Mikroenkapsülasyon Uygulamaları için Ekstraksiyon Tesisi tabanlı Kapsüller
Summary
Bu protokol / Eser Lycopodium clavatum sporlar Sporopollenin ekzin kapsüller (sn) üretimi için, bu saniye hidrofilik bileşiklerin yüklenmesi için düzenlenmiş bir işlem açıklanmaktadır.
Abstract
Bitki bazlı sporlar veya polen elde edilen mikrokapsüller mikroenkapsülasyon uygulamaları çeşitli bir yelpazede için sağlam bir platform sağlar. İç sporoplasmic içeriğini kaldırmak üzere sporlar ve polen işlenirken Sporopollenin ekzin kapsüller (sn) elde edilir. Elde edilen içi boş mikro kapsüller Mikromeritik muntazamlık yüksek derecede sergilerler ve özellikle bitki türlerine ilişkin karmaşık mikro özelliklerini korumaktadır. Burada, Lycopodium clavatum sporlar saniye üretimi için, bu saniye hidrofilik bileşiklerin yüklenmesi için düzenlenmiş bir işlemi gösterilmektedir. Geçerli SEC izolasyon prosedürü son zamanlarda önemli ölçüde geleneksel SEC izolasyon kullanılan işleme gereksinimlerini azaltmak için, ve bozulmamış mikrokapsüllerin üretimini sağlamak için optimize edilmiştir. Doğal L. clavatum sporlar fosforik asit ile muamele edilmiş, aseton ile yağdan arındırılmış, ve büyük ölçüde sporoplasmi uzaklaştırmak için yıkanırc içeriği. aseton yağların yok sonra% 85 fosforik asit kullanılarak tek bir işlem adımı, tüm sporoplasmic içeriğini çıkarmak için gösterilmiştir. 30 saat asit işlem süresini sınırlayarak, temiz saniye izole etmek ve uzun süreli işlem süresi ile meydana gösterilmiştir SEC kırılma önlemek mümkündür. su ile iyice yıkamak, asitler seyreltik bazlar seyreltilmiş ve solvenler her sporoplasmic madde ve kimyasal artıklar yeterli kaldırılır sağlar. vakum yükleme tekniği Hidrofilik bileşik olarak bir model proteini (Sığır Serumu Albümini) yüklemek için kullanılır. Vakum yükleme genellikle diğer mikro kapsül protokollerinde gerekli olan sert solventler veya istenmeyen kimyasallar için gerek kalmadan çeşitli bileşikler yüklemek için basit bir teknik sağlar. Bu izolasyon ve yükleme iletişim kurallarına göre, SEC sn bir mikrokapsülleme gibi uygulamalar, terapötik, gıda, kozmetik çok çeşitli kullanım için umut verici bir madde, ve kişisel bakım eşya teminfuarları.
