Введение
Актуальность темы. В наше время слово БАД знает практически каждый, на фармацевтическом рынке нашей страны сегодня присутствует более 10000 зарегистрированных биологически активных добавок, поставляемых более чем 900 фирмами-производителями, среди которых лидерами являются компании из США. Российских производителей значительно меньше, несмотря на то, что с 2011-2012 годов они более целенаправленно стали продвигаться на рынке и завоевали определенный авторитет.
Так как БАДы к пище по-прежнему остаются группой разнопрофильной, их парафармацевтическая подгруппа является предметом глубоких исследований для науки, и нерешенных вопросов как теоретического, так и прикладного характера на сегодняшний день остается немало: это и методологические подходы к соответствующим научным исследованиям, и многочисленные технологические сложности, которые не позволяют пока создавать для БАД собственные производственные схемы, не разработаны алгоритмы обоснования составов БАД композитного характера, которые в настоящее время доминируют над моносоставами.
Надо отметить, что формы приема отечественных БАД к пище пока недостаточно разработаны, к тому же не всегда учитывается такой показатель, как комфортность приема.
Что касается выбора направленности действия разрабатываемой БАД к пище, то наиболее актуальной остается сформировавшаяся в последние годы тенденция к разработке иммуномодулирующих БАДов. Это вызвано, прежде всего, экологическими проблемами, отрицательным влиянием участившихся природных катастроф и эмоциональных стрессов. Это, несомненно актуально в нашем неспокойном регионе Кавказские Минеральные Воды, где немало экологических и социальных проблем, которые подрывают иммунитет.
Целью настоящего исследования, является подтверждение состава и иммуномодулирующих свойств с помощью биологического скрининга и различных мететодов исследований.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: оценить с помощью биологического скрининга на модели Paramecium caudatum способность влияния композиции на толерантность инфузорий к клеточным ядам и ее протективное действие; провести качественный анализ основных компонентов предложенной БАД к пище и выполнить их количественное определение; осуществить диагностику фитокомпонентов с целью предотвращения возможной фальсификации;
Научная новизна.
Проведены теоретические расчеты взаимного влияния всех компонентов состава, основанные на сравнении тонкого электронного строения молекул действующих компонентов – энергетических характеристик граничных молекулярных орбиталей, а также анализ и отбор полученных дескрипторов молекулярной структуры, в результате чего выявлена совместимость компонентов смеси, а также установлены наиболее и наименее стабильные вещества. Изучены технологические свойства композиции и показана необходимость дополнительного микрокапсулирования некоторых компонентов состава для повышения стабильности состава при хранении.
Практическая значимость результатов исследования
Возможность предотвратить фальсификацию данной композиции, с помощью серии качественных реакций и фармакогностической диагностики.
Глава 1. Материалы и методы исследования
Настоящая работа выполнялась в МБОУ СОШ №8 города Пятигорска в так же в сотрудничестве с Пятигорским медико-фармацевтическим институтом кафедрой технологии лекарств В экспериментальных исследованиях были использованы: трава эхинацеи пурпурной, порошок корня солодки голой, пиридоксина гидрохлорид, ретинола ацетат, рибофлавин, кислота аскорбиновая, магния оксид, цинка оксид, лактоза, кальций карбонат, кислота фолиевая [15,104], желатин медицинский.
Физико-химические методы исследования проводились с использованием: спектрофотометров СФ-46, СФ-56 (ЛОМО, Россия), для микроскопии использовали микроскоп «Биолам» с увеличением 10×50 (ЛОМО, Россия). При выполнении работы также использовалась следующая аппаратура: весы аналитические ВЛТЭ 150 С-Пб завод «Госметр» ГОСТ 7328-82; термостат - Казанский завод госмедаппаратуры ГОСТ 25336-82. Оценку внешнего вида капсул, распадаемости, определение средней массы, однородности дозирования проводили по методикам ГФ XI, вып. 2, с. 148-150, с. 154-160.
Определение растворения проводили на приборе типа «вращающаяся корзинка» ERWEKA DT800 в соответствии с требованиями ГФXI, вып.2, с.158. В качестве среды растворения использовали фосфатный буфер (рН=6,8).
Изучение стабильности капсул. Стабильность капсул при хранении изучали методами «ускоренного старения» по проведению работ с целью определения сроков годности лекарственных средств на основе метода «ускоренного старения» при повышенной температуре [29].
