虾青素口服纳米制剂的研究进展-技术日志-苏州微流纳米生物技术

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虾青素口服纳米制剂的研究进展

作者:浙江微流纳米生物 日期:2023-12-08 点击:753
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      虾青素(Astaxanthin, AST),化学名为 3,3′-二羟基-4,4′-二酮基-β,β′-胡萝卜素,是一种脂溶性叶黄素类胡萝卜素,存在于贝类、甲壳类和某些植物中。由于具有显著的抗氧化性能,虾青素在预防和治疗癌症、糖尿病、心血管疾病以及保护神经系统等方面发挥重要作用。然而,虾青素水溶性差,体内吸收率低,在热、光或氧的作用下容易降解,限制了其在临床中的应用。近年来,为了提高虾青素的生物利用度,各种类型的纳米制剂被广泛研究。与静脉给药相比,口服给药无痛、患者依从性好、成本效益显著,被认为是最具潜力的给药方式。其中纳米乳液、脂质体、固体脂质纳米颗粒、壳聚糖纳米颗粒和聚乳酸-羟基乙酸聚合物纳米颗粒已被证明可有效提高虾青素的口服生物利用度。

1.虾青素的来源、结构及功能

1.1 来源

虾青素有多种不同的来源,包括微生物、植物和动物[。微生物来源包括藻类,主要有雨生红球藻、小球藻、绿球藻;细菌,主要有副球菌属和短波单胞菌属;真菌,主要有担菌酵母、红发夫酵母;原生生物,主要有破囊壶菌。植物主要包括凤仙花和黄花蒿。动物来源包括鸟类,如火烈鸟和鹌鹑;海洋生物,主要有鲑鱼、螃蟹、龙虾 和磷虾。基因工程改造的菌株如大肠杆菌、酿酒酵母也可产生虾青素。其中,雨生红球藻中虾青素的提取率最高,可达 1.5%~3.0%。虾青素除了天然来源,还可以通过化学催化人工合成。合成的虾青素在组成上与天然的不同,含有各种立体异构体,其中一些不是天然存在的,生物利用度较差。此外,由于人工合成的虾青素对人体健康的影响尚不明确,目前在食品、制药和化妆品行业中首要选择天然来源的虾青素。

1.2 结构

像大多数已知的类胡萝卜素一样,虾青素包含一个 C40 骨架,由连接的异戊二烯单元组成。该单元由11 个共轭双键组成,虾青素的红色特征以及抗氧化活性与其有关。 虾青素两个端环都含有一个羟基(-OH),位于两个不对称碳(C)的 3 和 3′位置。根据不对称 C3 的羟基构型,形成了三种不同的同分异构体:(3S, 3′S)、(3S, 3′R)和(3R, 3'R), 如图 1 所示。这三种同分异构体在生物利用度、物理化学和生物学性质上均有所不同, 例如,异构体之间的差异影响了生物体的抗氧化性能。有研究表明,水生动物体内虾 青素异构体的积累与饲料中虾青素的异构体构型有关,并且具有物种和组织特异性。 此外,-OH 可以与脂肪酸,如棕榈酸、油酸、硬脂酸或亚油酸反应,形成单酯或二酯,从而增加虾青素在细胞中的溶解度。虾青素以反式和顺式(E 和 Z)几何异构体的形式存在,这取决于多烯链中双键的构型,其中主要以全反式为主。虾青素含有的高度不饱和结构使其容易遭受空气氧化和光氧化的破坏,从而导致其在应用过程中的稳定性和生物利用度较低。虾青素的水溶性差也极大地限制了其在生物体内的吸收。因此,研究有效的递送策略对于提高虾青素的稳定性、溶解度和生物利用度至关重要。

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1.3 功能

虾青素具有良好的抗氧化性能,其可以清除自由基、保护线粒体、降低炎症以及抵御糖基化;并且能够有效防止氧化应激、协同抵御脂质过氧化。虾青素可穿过血脑和血视网膜屏障,在眼睛、大脑和中枢神经系统中发挥抗氧化和抗炎作用,具有神经 保护作用。急性毒性、诱变性、转基因性、胎儿毒性和生殖毒性实验均证实虾青素的安全性。虽然虾青素具有很高的药理潜力,但由于溶解度和稳定性较差,极大地限制了其在临床中的应用。

