一种在脂质体递送系统中的超声辅助纳米包封技术可提高猕猴桃叶原花青素生物稳定性及生物利用度 | |||
Ultrasonic-assisted nanoencapsulation of kiwi leaves proanthocyanidins in liposome delivery system for enhanced biostability and bioavailability | |||
Food Chemistry | |||
| 1区 | 8.8 | ||
Ji-Min Lv | 陈建初 | ||
College of Biosystems Engineering and Food Science, National-Local Joint Engineering Laboratory of Intelligent Food Technology and Equipment, Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing, Zhejiang Engineering Laboratory of Food Technology and Equipment, Zhejiang University, Hangzhou, China | |||
| 原文 链接 | https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814623004119 | ||
原花青素较差的生物稳定性和生物利用度限制了其应用。在本研究中，假设使用超声技术将其包封在卵磷脂基纳米脂质体中可以改善上述性质。在预实验的基础上，考察了卵磷脂质量比（1-9%，wt.）、pH（3.2-6.8）、超声功率（0-540 W）、超声时间（0-10 min）对纯化后的猕猴桃叶原花青素（PKLPs）生物稳定性和生物利用度的影响。在卵磷脂（5%，wt.）、pH=3.2、超声功率（270 W）和时间（5 min）的最佳条件下制备的纳米脂质体显示出显著改善的理化稳定性、均一性和较高的包封率（73.84%）。在体外消化过程中，PKLPs的生物可及性增加了2.28-3.07倍，具有显著的缓释性和向小肠的递送作用。通过体内分析也得到了类似的结果，与对照组相比，PKLPs的生物可及性增加了200%以上。因此，装载PKLPs的纳米脂质体在食品和补充剂中具有广泛的应用前景。
原花青素（Proanthocyanidins，PAs）是植物界广泛分布的酚类化合物，由于其具有多种促进健康和疾病预防特性，近年来受到广泛关注，常常应用于膳食补充剂、化妆品和医药产品中。但PAs在加工和储存过程中的不稳定性以及对环境条件的敏感性，包括温度、pH、光照和氧化，极大地限制了它们的应用。纳米包封被认为是优化PAs 稳定性和保持其多种生物活性的有效技术。脂质体由于其在模拟胃肠道条件下良好的消化率和优异的吸收效果，常被用作载体系统。其中，大豆卵磷脂被认为是生产纳米脂质体的良好材料。由于具有众多优点，如安全、简单、成本较低等，超声已为一种出色的纳米包封技术。
本研究制备了大豆卵磷脂基纳米脂质体作为PKLPs的载体系统，采用不同功率和不同处理时间进行超声处理，制备纳米脂质体。考察卵磷脂比例、pH等关键参数对PKLPs纳米脂质体稳定性和包封率的影响，以获得最佳处理条件，并对纳米脂质体中PKLPs的体内外生物利用度和药代动力学进行了研究。
1.卵磷脂质量比对纳米脂质体稳定性和包封率的影响
生物活性成分的包封率（EE）、生物稳定性、保留率和控释率是评价纳米包封递送系统有效性的基本参数。
以不同卵磷脂质量比（1-9% wt.）在醋酸钠-醋酸缓冲液（pH 4.0）中制备纳米脂质体，通过分析粒径、多分散指数（PDI）和zeta电位来确定其稳定性和均一性（表1）。粒径和PDI随着卵磷脂浓度的增加而增加，当卵磷脂质量比超过5%时，这一现象尤为明显。当卵磷脂质量比为7%或9%时，EE最高。当卵磷脂质量比为5%时，可以获得较好的EE（73.57%），同时具有良好的纳米脂质体稳定性。
表1 不同卵磷脂质量比和pH条件下不同纳米脂质体的物理特性
2.pH对纳米脂质体物理稳定性和包封率的影响
对一系列pH值（3.2-6.8）条件下制备的PKLPs载药和未载药纳米脂质体进行稳定性和包封率评价（表1）。对于两种纳米脂质体，pH值的增加导致平均粒径和PDI的增加。根据平均粒径和PDI测得的纳米脂质体的稳定性分别在pH 3.2和4.0时最高。在pH 3.2时获得的PKLPs纳米脂质体具有最高的zeta电位，较小的粒径，较低的PDI和较好的包封率。因此，选择pH为3.2的醋酸钠-醋酸缓冲液作为进一步研究的最佳条件。
3.超声功率和时间对纳米脂质体物理稳定性和包封率的影响
结果表明（表2），与对照组相比，在适当的超声功率下，纳米脂质体的稳定性和均一性显著增加。从超声处理时间的结果来看，适当增加超声时间（<5 min），粒径、PDI和zeta电位均有所改善，稳定性和均一性显著提高。综合考虑选择超声功率（270 W）和时间（5 min）作为后续实验的最佳参数。
表2 不同超声功率和时间下不同纳米脂质体的物理特性