Определение сыпучести проводили на вибрационном устройстве ВП-12А (Мариупольский завод технологического оборудования). При этом была условно принята следующая характеристика порошкообразных веществ по их сыпучести: отличная (8,6-12,0 г/с), хорошая (6,6-8,5 г/с), удовлетворительная (3-6,5 г/с), допустимая (2-3 г/с), плохая (1-2 г/с), очень плохая (<1 г/с).
Навеску порошка массой 50,0 г (с точностью до 0,01) засыпали в воронку прибора при закрытой заслонке. Включали устройство и одновременно секундомер. Время, за которое происходило вытекание порошка, фиксировали [29]. Сыпучесть рассчитывали по формуле:
где Vc - сыпучесть, г/сек; m - масса навески, г; t - среднее истечение порошка, сек.
Определение фракционного состава. 100 г препарата просеивали через набор сит с размером отверстий 2,00, 1,00, 0,5, и 0,25 мм и круглой формой отверстий, встряхивали в течение 5 минут, периодически постукивая по ситу. Оставшиеся, не прошедшие через сито частицы взвешивали, а также взвешивали отсев от сита 0,25 мм.
Определение безопасности веществ на клетках парамеций. Биологический материал - культура Parametium caudatum, выделенная из естественных мест обитания, из которой для дальнейшего исследования были получены отдельные клоны (от одной особи бесполым путем). Массовые культуры парамеций постоянно находились в среде Л.К. Лозина-Лозинского: NaCl - 0,01% MgCl2 - 0,002%; КCl - 0,001% NaHCO3 - 0,002% рН среды 6,5 - 7,0; t 21-24°С; CaCl2 - 0,001% Пептон - 0,01%.
Пищей для парамеций служили живые дрожжи – Rhadotorula gracilis с добавлением пшеничной муки. Оборудование: бинокулярный микроскоп «Биолам», предметные стекла, пипетки автоматические градуированные с наконечником, рН-метр [17, 42].
Подготовка биологического материала к проведению эксперимента (определение чувствительности парамеций) проводилась следующим образом: на предметное стекло наносили две капли среды, содержащей парамеции (число особей в каждой капле не менее 5), одна капля служила контролем, ко второй тангенциально (сбоку) прибавляли каплю соответствующего объема 0,9% раствора хлорида натрия. При добавлении раствора натрия хлорида наблюдалось заметное ускорение движения по сравнению с контролем. Этот опыт повторяли 5 раз. При этом парамеции считали чувствительными в случае ускорения движения не менее 4 особей из 5 по результатам 5 измерений. Для оценки чувствительности парамеций по параметру «замедление движений» использовали 0,5% раствор калия хлорида и проводили опыты по аналогичной методике. При этом парамеции считали чувствительными в случае замедления движения не менее 4 особей из 5 по сравнению с контролем. Культура парамеций считалась чувствительной по положительным результатам проб с 0,9% раствором натрия хлорида и 0,5% раствором калия хлорида [65].
Подготовка объекта исследования. При подготовке объекта исследования учитывали растворимость исследуемого вещества. Для водорастворимых веществ готовили маточный 2% раствор в количестве 10 мл и определяют рН маточного раствора с помощью рН-метра или набора индикаторов. рН должен быть в пределах от 6,2 до 7,8, то есть в пределах, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность парамеций.
Исследование маточного раствора по показателям токсичности. Показателями токсичности являлась необратимая остановка, изменение формы и лизис. На предметное стекло наносили две капли среды, содержащей парамеции (число особей в каждой капле не менее 5), одна капля служила контролем, ко второй прибавляли каплю испытуемого базового раствора. В случае остановки или гибели парамеций из базового раствора готовили серию рабочих растворов путем последовательного десятикратного разбавления дистиллированной водой от 3 до 5 и более порядков и испытывали.
Проведение испытаний на биологическую активность и токсичность. На предметное стекло наносили три капли среды, содержащей парамеции (должно быть не менее 5 особей в капле). Одна капля служила контролем, ко второй капле прибавляли каплю раствора исследуемого вещества в наибольшем разведении (например, 1х10-6 г/мл), к третьей с меньшим разбавлением (например, 1х10-5 г/мл). Наблюдали 5-7 мин за изменением движения парамеций, отмечали характерные изменения в их движении: ускорение, замедление, круговые хаотичные движения. С целью выяснения развития эффекта время наблюдения можно увеличить до 30 мин от момента добавления раствора вещества исследуемой концентрации. Затем на новом предметном стекле устанавливали концентрацию вещества, которая вызывала изменение формы парамеций или лизис. С каждой концентрацией опыты повторяли не менее 5 раз.