Introduction
Orada mikrokapsülleme uygulamalarında kullanılmak üzere bitki sporlarının ve polenlerin elde edilen doğal bitki bazlı kapsüller önemli ilgi. Olan Doğada 1-15, sporlar ve polen sert çevre koşullarına karşı duyarlı genetik malzemeler için koruma sağlar. Bitki sporlar ve polen temel yapısı tipik olarak bir dış kabuk tabaka (ekzin), bir iç muhafaza tabakası (intine), ve iç sitoplazmik malzeme içerir. Ekzin sporopolleninin olarak ifade edilen bir kimyasal sağlam bir biyopolimerin 1,9,10,13,16 oluşur ve intine, öncelikle, selülozik malzeme oluşur. 16-18 boş kapsüller çeşitli işlemler 7,9 ile izole edilebilir sitoplazmik malzemenin çıkarılması için proteinler ve intine katmanı. 2,12,16 Bu Sporopollenin ekzin kapsüller (sn) nedeniyle dar bir büyüklük dağılımı ve homojen morfolojisi sentetik enkapsülantların için çekici bir alternatif sağlar. 7,9,13,19,20Bu Lycopodium clavatum gibi çeşitli bitki türlerinden saniye elde etmek üzere standart işlemlerinin geliştirilmesi, ilaç verme, gıda ve kozmetik alanlarında mikrokapsülleme geniş bir uygulama yelpazesi için potansiyel açmaktadır. 6,10-13,21
Sn elde etmek amacıyla, araştırmacılar, ilk organik çözücüler ile sporlar ve polen muamele edilmiş ve sitoplazmik içeriğini çıkarmak için alkalin çözeltiler içinde geri akışa alınmıştır. 22-25 Ancak, geride kalan kapsülün yapısı hala selülozik intine tabaka ihtiva ettiği belirlendi. Bu çıkarmak için, araştırmacılar, SEC intine çıkarılması tercih edilen bir yöntem haline fosforik asit, birkaç gün boyunca 22-25 hidroklorik asit, sıcak sülfürik asit, ya da sıcak fosforik asit ile uzun asidik hidroliz işlemi araştırdık. 2 Bununla birlikte, devam eden yılda araştırma, çeşitli sporlar ve polenler beni işleme sert karşı direnç de¤iflik derecelerde olduğunu göstermiştirthods yaygın olarak kullanılan. 26,27 Bazı sporlar ve polenler tamamen bozulmuştur ve kuvvetli alkali çözeltiler içinde tüm yapısal bütünlüğünü kaybeden veya ağır güçlü asidik çözeltiler içinde hasar. yapan 16 işleme koşulları SEC yanıt olarak değişkenlik kimyasal önemsiz varyasyonlar nedeniyle yapı ve türler arasındaki Sporopollenin ekzin malzemenin ekzin morfolojisi. 28 nedeniyle Sporopollenin ekzin kapsüller (sn) sağlamlığına değişkenlik nedeniyle, spore ve polen her tür için işleme koşullarını optimize etmek için gereklidir.
L. türünden bitki sporlar clavatum saniyelik en çok çalışılan tek kaynağı haline gelmiş. . Bunun nedeni yaygın kullanılabilirlik, düşük maliyet, monodispersiteye ve kimyasal dayanıklılık öncelikle olduğu önerilmiştir 9,29 sporların rahatlıkla 1 gruplaşmaların şeklinde sporoplasmic içeriği hasat ve ihtiva edilebilir – 2 mikron hücre organellerinin ve biomolecules. 11 L. clavatum sporlar terapötik geniş bir uygulama yelpazesi için doğal bir toz yağlama maddesinin, kozmetikler için 30,31 bir baz olarak 30 ve bitkisel ilaç 32-36 kullanılmıştır. L. elde SEC sn clavatum sporlar ve işlendikten sonra polen. 2 diğer türlerden saniyeden daha fazla işleme karşı daha dayanıklı olduğu gösterilmiştir, elde edilen SEC sn Komplike microridge yapıları ve yüksek morfolojik düzenlilik kapsüllenmesi için büyük bir iç boşluğu sağlarken korumak için gösterilmiştir. 7 çalışmalar göstermektedir L. clavatum SEC sn ilaçlar, 10,13 aşılar, 11 protein, 7,14 hücreleri, 8 yağlar, 5-7,9 ve gıda takviyeleri kapsüllenmesi için kullanılabilir. 5,15 Gözlemlenen SEC yükleme verimleri, geleneksel ile karşılaştırıldığında nispeten yüksektir kapsülleme malzemeleri. 7 de rapor faydaları vardırSEC kapsülleme böyle, 6,10 zevke maskelemek için ve oksidasyona karşı doğal bir koruma bir dereceye sağlamak. Mevcut çalışmalarda 12 yetenek, L. için en sık kullanılan SEC ekstraksiyon yöntemi olarak clavatum dört ana adımlar dayanmaktadır. Birinci adım sporlar yağdan arındırmak için, 50 ° C 'de en fazla 12 saat boyunca, aseton solvent geri akan. 11 adım sitoplazma ve proteinli maddelerin çıkarılması için 120 ° C'ye kadar 12 saat boyunca% 6, potasyum hidroksit, alkalin geri akan. 11 Adım üç 180 ° C'de en fazla 7 gün boyunca,% 85 fosforik asit içinde asit geri akış selülozik intine malzeme kaldırmaktır. 11 Dördüncü adım kalan olmayan ekzin malzemeyi çıkarmak için, su, çözücü maddeler, asitler ve bazlar kullanılarak kapsamlı yıkama işlemi olup ve kimyasal artıklar.
