كبسولات المستندة إلى مصنع استخراج للتطبيقات الكبسلة
Summary
يصف هذا البروتوكول / مخطوطة عملية مبسطة لإنتاج كبسولات exine sporopollenin (ثانية) من الجراثيم clavatum يكوبوديوم وللتحميل من المركبات المائية في هذه سكس.
Abstract
كبسولات المستمدة من الجراثيم ذات الأصل النباتي أو حبوب اللقاح وتوفر منصة قوية لمجموعة متنوعة من التطبيقات الكبسلة. ويتم الحصول على كبسولات Sporopollenin exine (ثانية) عند معالجة الجراثيم أو حبوب اللقاح وذلك لإزالة محتويات جبلة البوغ الداخلي. وكبسولات جوفاء الناتجة يحمل درجة عالية من التوحيد micromeritic وتحتفظ الميزات المجهرية معقدة تتعلق الأنواع النباتية معينة. هنا، علينا أن نظهر عملية مبسطة لإنتاج سكس من الجراثيم clavatum يكوبوديوم وللتحميل من المركبات المائية في هذه سكس. الإجراء العزلة المجلس الأعلى للتعليم الحالي وقد تم تحسين مؤخرا لخفض كبير في متطلبات المعالجة التي تستخدم تقليديا في المجلس الأعلى للتعليم العزلة، وضمان إنتاج كبسولات سليمة. L. الطبيعية ومنزوع الدهن جراثيم clavatum مع الأسيتون، وتعامل مع حمض الفوسفوريك، وعلى نطاق واسع غسلها لإزالة sporoplasmiمحتويات ج. بعد defatting الأسيتون، وقد تبين تجهيز خطوة واحدة باستخدام 85٪ حمض الفوسفوريك لإزالة كافة محتويات جبلة البوغ. عن طريق الحد من وقت المعالجة الحمضية إلى 30 ساعة، فمن الممكن لعزل سكس نظيفة وتجنب المجلس الأعلى للتعليم والتكسير، وهو ما ثبت تحدث مع وقت المعالجة لفترة طويلة. غسل واسعة مع الماء، وتمييع الأحماض، يخفف قواعد، والمذيبات يضمن أن جميع المواد الكيميائية والمخلفات جبلة البوغ تتم إزالة بشكل كاف. ويستخدم تقنية فراغ تحميل تحميل البروتين نموذج (الأبقار مصل الزلال) كمركب ماء تمثيلا. يوفر فراغ تحميل تقنية بسيطة لتحميل المركبات المختلفة دون الحاجة إلى المذيبات قاسية أو المواد الكيميائية غير المرغوب فيها والتي غالبا ما يطلب في بروتوكولات الكبسلة أخرى. وبناء على هذه العزلة وتحميل البروتوكولات، سكس توفير المواد الواعدة لاستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الكبسلة، مثل العلاجات والأغذية ومستحضرات التجميل، وهمز العناية الشخصيةتصدير منتجاتها.
Introduction
هناك اهتمام كبير في كبسولات ذات الأصل النباتي الطبيعي التي تم الحصول عليها من جراثيم النبات وحبوب اللقاح للاستخدام في التطبيقات الكبسلة. 1-15 في الطبيعة، وجراثيم وغبار الطلع وتوفر الحماية للمواد الوراثية الحساسة من الظروف البيئية القاسية. الهيكل الأساسي للجراثيم النبات وحبوب اللقاح ويتكون عادة قذيفة الطبقة الخارجية (exine)، طبقة القشرة الداخلية (intine)، والمواد هيولي الداخلية. وتتألف exine من البوليمر الحيوي القوي كيميائيا 1،9،10،13،16 يشار إلى sporopollenin وتتألف من intine أساسا من المواد السليلوزية 16-18 كبسولات فارغة يمكن أن تكون معزولة عن مختلف العمليات 7،9 لإزالة المواد هيولية والبروتينات، وطبقة intine. 2،12،16 هذه الكبسولات exine sporopollenin (ثانية) توفر بديلا مقنعا لencapsulants الاصطناعية بسبب توزيعها حجم الضيق والشكل النظامي. 7،9،13،19،20 وتطوير عمليات موحدة للحصول سكس من الأنواع النباتية المختلفة، مثل يكوبوديوم clavatum، يفتح إمكانات لمجموعة واسعة من التطبيقات الكبسلة في مجالات تقديم الأدوية، والأغذية، ومستحضرات التجميل. 6،10-13،21