Регистрация и обработка экспериментальных результатов. Фиксировали изменения: функциональные (ускорение, замедление движения и остановка парамеций) и структурные (изменения формы и лизис) в зависимости от используемых концентраций. Наименьшую концентрацию, вызывающую ускорение или замедление движений, принимали за пороговую; наименьшую концентрацию, вызывающую остановку клетки, принимали за остановочную; наименьшую концентрацию, приводящую к лизису, принимали за лизирующую (смертельную) [11].
Данные заносили в таблицу. Делали выводы о биологической активности и токсичности.
О биологической активности судили по величине пороговой концентрации. Чем меньше пороговая концентрация, тем выше активность. О клеточной токсичности судили по величине лизирующей концентрации. Чем она меньше, тем токсичнее исследуемое вещество. О степени нарастания токсичности судили по интервалу между остановочными и лизирующими концентрациями. Чем шире этот интервал, тем меньше нарастает токсичность.
Таблица 1 - Количественное содержание веществ
Ингредиент |
Вес ингредиента, мг |
Лактоза |
200 |
Порошок травы эхинацеи* |
50 |
Аскорбиновая к-та |
50 |
Порошок корня солодки** |
12,5 |
Пиридоксин |
1 |
Рибофлавин |
0,45 |
Ретинола ацетат |
0,155 |
Фолиевая к-та |
0,1 |
* - включает кемпферол, кверцетин, кумаровую, феруловую, кофейную, синаповую и хлорогеновую кислоты; ** - включает глабридин, ликоизофлавон и глицирретиновую кислоту.
Следующим этапом наших исследований, связанных с обоснованием предложенной композиции, явился биологический скрининг.
В последнее время при разработке методов оценки биологической активности лекарственных средств и БАД к пище прослеживается тенденция перехода от опытов на теплокровных животных к опытам с одноклеточными организмами, которые более доступны для массовых исследований и способны обеспечить необходимую стандартность культуры относительно недорогими способами. Исследования in vitro использует в качестве объектов культуры клеток, имеющие преимущества: высокую стандартность объектов эксперимента; высокую чувствительность к изменениям условий существования при воздействии химических и других факторов; возможность оценки жизнеспособности клеток на протяжении всего эксперимента [65].
Об актуальности поиска универсальной одноклеточной биологической модели для оценки токсичности, изучения биологической активности химических соединений свидетельствуют многочисленные публикации в ведущих экологических журналах. При этом наибольший акцент сделан на оптимальную модель для экспресс-тестов in vitro на одноклеточный организм инфузории-туфельки (парамеции). Инфузории достаточно изучены. Для них разработаны методы культивирования, позволяющие обеспечить необходимую стандартность культуры. Среди них отсутствуют патогенные формы.
Биологическую активность БАД оценивали экспресс-тестом на культуре Paramecium caudatum. Применяли метод визуального наблюдения за клеточной культуры простейших из коллекции Санкт-Петербургского Государственного Университета, полученной методом клонирования и выращивания на среде Л.К. Лозина–Лозинского. При естественном визуальном наблюдении за парамециями под микроскопом, воздействие на них различных химических и физических факторов можно наблюдать по изменению двигательных реакций, а также по изменению структуры клеток. В хронических опытах при инкубации парамеций в растворах испытуемых веществ определяли выработку толерантности у клеток к клеточным ядам. В эксперименте соблюдали принцип парных аналогов. Использовали культуру инфузорий в стационарной и лаг-фазе (размножение и рост).
Исследования проводили в три этапа. На первом оценено возможное биоцидное действие препаратов. Культуру использовали в стационарной фазе роста. Содержание суммы биологически активных веществ капсулы и отдельно входящие компоненты (сравнение) настаивали с водой 15 минут в соотношении 1:10 и вносили в среду с клетками в кратных концентрациях от 10-1 до 10-6. При этом количество особей в 0,05 мл было постоянным во всех разведениях и не превышало 3-5. Через сутки инкубации определяли гибель клеток. Были изучены смеси растительных порошков и комбинация их с витаминно–минеральным комплексом.
Биоцидное действие в отношении живых клеток проявлял только настой содержимого капсул 1:10 и первое разведение с витаминно – минеральным комплексом. Вещества в концентрации менее 100 мг/мл не вызывали гибели клеток в остром опыте, следовательно, иx можно отнести по классификации к мало токсичным веществам.
