Ученый Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Антонио Ди Мартино совместно с коллегами Павлом Постниковым и Мариной Трусовой предложили способ улучшить антиоксидантные свойства бета-каротина за счет полиплексов — полимерных наносфер. Они служат транспортом и защитной оболочкой для молекул бета-каротина и пролонгируют его биологическую активность благодаря медленному высвобождению молекул. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules (IF: 3,909; Q1).

Бета-каротин — наиболее известная и распространенная форма провитамина А. Это мощный антиоксидант, который защищает клетки от повреждающего действия свободных радикалов, обладает иммуностимулирующими свойствами, предотвращает новообразования, поддерживает восстановительные процессы в эпителии кожи и слизистых, участвует в образовании зрительного пигмента родопсина. Однако он нестабилен и плохо растворим в воде, что ограничивает его применение в фармакологии.

Химическая структура некоторых каротиноидов / International Journal of Biological Macromolecules

«В данном случае бета-каротин — это модельное вещество, на котором мы демонстрируем возможности нашей системы. Идея заключалась в разработке специальных носителей на основе натуральных полимеров, чтобы молекулы бета-каротина доставлялись в нужное место и высвобождались не единовременно, а постепенно, пролонгировано. Также нужно было повысить водорастворимость бета-каротина для его лучшей сорбции в организме. В статье мы предложили помещать молекулы бета-каротина в сферы — полиплексы — из хитозана и нуклеиновых кислот.
Мы использовали простой метод получения полиплексов, основанный исключительно на физическом взаимодействии молекул, он не требует каких-либо глобальных установок и растворителей», — говорит научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Антонио Ди Мартино.

Фото: Антонио Ди Мартино

Процесс получения полиплексов не требует последующей очистки полученного продукта от токсичных примесей и побочных продуктов. По словам авторов статьи, это чрезвычайно важно в контексте использования такой технологии для создания новых препаратов в условиях крупного производства.

«Бета-каротин мы помещали внутрь в момент образования комплекса. Это позволяет добиться высокой нагрузки вещества за одну операцию и гарантирует внедрение вещества именно внутрь носителя, а не просто его адсорбцию на поверхности. Это важный момент в вопросе контроля высвобождения вещества», — поясняет исследователь.

Размер получаемых полиплексов составляет 100 нанометров, и каждая такая сфера может содержать до 400 мкг бета-каротина.

«Высвобождение активного вещества — бета-каротина — происходит за счет естественного и постепенного разрушения полиплекса под действием внешних условий: кислотности, PH, температуры, дополнительных аминокислот и ферментов. В зависимости от этих условий для высвобождения до 90% внедренного в полиплекс бета-каротина может потребоваться как несколько часов, так и одна неделя», — добавляет Ди Мартино.

Проведенные эксперименты показали, что за счет полиплексов антиоксидантная активность бета-каротина увеличилась. В случае с бета-каротином в свободной форме за 20 минут в растворе уничтожалось 50% свободных радикалов, а в случае с полиплексами — более 90%.

Кроме того, in vitro тесты — на модельной клеточной линии — показали, что полиплексы не влияют на жизнеспособность клеток даже после 72-часового контакта, что подтверждает их низкую токсичность.

По словам автора статьи, основное преимущество разработанных полиплексов заключается в том, что ученые могут настраивать, где, когда и как долго должен длиться процесс высвобождения вещества из сферы. Это можно сделать за счет добавления новых полимеров в состав полиплекса.

Добавим, исследование проводится при финансовой поддержке Министерства образования, молодежи и спорта Чешской Республики (грант № NPU I LO1504) и Томского политехнического университета (проект VIU-RSCABS-89/2018).