من أجل الحصول على سكس والباحثين علاجها أولا جراثيم وغبار الطلع مع المذيبات العضوية ورجع في المحاليل القلوية لإزالة محتويات هيولي 22-25 ومع ذلك، فإن هيكل كبسولة المتبقية عازمة على لا تزال تحتوي على طبقة intine السليلوزية. من أجل إزالة هذا، بحث الباحثون استخدام لفترات طويلة تجهيز المائي الحمضية باستخدام حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك الساخن، أو حامض الفوسفوريك الساخن على مدى عدة أيام، 22-25 مع حامض الفوسفوريك أصبح الأسلوب المفضل لإزالة intine المجلس الأعلى للتعليم. 2 ومع ذلك، مستمرة وقد أظهرت الأبحاث على مدار السنين أن مختلف الجراثيم وغبار الطلع وبدرجات متفاوتة من القدرة على مقاومة قاسية تجهيز ليthods شيوعا. 26،27 بعض الجراثيم وغبار الطلع هي المتدهورة تماما وتفقد جميع السلامة الهيكلية في المحاليل القلوية القوية، أو تصبح تضررت بشدة في المحاليل الحمضية قوية. 16 هو التباين في استجابة المجلس الأعلى للتعليم لظروف العلاج بسبب الاختلافات الطفيفة في المادة الكيميائية هيكل والتشكل exine من المواد sporopollenin exine بين الأنواع. 28 نظرا لتقلب في متانة كبسولات exine sporopollenin (ثانية)، فمن الضروري لتحسين ظروف التصنيع لكل أنواع الجراثيم وغبار الطلع.
أبواغ النباتات من الأنواع L. أصبحت clavatum على مصدر واحد درس على نطاق واسع من سكس. ومن المقترح أن هذا هو في المقام الأول نظرا لتوافرها على نطاق واسع، منخفضة التكلفة، monodispersity، ومتانة الكيميائية 9،29 الجراثيم يمكن بسهولة حصاد واحتواء محتويات جبلة البوغ على شكل تجمعات من 1 – 2 ميكرون العضيات الخلوية وبiomolecules 11 L. وقد استخدمت جراثيم clavatum ومواد التشحيم مسحوق الطبيعي، 30،31 قاعدة لمستحضرات التجميل، 30 و في طب الأعشاب 32-36 لمجموعة واسعة من التطبيقات العلاجية. وسكس تم الحصول عليها من L. وقد ثبت clavatum أن تكون أكثر مرونة لمعالجة من سكس من الأنواع الأخرى من جراثيم وغبار الطلع. 2 بعد المعالجة، وقد ثبت للسكس مما أدى إلى الاحتفاظ هياكلها microridge معقدة والتوحيد الصرفي عالية مع توفير تجويف داخلي كبير لتغليف 7 وتشير الدراسات إلى أن L. سكس clavatum يمكن استخدامها لتغليف الأدوية، 10،13 اللقاحات، 11 البروتينات، 7،14 الخلايا، 8 الزيوت، 5-7،9 والمكملات الغذائية. 5،15 الملاحظة الكفاءات تحميل المجلس الأعلى للتعليم مرتفعة نسبيا بالمقارنة مع التقليدية تغليف المواد. 7 وهناك أيضا عدد من الفوائد التي أبلغ عنهاإلى المجلس الأعلى للتعليم التغليف مثل القدرة على إخفاء الأذواق، 6،10، وتوفير قدر من الحماية الطبيعية ضد الأكسدة. 12 وفي الدراسات الحالية، والأكثر شيوعا المجلس الأعلى للتعليم طريقة استخراج لL. ويستند clavatum على أربع خطوات رئيسية. خطوة واحدة هي التكثيف الراجع المذيبات في الأسيتون لمدة تصل إلى 12 ساعة على 50 درجة مئوية ليزيل الدهن جراثيم. 11 الخطوة الثانية هي التكثيف الراجع القلوية في 6٪ هيدروكسيد البوتاسيوم لمدة تصل إلى 12 ساعة على 120 درجة مئوية لإزالة حشوية والمواد البروتينية. 11 خطوة ثلاثة هي التكثيف الراجع الحمضية في 85٪ حامض الفوسفوريك لمدة تصل إلى 7 أيام عند 180 درجة مئوية لإزالة المواد intine السليلوزية 11 الخطوة الرابعة هي عملية غسل شاملة باستخدام الماء والمذيبات والأحماض والقواعد لإزالة جميع ما تبقى من مواد غير قابلة للexine والمخلفات الكيميائية.
