Onderzoekers gebruiken nanotechnologie om de voordelen van anthocyanine te vergroten

Een artikel gepubliceerd in het journaal Voedselonderzoek Internationaal beschrijft een onderzoek waarin nano-ingekapselde anthocyanen het spijsverteringsstelsel passeerden zonder te worden afgebroken, efficiënt werden geabsorbeerd en meer organen en weefsels bereikten dan niet-ingekapselde anthocyanen, waardoor de voordelen voor het organisme toenam.

Anthocyanen zijn pigmenten die in de meeste soorten in het plantenrijk voorkomen en verantwoordelijk zijn voor de rode, paarse en blauwe kleuren van veel bloemen, fruit (zoals bramen, aardbeien en druiven) en groenten (zoals rode kool).

Ze worden uitgebreid bestudeerd en gewaardeerd vanwege hun antioxiderende, ontstekingsremmende en kankerbestrijdende eigenschappen, die helpen beschermen tegen verschillende ziekten. Ze bieden daarom een ​​aanzienlijk potentieel voor opname in nieuwe farmaceutische formuleringen, voedingssupplementen en voedingsproducten, zowel voor verrijking als als natuurlijke kleurstoffen.

Ze zijn echter zeer gevoelig voor omgevingsomstandigheden zoals pH, temperatuur, licht en zuurstof, en gaan snel achteruit in het maagdarmkanaal als gevolg van de werking van spijsverteringsenzymen en darmmicrobiota, zodat hun biologische beschikbaarheid beperkt is.

“Verschillende eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat wanneer anthocyanen oraal worden ingenomen, een zeer kleine hoeveelheid wordt geabsorbeerd en slechts een zeer korte tijd in het organisme blijft”, zegt Thiécla KO Rosales, eerste auteur van het artikel en onderzoeker bij het ministerie van Voedsel en Gezondheid. Experimentele voeding aan de School of Pharmaceutical Sciences van de Universiteit van São Paulo (FCF-USP) in Brazilië.

Om deze reden concentreerde het onderzoek zich op het evalueren van het gebruik van nanotechnologie om de biologische beschikbaarheid van anthocyanines te verbeteren en de afgifte ervan aan gerichte organen of weefsels te verzekeren.

“Dankzij collectieve inspanningen van onderzoekers van FCF-USP en samenwerking van collega’s van andere instellingen in Brazilië en daarbuiten hebben we ontdekt dat de inkapseling van anthocyanines in nanometrische deeltjes bedekt met pectine [a polysaccharide extracted from citrus peel] en lysozym [an enzyme isolated from egg whites] vormt een gaas dat de compound beschermt”, zegt João Paulo Fabi, laatste auteur van het artikel en professor bij FCF-USP.

De onderzoekers haalden en zuiverden eerst anthocyanine uit bramen. Vervolgens ontwikkelden ze een methodologie om de anthocyanine radioactief te labelen via een stabiele chemische reactie. Dit deel van het project werd uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers van het Nuclear and Energy Research Institute (IPEN, een afdeling van de Braziliaanse overheid). Bij radiolabeling worden koolstofatomen vervangen door koolstofisotopen, zodat het betreffende molecuul gemakkelijker kan worden gevolgd met beeldapparatuur.

Vervolgens werd het anthocyanine ingekapseld en oraal aan muizen toegediend. De onderzoekers gebruikten computertomografie om de biodistributie en biologische beschikbaarheid van het nano-ingekapselde anthocyanine in de muizen te analyseren in vergelijking met vrij anthocyanine, inclusief de afgifte uit het maagdarmkanaal in de bloedbaan en de afgifte aan specifieke weefsels na absorptie.

De resultaten toonden aan dat de nanostructuren met ingekapselde anthocyanine langzaam door het maag-darmkanaal bewogen en geruime tijd in het organisme bleven. De absorptie was efficiënt en de beoogde weefsels werden bereikt. In het geval van niet-ingekapseld anthocyanine was de absorptie onvoldoende, de biologische distributie beperkt, de tijd in het organisme relatief kort en de uitscheiding snel.

“We hebben ook computermodellen gebruikt om ons te helpen begrijpen hoe de stof die in de nanostructuren aanwezig is, uit het maag-darmkanaal vrijkomt als reactie op fysiologische stimuli,” zei Rosales.

Er zijn in vitro cellulaire onderzoeken uitgevoerd om de veiligheid van de nanodeeltjes te verifiëren. De resultaten waren bevredigend en werden bevestigd door in vivo onderzoeken met muizen.

Het onderzoek leverde baanbrekende en veelbelovende bevindingen op die een goede basis vormen voor verder onderzoek op dit gebied, hoewel er nog belangrijke stappen moeten worden gezet voordat deze nanoformulering in de klinische praktijk kan worden toegepast.

“We voeren momenteel nieuwe in vitro-onderzoeken uit om de werkzaamheid van ingekapselde anthocyanine in bepaalde situaties te verifiëren. Daarnaast onderzoeken we de biologische effecten ervan op een specifieke ziekte,” zei Fabi.

Deze komende onderzoeken zullen van cruciaal belang zijn voor het valideren van het potentieel van de nanostructuren bij orale toediening, en voor de ontwikkeling van supplementen door de farmaceutische en voedingsindustrie, waardoor wordt gegarandeerd dat bioactieve verbindingen met therapeutisch potentieel efficiënt, effectief en veilig kunnen worden toegediend.

“We blijven bijdragen aan dit onderzoeksveld terwijl we de technologie ontwikkelen en verwachten binnenkort nieuwe resultaten te kunnen publiceren. We bestuderen ook de mogelijkheid van productie op industriële schaal”, zei Fabi.