Целью второго этапа была оценка влияния на интенсивность размножения инфузорий в культуральной среде, т.е. оценивали токсическое воздействие на клетки в субхроническом опыте. Препарат и индивидуальные вещества сравнения вносили в среду c клетками в тех же концентрацияx, что и в остром опыте. После трех суток инкубации в термостате определили плотность инокулята в контроле и опытаx. B процессе наблюдения за культурой клеток фиксировали число особей в одной капле. Для подсчета числа инфузорий использовался гемоцитометрический способ (камера Горяева). Контролем служили интактные клетки Paramecium caudatum, выдержанные в среде Л.К. Лозина-Лозинского, приготовленной в адекватных условиях. Количество особей в одной капле (0,05 мл) - 3-5. Растворы инкубировали при температуре - 20-26°C, pH растворов - 6,2-7,2.
Различие в концентрации живыx парамеций в опытной и контрольныx пробаx является критерием токсичности или экологического благополучия среды для одноклеточного организма и степени влияния на аппарат размножения. Парамеции при благоприятных для размножения клеток условияx способны делиться co скоростью 2-3 генерации в сутки, a также размножаться и половым путем, при этом количество генераций возрастает в геометрической прогрессии. В контрольном опыте культура оставалась в стационарной фазе, и количество особей не увеличивалось. Результаты определения плотности инокулята парамеций после треx дней инкубации приведены в таблице 8.
Таблица 2 - Результаты изучения активности инфузорий при стимуляции размножения
Разведение |
Композиция |
Смесь растительных порошков |
Порошок корня солодки |
Порошок травы эхинацеи |
Витамины |
Минералы |
10-1 |
3-5 |
3-5 |
3-5 |
3-5 |
3-5 |
3-5 |
10-2 |
40-50 |
30-25 |
15-20 |
20-25 |
10-15 |
10-15 |
10-3 |
90-100 |
50-60 |
40-45 |
50-60 |
45-50 |
20-25 |
10-4 |
40 |
50 |
30-35 |
30-40 |
25-30 |
10-15 |
10-5 |
70-80 |
50 |
40 |
40-50 |
25-30 |
10-15 |
10-6 |
30-40 |
30-35 |
20 |
25 |
20 |
10-15 |
Как следует из анализа данных, приведенных в таблице 8, препараты стимулируют размножение парамеций, переводя их из стационарной в лаг-фазу. Причем наиболее выраженное стимулирующее влияние на размножение клеток инфузорий оказывает композиция, которая стимулировала размножение в концентрации начиная с 10-2, а максимально проявила стимуляцию на клетки парамеций в разведении 10-3.
Целью третьего этапа была оценка влияния препарата на защитные силы одноклеточных. Клетки парамеций после инкубации с препаратом в течение 3-х суток подвергали неблагоприятному воздействию и оценивали их выживаемость. Неблагоприятное воздействие вызывали 3% раствором перекиси водорода, который при прямом контакте оказывает биоцидное действие на клетку, вызывая окислительные процессы в клеточной мембране.
Остановочные концентрации токсикантов вызывают y Paramecium caudatum токсический эффект - обездвиживание - не сразу, a в течение некоторого времени. Вещества-протекторы повышают остановочную концентрацию токсикантов для Paramecium caudatum, но и в иx присутствии токсический эффект развивается во временном интервале. Этот интервал может служить хронологической характеристикой действия протектора.
Протективное действие оценивали по времени наступления остановки движения парамеций и морфологическим изменениям клеток (изменение формы, лизис). Результаты оценки влияния препаратов на защитные силы одноклеточных приведены в таблице 9.
Таблица 3- Оценка влияния компонентов БАД на толерантность парамеций к клеточному яду – 3% раствору перекиси водорода
Разведение |
Контроль, (сек.) |
Объекты исследования и время жизни парамеций, (сек.) |
|||
витамины |
минералы |
растительные порошки |
композиция |
||
10-1 |
30±5 |
130±3 |
37±32 |
114±21 |
205±32 *,#,$,& |
10-2 |
30±5 |
131±5 |
30±3 |
134±11 |
220±12 *,#,$,& |
10-3 |
30±5 |
131±6 |
30±4 |
131±9 |
192±24 *,#,$,& |
10-4 |
30±5 |
130±3 |
30±3 |
90±5 |
214±21 *,#,$,& |
10-5 |
30±5 |
130±4 |
30±2 |
130±22 |
190±10 *,#,$,& |
10-6 |
30±5 |
130±2 |
30±4 |
130±25 |
190±20 *,#,$,& |
Достоверность различий по сравнению с контролем |
|
Р<0,05 |
Р>0,05 |
Р<0,05 |
Р<0,05 |
Примечание: 1.*-достоверно относительно контрольных данных; 2.-#-достоверно относительно витаминного комплекса; 3.$- относительно минерального комплекса; 4.&- достоверно относительно растительных порошков.