الأهداف الرئيسية لاستخراج المجلس الأعلى للتعليم في ما يتعلق تطبيقات التغليف هي لإنتاج كبسولات والتي هي فارغة من المواد هيولية، مجانا جيئة وذهابام البروتينات المسببة للحساسية محتملة، وسليمة شكليا. 2،37 ومع ذلك، من وجهة نظر الصناعة التحويلية، فمن المهم أيضا النظر في العوامل الاقتصادية والبيئية إضافية، مثل، وكفاءة الطاقة، ومدة الإنتاج، والسلامة، والناتجة من النفايات. وفيما يتعلق كفاءة استخدام الطاقة، سواء ارتفاع درجات الحرارة وأوقات المعالجة طويلة تؤثر على تكاليف الإنتاج، فضلا عن البصمة البيئية. مدة الإنتاج والفترة الزمنية هي العوامل الرئيسية التي تؤثر الربحية المعالجة. ومما يثير القلق بشكل خاص هو أن معالجة ارتفاع درجة الحرارة يزيد من حامض الفوسفوريك قضايا السلامة وكما هو معروف أن يؤدي إلى توسيع نطاق تآكل الأمر الذي يؤدي إلى زيادة كبيرة في صيانة البنية التحتية والتأخير في أوقات دفعة تحول 38-40 حيثما كان ذلك ممكنا، والتقليل من عدد من الخطوات المطلوبة قد يؤدي إلى الحد بشكل كبير من النفايات المنتجة. ومع ذلك، تستخدم عادة عملية من أربع خطوات من L. استخراج clavatum المجلس الأعلى للتعليم لديه ببساطة إفolved من عقود من البحث وكان القليل من عملية التحسين الفعلي. في الآونة الأخيرة، Mundargi وآخرون، قدمت 41 مساهمة كبيرة في الأعمال الجارية في هذا المجال من خلال تقييم وتحسين واحدة من تقنيات استخراج المجلس الأعلى للتعليم ذكرت الأكثر شيوعا بشكل منهجي.
في القسم الأول من هذه الدراسة: defatting بوغ ويتجلى ذلك باستخدام المعالجة الأسيتون عند 50 درجة مئوية لمدة 6 ساعات. وقد أثبت الإجراءات sporoplasm وإزالة intine استخدام 85٪ تصنيع حامض الفوسفوريك عند 70 درجة مئوية لمدة 30 ساعة. يستخدم الغسيل واسعة مع الماء، والمذيبات، وحامض، وقاعدة للتدليل على إزالة محتويات جبلة البوغ المتبقية؛ والمجلس الأعلى للتعليم التجفيف ويتجلى ذلك الاستفادة التجفيف الحراري وفراغ فرن التجفيف. في القسم الثالث، المجلس الأعلى للتعليم فراغ تحميل ويتجلى ذلك الاستفادة تحميل فراغ من بروتين نموذج، زلال المصل البقري (BSA)، تليها BSA محملة-SEC الغسيل وتجفيد. في القسم الرابع، وdeterminويتجلى ذلك أوجه كفاءة التغليف BSA الاستفادة الطرد المركزي، وتحقيق صوتنة، والأشعة فوق البنفسجية / فيس الطيف.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا العمل، وتحليل منهجي لاستخراج المجلس الأعلى للتعليم من L. ويرد جراثيم clavatum ويبين هذا التقرير أنه من الممكن لإنتاج كبسولات ذات جودة أعلى مع تحقيق أيضا تبسيط كبير من قبل القائمة بروتوكول شائعة الاستخدام. 11 وعلى عكس بروتوكول الحالية التي تتطلب درجة…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the National Research Foundation (NRF-NRFF2011-01) and the National Medical Research Council (NMRC/CBRG/0005/2012).
Materials
| Lycopodium clavatum spores (s-type) | Sigma | 19108-500G-F | |
| Bovine serum albumin | Sigma | A2153-50G | |
| FITC-conjugated BSA | Sigma | A9771-250MG | |
| Phosphoric acid (85 % w/v) | Sigma | 438081-2.5L | |
| Hydrochloric acid | Sigma | V800202 | |
| Sodium hydroxide | Sigma | S5881-1KG | |
| Acetone | Sigma | V800022 | |
| Ethanol | AcME | C000356 | |
| Deionized water | Millipore purified water | ||
| Qualitative filter paper (grade No. 1, cotton cellulose) | |||
| Polystyrene microspheres (50 ± 1 µm) | Thermoscientific (CA, USA) | 4250A | |
| Vectashield | Vector labs (CA, USA) | H-1000 | |
| Sticky-slides, D 263 M Schott glass, No.1.5H (170 μm, 25 mm x 75 mm) unsterile glass slide | Ibidi GmbH (Munich, Germany) | 10812 | |
| Commercial Lycopodium SECs (L-type) | Polysciences, Inc. (PA, USA) | 16867-1 | |
| Heating plates | IKA, Germany | ||
| Scanning electron microscope | Jeol, Japan | JFC-1600 | |
| Elemental analyzer | Elementar, Germany | VarioEL III | |
| FlowCam: The benchtop system | Fluid Imaging Technologies, USA | FlowCamVS | |
| Confocal laser scanning microscope | Carl Zeiss, Germany | LSM710 | |
| Freeze dryer | Labconco, USA | ||
| UV Spectrometer | Boeco, Germany | S220 |
References
- Paunov, V. N., Mackenzie, G., Stoyanov, S. D. Sporopollenin micro-reactors for in-situ preparation, encapsulation and targeted delivery of active components. J. Mater. Chem. 17 (7), 609-612 (2007).