4.贮藏温度和时间对纳米脂质体物理稳定性的影响
对最优条件下制备的PKLPs纳米脂质体在不同温度（4、25、37、45℃）下储存30天的稳定性进行测定（表3）。纳米脂质体的平均粒径和zeta电位在最初的两周内保持稳定。然而，在接下来的两周内观察到了显著的变化。
表3 PKLPs纳米脂质体在不同温度储存中的稳定性
5.分子对接确定PKLPs与大豆卵磷脂之间的分子相互作用
采用分子对接分析来验证PKLPs与卵磷脂之间的分子相互作用及其潜在机制（图1）。结果表明，由于磷脂分子数量不足，PKLPs与卵磷脂在低卵磷脂质量比下会形成胶束。PKLPs中的羟基通过氢键与纳米脂质体中的氨基残基相互作用，这表明氢键在促进相互作用中发挥了重要作用。
图1 大豆卵磷脂纳米脂质体包裹的寡聚PKLPs的分子对接模拟
(a)胶束结构形成示意图，(b)胶束的放大作用，(c)纳米脂质体结构形成示意图，(d)纳米脂质体的放大相互作用，PKLPs用绿色表示；大豆卵磷脂和大豆卵磷脂中的氨基酸基团分别用蓝色和红色表示。黄色虚线代表氢键
6.体外模拟胃肠消化对PKLPs纳米脂质体理化性质、生物稳定性的影响
测得预消化PKLPs载药纳米脂质体和未载药纳米脂质体的zeta电位分别为27.97±2.25和29.9±5.11 mV，胃阶段结束后，载药和未载药纳米脂质体的表面电位分别显著降低至9.67±1.09和12.4±0.70 mV（图2a）。小肠消化后，纳米脂质体表面的绝对电位显著增加。总体而言，PKLPs纳米脂质体在口服和胃消化阶段比在肠道消化阶段更稳定。
体外消化对粒径的影响通过光散射法测量粒径来确定。利用透射电子显微镜（TEM）和激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）对纳米粒子的微观结构进行了表征。消化前，载药和未载药纳米脂质体的粒径最小，分别为124.27±2.60和84.86±1.55 nm。此外，通过TEM得到的PKLPs纳米脂质体的微观结构表明，原始胶束呈半球形，表面光滑，粒径分布相似（图3a）。
图2 (a) PKLPs载药和未载药纳米脂质体在模拟体外胃肠消化过程中的平均粒径和(b)表面电荷，(c) PKLPs纳米脂质体和游离水相中PKLPs在模拟体外消化过程中的生物可及性，(d)大鼠口服PKLPs纳米脂质体和游离PKLPs水溶液后，单体黄烷-3-醇的药代动力学特征(e)大鼠口服PKLPs纳米脂质体和游离PKLPs水溶液后PKLPs二聚体的药代动力学特征
7.模拟胃肠消化对载药纳米脂质体中PKLPs生物可及性的影响采用HPLC-DAD分析研究了纳米脂质体和游离形式（对照组）中PKLPs在体外消化过程中的生物可及性。由图3可知，纳米脂质体的形状不规则，在小肠阶段有明显的破裂，这表明包封的酚类化合物释放到水系统中。结合图2c可知，PKLPs逐渐释放出来，与水溶液相比，PKLPs纳米脂质体中化合物的生物可及性显著提高。
图3 (a) PKLPs纳米脂质体在模拟体外消化过程中的TEM照片，(b)PKLPs纳米脂质体在模拟体外消化过程中的激光共聚焦显微图像
8.PKLPs的体内生物利用度研究采用HPLC监测单体黄烷-3-醇（图2d）和PKLPs二聚体（图2e）的药代动力学，并使用标准品进行定量。如图2d所示，在最初的吸收阶段（前4 h内），负载纳米脂质体中的单体浓度明显低于水体系中的单体浓度。然而，根据药代动力学曲线，血浆儿茶素浓度在4 h后显著增加，在8 h达到最大（33.25±8.38 μg/mL）。这代表着与同期对照（16.04±3.69 μg/mL）相比，生物可给性增加了200%以上。
9.PKLPs的抗氧化能力
游离形式PKLPs的抗氧化能力显著高于载药纳米脂质体。与其他样品相比，未载药纳米脂质体的抗氧化能力显著降低，表明PKLPs在纳米脂质体的抗氧化能力中起着至关重要的作用。
采用卵磷脂比例（5%，wt.）、pH=3.2、超声功率（270 W）和时间（5 min）制备的纳米脂质体在理化稳定性（粒径：108.15±8.37 nm，zeta电位：41.10±5.20 mV）、均一性（PDI为0.28±0.03）和高包封率（73.84±4.73%）方面均有显著改善。这表明超声在保持载体系统良好的物理和储存稳定性的同时，具有良好的辅助包封PKLPs的能力。对PKLPs纳米脂质体进行体外模拟胃肠消化，结果表明所制备的纳米脂质体能够保护PKLPs免受降解过程的影响，并在小肠阶段释放。同时，与游离水溶液（44.01-54.52 μg/mL）相比，纳米包封显著提高了PKLPs （124.83-135.43 μg/mL）的生物可及性。通过体内药代动力学研究证实了PKLPs的生物利用度，与对照组相比，载药纳米脂质体中PKLPs的生物可及性增加了200%以上。总体而言，超声辅助纳米包封可有效提高PKLPs的稳定性和生物利用度，在食品或医药行业具有巨大的应用潜力。
本文图表均来自本文献
文献解读：吕欣然
编辑：吕欣然
校稿：赵沁雨
审核：马婷婷
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