ИЗУЧЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ ФАЗОВОЙ РАСТВОРИМОСТИ СПИРТОВОГО ЭКСТРАКТА ЭНДЕМИКА Ajuga Turkestanica (Regel) Briq. В ПРИСУТСТВИИ ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ

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 комплексообразования между ЦД и фитокомпонентами экстракта.

ABSTRACT

This paper presents an experimental evaluation of the effectiveness of using cyclodextrins (СD) 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 γ-ЦД индуцировало повышение уровней ферментов печени, метаболизирующих ксенобиотики, к числу которых относятся PPARγ, 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 токотриенолом фракции из рисовых отрубей, инкапсулированных γ-ЦД. Экстракт бразильского зелёного прополиса в сочетании с γ-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-β-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 β-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 CCl₄.

Ajuga turkestanica L. издавна используется в народной медицине Средней Азии, особенно в Узбекистане. Спиртовой экстракт Ajuga turkestanica L. (ATЭ) 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 ATЭ модифицирован для получения оптимального продукта, обогащённого группами таких фитохимических веществ, как флавоноиды, полифенолы, дубильные вещества, сапонины, которые, как известно, отвечают за основные терапевтические свойства растения. При помощи циклодекстринов 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 γ-ЦД и 2-ГП-β-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±1ºС) 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 γ-ЦД и 2-ГП-β-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 (∆Gº), энтальпии (ΔHº) и энтропии (∆Sº) процесса комплексообразования [10].

Полученные результаты обрабатывали статистически с помощью программы “Prism 8.0”. Данные оценивали, используя параметрический t-критерий Cтьюдента, 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 ATЭ:ЦД не выявил значимой разницы в профиле поглощения. Однако были различия в интенсивности пиков. Так, в полосе II интенсивность поглощения ATЭ составляла 0,864 AU, тогда как интенсивность поглощения ATЭ:γЦД и ATЭ:2ГПβЦД увеличивалась пропорционально уменьшению дозы ЦД. Соотношение ATЭ:2ГПβЦД 1:1 показало самое высокое поглощение - 1,429 AU и линейно уменьшилось до 0,858 AU при соотношении 1:5. Такая же тенденция наблюдалась для ATЭ:γЦД – 1,447 AU (1:1 ATЭ:γЦД) с неуклонным снижением до 0,853 AU (1:5 ATЭ:γЦД) (гиперхромный сдвиг). Батохромных и гипсохромных 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 ATЭ.

На основании профилей растворимости фаз рассчитывали константу устойчивости (К) и значение свободной энергии Гиббса (∆G). Так, K ATЭ:2ГПβЦД составило 2,60 М^-1, ATЭ:γЦД – 4,46 М^-1; ∆G АТЭ:2ГПβЦД составила -2331,1 кДж·моль^-1, ∆G АТЭ:γЦД составила -3643,65 кДж·моль^-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

В случае образца АТЭ:γЦД значение К было выше, чем в случае образца ATE:2HPβCD, что может быть связано с различием в объёмах внутренней полости используемых циклодекстринов, что приводит к более выгодному стерическому взаимодействию молекулы гостя с молекулой γ-ЦД, чем 2-ГП-β-ЦД. Термодинамические параметры растворения АТЭ в присутствии как γ-ЦД, так и 2-ГП-β-ЦД характеризовались отрицательным значением свободной энергии Гиббса ΔG, что указывает на самопроизвольный процесс, в то время как небольшие положительные значения энтальпии ΔH в обоих случаях характеризуют процесс комплексообразования как эндотермический процесс [11]. Относительно невысокое значение энтропии процесса ∆S 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 γ-ЦД и 2-ГП-β-ЦД характеризовалась спонтанным и эндотермическим растворением и гидрофобными взаимодействиями, что указывает на возможность использования как γ-ЦД,  так и 2-ГП-β-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 γ-tocotrienol in mice by γ-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 γ-cyclodextrin complex in mice fed a western-type diet // Int. J. Mol. Sci. 2017. 18:1141.
4. Escobar-Avello D., Avendaño-Godoy J., Santos J., Lozano-Castellón J., Mardones C., von Baer D., Luengo J., Lamuela-Raventós R.M., Vallverdú-Queralt A., Gómez-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-β-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 extract/β-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.