- Barrier, S. . Physical and chemical properties of sporopollenin exine particles. Doctoral dissertation thesis. , (2008).
- Beckett, S. T., Atkin, S. L., Mackenzie, G. Dosage Form. US Patent. , (2009).
- Lorch, M., et al. MRI contrast agent delivery using spore capsules: controlled release in blood plasma. Chem. Comm. (42), 6442-6444 (2009).
- Wakil, A., Mackenzie, G., Diego-Taboada, A., Bell, J. G., Atkin, S. L. Enhanced bioavailability of eicosapentaenoic acid from fish oil after encapsulation within plant spore exines as microcapsules. Lipids. 45 (7), 645-649 (2010).
- Barrier, S., et al. Sporopollenin exines: A novel natural taste masking material. LWT-Food Sci. Technol. 43 (1), 73-76 (2010).
- Barrier, S., et al. Viability of plant spore exine capsules for microencapsulation. J. Mater. Chem. 21 (4), 975-981 (2011).
- Hamad, S. A., Dyab, A. F., Stoyanov, S. D., Paunov, V. N. Encapsulation of living cells into sporopollenin microcapsules. J. Mater. Chem. 21 (44), 18018-18023 (2011).
- Diego-Taboada, A., et al. Sequestration of edible oil from emulsions using new single and double layered microcapsules from plant spores. J. Mater. Chem. 22 (19), 9767-9773 (2012).
- Diego-Taboada, A., et al. Protein free microcapsules obtained from plant spores as a model for drug delivery: Ibuprofen encapsulation, release and taste. Mater. Chem. B. 1 (5), 707-713 (2013).
- Atwe, S. U., Ma, Y., Gill, H. S. Pollen grains for oral vaccination. J. Control. Release. 194, 45-52 (2014).
- Mackenzie, G., Beckett, S., Atkin, S., Diego-Taboada, A., Gaonkar, A. G. Ch 24. Microencapsulation in the Food Industry: A Practical Implementation Guide. , 283-297 (2014).
- Diego-Taboada, A., Beckett, S. T., Atkin, S. L., Mackenzie, G. Hollow Pollen Shells to Enhance Drug Delivery. Pharmaceutics. 6 (1), 80-96 (2014).
- Ma, H., et al. Preparation of a novel rape pollen shell microencapsulation and its use for protein adsorption and pH-controlled release. J. Microencapsul. 31 (7), 667-673 (2014).
- Archibald, S. J., et al. How does iron interact with sporopollenin exine capsules? An X-ray absorption study including microfocus XANES and XRF imaging. J. Mater. Chem. B. 2 (8), 945-959 (2014).
- Southworth, D., et al., Blackmore, S., et al. Ch 10. Microspores Evolution and Ontogeny: Evolution and Ontogeny. , 193-212 (2013).
- Stanley, R. G., Linskens, H. F. . Pollen: Biology, Biochemistry, Management. , 307 (1974).
- Ariizumi, T., Toriyama, K. Genetic regulation of sporopollenin synthesis and pollen exine development. Annu. Rev. Plant Biol. 62, 437-460 (2011).
- Mundargi, R. C., et al. Natural Sunflower Pollen as a Drug Delivery Vehicle. Small. 12 (9), 1167-1173 (2015).
- Mundargi, R. C., et al. Lycopodium Spores: A Naturally Manufactured, Superrobust Biomaterial for Drug Delivery. Adv. Funct. Mater. 26 (4), 487-497 (2015).
- Beckett, S. T., Atkin, S. L., Mackenzie, G. Topical Formulations Containing Sporopollenin. US Patent. , (2007).
