我们描述了生物相容性木质素微米和亚微米颗粒的合成和表征的新颖、简单的方法。这些配方为杂质聚合物的利用提供了一种简单的方法,也为合理设计多功能载体基质提供了一种替代方案,在生物医学、制药技术和食品工业中具有潜在的适用性。
由于生物聚合物基颗粒作为有效载体系统的巨大潜力,生物聚合物微/纳米技术在人类、兽医、制药和食品技术中的适用性正在迅速增长。使用木质素作为碱性杂聚物生物基质,用于设计创新的微/亚微米配方,可以提高生物相容性,并提供各种活性官能团,为定制配方的理化性质和生物活性提供机会,适用于各种应用。本研究的目的是开发一种简单且环保的方法,用于合成微米和亚微米尺寸的木质素颗粒;评估其理化、光谱和结构特性;并检查它们包封生物活性分子的能力以及在模拟胃肠道培养基中体 外释放生物 类黄酮的潜力。所提出的方法适用于廉价和绿色的溶剂;简单、直接、快速和灵敏的过程,只需很少的设备、无毒物质和简单的表征方法,即可测定对水溶性差的生物活性化合物桑酸和槲皮素的包封能力,以及木质素基质的 体外 释放潜力。
如今,由于纤维素、壳聚糖、胶原蛋白、葡聚糖、明胶和木质素等生物聚合物作为设计具有可定制尺寸、物理化学特性和生物功能性的微/亚微米载体的前体,由于它们在组织工程、3D 生物打印、体外的适用性,在生物医学、制药和食品技术行业中有所增加疾病建模平台、包装行业、乳液制备和营养物质输送等 1,2,3.
新颖的研究强调了木质素基水凝胶以及微纳米制剂4 作为用于食品包装材料5、储能6、化妆品7、热/光稳定剂、增强材料和药物载体基质的有利载体8 用于输送疏水分子、改善紫外线阻隔剂9,作为纳米复合材料中的增强剂,以及由于最近的一些安全问题而作为无机纳米颗粒的替代品10,11,12。这种趋势背后的原因是天然生物聚合物的生物相容性、生物降解性和无毒性,以及其已证实的木质素抗氧化潜力和自由基清除、抗增殖和抗菌活性的生物活性 13,14,15,16,17。
科学文献报道了各种合成方法(自组装、抗溶剂沉淀、酸沉淀和溶剂转移)18 以及基于木质素的微/纳米级制剂的表征,包括使用昂贵或有害的溶剂,如四氢呋喃 (THF)、二甲基亚砜 (DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 和丙酮,以及使用大量设备和有毒物质的复杂、间接和繁琐的过程12,19,20.
为了克服后一种缺点,以下协议提出了使用廉价和绿色溶剂合成木质素基微/亚微米颗粒的新方法;简单、直接、快速和灵敏的过程,只需很少的设备、无毒物质和简单的方法来表征和测定对水溶性差的生物活性化合物的包封能力和木质素基质的 体外 释放潜力。所提出的实验室规模生产方法有利于制造功能性木质素载体,这些载体具有可调的尺寸、高封装容量和可持续的 体外 释放行为,利用简单的表征程序和环保化学品,可以在生物医学科学和食品技术的各个领域找到应用。将两种黄酮类化合物作为靶分子封装在木质素颗粒中:桑苷封装在微粒中,槲皮素封装在亚微米颗粒中。两种黄酮类化合物结构的区别只是第二个-OH基团在B-芳环中的位置:-OH基团在桑苷中位于2’位置,在槲皮素中位于3’位置,因此两种有机化合物都是位置异构体。后一个事实假定两种生物活性天然化合物在包封和/或释放过程中具有相似的行为。
用于设计基于生物聚合物的药物载体制剂的现代合成方法的主要关键问题之一是使用有害的有机试剂 – 挥发性和易燃溶剂,如四氢呋喃、丙酮、甲醇,甚至高浓度的DMSO – 由于可能具有毒性作用的表现,这限制了它们在生物医学、制药工业和食品技术中的适用性20, 21,22,23,24.?…
The authors have nothing to disclose.
这项研究得到了保加利亚科学基金的支持,合同编号为 KΠ-06 H59/3,并得到了特拉基亚大学科学项目编号 07/2023 FVM 的支持。
automatic-cell counter | EVE, NanoEnTek | ||
Citric acid | Sigma | 251275 | ACS reagent, ≥99.5% |
digital water bath | Memmert | ||
Eppendorf tubes, 1.5-2 mL | |||
Ethanol | Sigma | 34852-M | absolute, suitable for HPLC, ≥99.8% |
Folin–Ciocalteu’s phenol reagent | Sigma | F9252 | |
freeze dryer | Biobase | ||
gallic acid | Sigma- | BCBW7577 | monohydrate |
HCl | Sigma | 258148 | ACS reagent, 37% |
HNO3 | Sigma | 438073 | ACS reagent, 70% |
lignin, alkali | Sigma | 370959 | |
morin | Sigma | PHL82601 | |
NaCl | Sigma | S9888 | ACS reagent, ≥99.0% |
Na2CO3 | Sigma | 223530 | powder, ≥99.5%, ACS reagent |
NaOH | Sigma | 655104 | reagent grade, 97%, powder |
orbital shaker | IKA | KS 130 basic | |
pH-meter | Consort | ||
phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | RNBH7571 | |
Quercetin hydrate | Sigma | STBG3815V | |
statistical software for Excel | Microsoft Corporation | XLSTAT Version 2022.4.5. | |
Tween 80 | Sigma | P8074 | BioXtra, viscous liquid |
ultracentrifuge | Hermle | Z 326 K | |
Ultrapure water system | Adrona | INTEGRITY+ | |
ultrasound homogenizer | Bandelin Sonopuls | HD 2070 | |
UV/Vis spectrophotometer | Hach-Lange | DR 5000 |