H., Balta, C., Hadaruga, D.I., Mihali, C., Ardelean, A., & Hermenean, A. Berberis vulgaris ex-tract/ß-cyclodextrin complex increases protection of hepatic cells via suppression of apoptosis and lipogenesis pathways // Experimental and Therapeutic Medicine. 2017. 13, 2143-2150.
7. https://www.lsgeotar.ru/ky/muskulim-48590.html.
8. https://bioplantek.uz/product/uzbek-ajuga-turkestanica-extract/
9. Higuchi T., Connors K.A. Phase solubility techniques // Advances in Analytical Chemistry and Instrumentation. 1965. 4, P. 117-212.
10. Sinko P.J. Martin's Physical Pharmacy and Pharmaceutical Sciences // 5th Edition, Lippincott Williams, Wilkins, Philadelphia. 2006, P. 72-80.
11. Charumanee S.T., Aurawan S., Weiss-Greiler P., Wolschann P., Viernstein H., Okonogi S. Thermodynamics of the encapsulation by cyclodextrins // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2006. 81, P. 523 - 529.