kapsülleme uygulamalara ilişkin SEC çıkarma ana hedefleri, ücretsiz fro sitoplazmik malzemenin boş kapsül üretmek için vardırPotansiyel alerjik proteinler m ve morfolojik olarak bozulmamış. 2,37 Ancak, sanayi üretim açısından, tür enerji verimliliği, üretim süresi, güvenlik, ve ortaya çıkan atık gibi ek ekonomik ve çevresel faktörleri dikkate almak da önemlidir. enerji verimliliği ile ilgili olarak, yüksek sıcaklıklar ve uzun işlem süreleri hem üretim maliyetlerini yanı sıra çevresel ayak izi etkiler. Üretim süresi ve gerçekleştirme süresi işleme karlılığı etkileyen en önemli faktörlerdir. Özellikle kaygı yüksek sıcaklık fosforik asit işleme güvenlik sorunları artırır ve toplu dönüş zamanlarında önemli altyapı bakım artışları ve gecikmelere yol açan aşındırıcı ölçekleme neden olduğu bilinmektedir olmasıdır. 38-40 Mümkünse, yol açabilir gerekli adımların sayısını en aza indirmek önemli ölçüde üretilen atık azaltılması. Ancak, yaygın L. dört aşamalı süreç kullanılan clavatum SEC çıkarma sadece EV vardırAraştırmanın on yıllardır olved ve küçük gerçek proses optimizasyonu olmuştur. Son zamanlarda, Mundargi ve ark., 41 sistematik değerlendirilmesi ve en sık bildirilen SEC çıkarma tekniklerinden biri optimize ederek bu alanda devam eden çalışmalara önemli bir katkı yaptı.
Bu çalışmada ilk bölümünde: spor yağsızlaşma 6 saat 50 ° C'de aseton işleme kullanılarak gösterilmiştir; sporoplasm ve intine kaldırma işlemleri 30 saat boyunca 70 ° C'de% 85 fosforik asit işleme kullanılarak gösterilmiştir; Su, çözücüler, asit ve baz ile geniş bir yıkama bakiye sporoplasmic içeriğinin kaldırılması göstermek için kullanılır; ve SEC kurutma konveksiyon kurutma ve vakum kurutma fırını kullanılarak gösterilmiştir. Üçüncü bölümde, SEC vakum yükleme, bir model protein vakum yükleme kullanılarak araştınlır, ardından bovin serum albümini (BSA), yıkama ve liyofilizasyon BSA-sek yüklendi. Dördüncü bölümde, determinBSA kapsülleme verimlilik ation sonication soruşturma, santrifüj kullanılarak ve UV / Vis spektrometresi gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, L. SEC çıkarıldığı sistematik analizinde clavatum sporlar sunulmaktadır ve bu rapor ayrıca, yüksek işlem sıcaklığına (180 ° C) gerektiren, mevcut protokolü aksine, önceden var olan, yaygın olarak kullanılan protokol. 11, bir önemli ölçüde kolaylaştırılmasını gerçekleştirirken daha kaliteli kapsüller üretmek mümkün olduğunu göstermektedir ve uzun bir süreç süresi (7 gün), 11 mevcut SEC çıkarma işleme optimizasyonu öncelik…
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).