- Zetzsche, F., Huggler, K. Untersuchungen über die Membran der Sporen und Pollen I. 1. Lycopodium clavatum L. Liebigs Ann. Chem. 461 (1), 89-109 (1928).
- Zetschke, F., Kaelin, O. Untersuchungen über die membran der sporen und pollen v. 4. Zur autoxydation der sporopollenine. Helv. Chim. Acta. 14 (1), 517-519 (1931).
- Zetzsche, F., Vicari, H. Untersuchungen über die Membran der Sporen und Pollen III. 2. Picea orientalis Pinus silvestris L., Corylus Avellana L. Helv. Chim. Acta. 14 (1), 62-67 (1931).
- Zetzsche, F., Kalt, P., Liechti, J., Ziegler, E. Zur Konstitution des Lycopodium-Sporonins, des Tasmanins und des Lange-Sporonins. XI. Mitteilung über die Membran der Sporen und Pollen. Journal für Praktische Chemie. 148 (9-10), 267-286 (1937).
- Shaw, G., Yeadon, A. Chemical studies on the constitution of some pollen and spore membranes. Grana. 5 (2), 247-252 (1964).
- Shaw, G., Yeadon, A. Chemical studies on the constitution of some pollen and spore membranes. J. Chem. Soc. C Org. , 16-22 (1966).
- Domìnguez, E., Mercado, J. A., Quesada, M. A., Heredia, A. Pollen sporopollenin: degradation and structural elucidation. Sex. Plant Reprod. 12 (3), 171-178 (1999).
- Mundargi, R. C., Tan, E. L., Seo, J., Cho, N. J. Encapsulation and controlled release formulations of 5-fluorouracil from natural Lycopodium clavatum spores. J. Ind. Eng. Chem. 36, 102-108 (2016).
- Orhan, I., Küpeli, E., Şener, B., Yesilada, E. Appraisal of anti-inflammatory potential of the clubmoss, Lycopodium clavatum L. J. Ethnopharmacol. 109 (1), 146-150 (2007).
- Baytop, T. . Therapy with medicinal plants in Turkey. , 334-335 (1999).
- Pathak, S., Banerjee, A., Paul, S., Khuda-Bukhsh, A. R. Protective potentials of a plant extract (Lycopodium clavatum) on mice chronically fed hepato-carcinogens. Indian J. Exp. Biol. 47 (7), 602-607 (2009).
- Ma, X., Gang, D. R. The lycopodium alkaloids. Nat. Prod. Rep. 21 (6), 752-772 (2004).
- Bishayee, K., Chakraborty, D., Ghosh, S., Boujedaini, N., Khuda-Bukhsh, A. R. Lycopodine triggers apoptosis by modulating 5-lipoxygenase, and depolarizing mitochondrial membrane potential in androgen sensitive and refractory prostate cancer cells without modulating p53 activity: signaling cascade and drug-DNA interaction. Eur. J. Pharmacol. 698 (1), 110-121 (2013).
- Durdun, C., Papuc, C., Crivineanu, M., Nicorescu, V. Antioxidant potential of Lycopodium clavatum and Cnicus benedictus hydroethanolic extracts on stressed mice. Scientific Works-University of Agronomical Sciences and Veterinary Medicine, Bucharest Series C, Veterinary Medicine. 57 (3), 61-68 (2011).
- Banerjee, J., Biswas, S., Madhu, N. R., Karmakar, S. R., Biswas, S. J. A better understanding of pharmacological activities and uses of phytochemicals of Lycopodium clavatum: A review. J. Pharmacogn. Phytochem. 3 (1), 207-210 (2014).
- Mundargi, R. C., et al. Extraction of sporopollenin exine capsules from sunflower pollen grains. RSC Adv. 6 (20), 16533-16539 (2016).
- Mathias, P. M., Chen, C. C., Walters, M. Modeling Polyethylene Fractionation Using the Statistical Associating Fluid Theory. , (2000).
- El-Bayaa, A., Badawy, N., Gamal, A., Zidan, I., Mowafy, A. Purification of wet process phosphoric acid by decreasing iron and uranium using white silica sand. J. Hazar. Mater. 190 (1), 324-329 (2011).
- Carr, J., Zhang, L., Davis, M., Ravishankar, S., Flieg, G. Scale Controlling Chemical Additives for Phosphoric Acid Production Plants. Procedia Engineering. 83, 233-242 (2014).
- Mundargi, R. C., et al. Eco-friendly streamlined process for sporopollenin exine capsule extraction. Sci. Rep. 6, 1-14 (2016).
- Smith, B. C. . Fundamentals of Fourier transform infrared spectroscopy. , 182 (2011).