2 虾青素口服纳米制剂

口服给药是大多数人常用且喜欢的服药方式。口服给药方便患者随时服药,提高患者依从性。此外,口服剂型的制备过程不需要严格的无菌条件。纳米给药系统是口服给药的良好途径之一,它可以改善药物在胃肠道环境中的稳 定性,增强靶向性,同时增加药物的吸收、溶解和生物利用度。为了克服虾青素生物利用度低和不稳定性等缺陷,纳米给药系统已被用于虾青素的递送研究。表 1 对此进行了总结。

1 虾青素口服纳米制剂总结

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2.1 基于脂质的纳米制剂

脂质纳米载体主要由脂质组成,主要用于递送疏水性化合物。将虾青素制备成脂质纳米颗粒可提高其生物利用度,在体内达到较高的药物浓度,并且增强稳定性。

2.1.1 纳米乳剂

纳米乳剂是一种胶体颗粒系统,在乳化剂存在下由稳定的油相和水相结合产生。粒径 10-200 nm,呈现小液滴乳液形式,具有稳定的抗沉降性。乳化剂除了对乳剂的组成和液滴大小有影响外,还起到中间相的作用,增强乳剂的稳定性。纳米乳剂有三种类型:(1)水滴分散在连续油相的油包水纳米乳(W/O);(2)以油滴为分散相、水为连续相的水包油纳米乳(O/W);(3)双连续纳米乳(B.C)。

2.1.2 脂质体

脂质体的结构与细胞膜相似,是由一个或多个核心为水相的磷脂双层结构组成的球形囊泡,通常是由天然或加工的磷脂与胆固醇合成。相较于其他传统的药物递送系统, 脂质体尺寸更小,包封率更高,生物相容性与安全性更高。脂质体具有很高的稳定性,可以递送疫苗、类固醇等活性成分,也可用于传递亲脂性生物活性物质,如虾青素。 脂质体具有保护活性成分不被降解和提高药物靶向性的能力。

2.1.3 固体脂质纳米颗粒

固体脂质纳米颗粒(solid lipid nanoparticles, SLNs)由可生物降解的固体脂质组成,通过表面活性剂产生胶体载体,其直径在 50-1000 nm 。纳米结构脂质载体 (nanostructured lipid carriers, NLCs)是继 SLNs 之后的第二代脂质纳米颗粒。NLCs 是通过固体和液体脂质混合产生的纳米颗粒,与 SLNs 相比,基质结构不同。这两种载体系统可通过高压均质和微乳液的方法合成,适用于递送口服吸收有限的亲脂性药物。

2.2 其他聚合纳米颗粒

2.2.1 壳聚糖纳米颗粒

壳聚糖是带正电荷的多糖,具有生物可降解以及对细胞膜的亲和力高等特性。通过交联法、离子凝胶法和溶剂蒸发法可制备壳聚糖纳米颗粒。,壳聚糖纳米颗粒具有更高的表面积,有助于颗粒通过细胞膜,从而提高虾青素的口服生物利用度。

2.2.2 PLGA 纳米颗粒

PLGA 聚合物纳米颗粒由于其可控和缓释特性、低毒性以及良好的组织和细胞生物相容性,已被美国 FDA 批准用于药物递送。PLGA 制备所得的纳米颗粒具有可生物降解性,且在 GI 环境中水解后毒性较低,因此常被用作紫杉醇、辅酶 Q10 和维生素 E 等活性成分的递送载体。

3 展望

研究表明,纳米递送系统可以提高虾青素的口服生物利用度。脂质纳米载体和聚合 纳米颗粒已被研究用于虾青素的递送,旨在改善其细胞渗透性、细胞吸收和提高口服生物利用度。然而,目前关于虾青素口服生物利用度的研究有限。此外,虽然虾青素具有 很好的药理特性,但关于其临床应用的研究数据仍然很少,大多数研究结果依赖于体外研究。因此,今后需要开展更多体内与临床研究以及新型纳米载体的探索,将虾青素 口服制剂转化到实际临床应用中。

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