Анализ результатов, приведенных в таблице 9, показал, что повышение толерантности клеточной культуры к неблагоприятному воздействию раствора пероксида водорода достоверно значимо оказывает комплексный препарат, который в 2 раза активнее проявил свои свойства по сравнению с растительными компонентами и витаминами.
Таким образом, доказана целесообразность предложенного и обоснованного теоретически сочетания измельчённого растительного сырья, витаминов и минералов.
Глава 2 . Способы анализа БАД к пище
3.1 Качественный анализ компонентов БАД к пище
В настоящее время на фоне такого явления, как фальсификация лекарственных средств (ЛС), особую актуальность приобретают исследования, направленные на совершенствование методик качественного анализа лекарственного растительного сырья (ЛРС) и фитопрепаратов. Во-первых, методики качественного анализа должны отвечать параметрам валидации, а, во-вторых, они должны соответствовать принципу унификации или гармонизации в ряду сырье-субстанция-лекарственная форма.
Проведение качественного анализа
К 2,0 г смеси, извлечённой из капсул (с точностью до 0,01 г), прибавляли 20 мл 40% этилового спирта, нагревали на кипящей водяной бане в течение 15 мин. Полученное извлечение фильтровали через бумажный фильтр (красная полоса). На линию старта пластинки Силуфол УФ-254 микропипеткой наносили 0,01 мл полученного фильтрата, 0,02 мл (20 мкг) 0,1% раствора ГСО глицирама. Пластинку с нанесенными пробами хроматографировали восходящим способом в камере, предварительно насыщенной не менее 24 ч смесью растворителей хлороформ—метанол—вода в соотношении 26:14:3. Когда фронт растворителей пройдет около 13 см (силуфол) или 9 см (сорбфил), пластинку вынимали из камеры, сушили на воздухе в течение 5 мин и просматривали в видимом свете и УФ-свете при длине волны 254 нм. На хроматограмме на уровне пятна ГСО глицирам было обнаружено фиолетовое флюоресцирующее пятно величиной Rf около 0,3 и пятно желтого цвета величиной Rf около 0,5 (ликуразид). Хроматограмму обрабатывали свежеприготовленным раствором диазобензолсульфокислоты в насыщенном растворе карбоната натрия и выдерживали при температуре 110°С в течение 5 мин. На хроматограмме извлечения из сырья на уровне пятна ГСО ликуразида проявилось оранжевое пятно (Rf около 0,5); допускается наличие других пятен.
Подготовка пластинок. Пластинки Силуфол УФ 254 15 х 15 см разрезали поперек линий накатки соответственно на 2 части размером 15 х 7,5 см и перед использованием активировали в сушильном шкафу при 100—105°С в течение 1 ч.
Приготовление раствора диазобензолсульфокислоты. 0,01 г диазобензолсульфокислоты (ГФ X, с. 876) растворяли в 10 мл 10% раствора натрия карбоната. Раствор использовали свежеприготовленным.
Рисунок 2 - Результаты тонкослойной хроматографии извлечения из БАД и ГСО глицирама в системе хлороформ—метанол—вода в соотношении 26:14:3 (1. извлечение из БАД «Эхисол»; 2. ГСО глицирама)
Методика качественного анализа включена в НД на биологически активную добавку к пище.
Определение подлинности остальных компонентов состава проводили с помощью качественных реакций. Приведу один пример:
Качественная реакция на ретинола ацетат: 0,05 г препарата из капсулы взбалтывали с 5 мл хлороформа и фильтровали через бумажный фильтр, на котором находилась небольшое количество натрия сульфата безводного. К 0,2 мл фильтрата прибавляли 2 капли уксусного ангидрида и 2 мл сурьмы хлорида. Появлялось нестойкое синее окрашивание.
3.2 Количественное определение витаминов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии
Для определения аскорбиновой кислоты и прочих компонентов витаминной части предложенной нами композиции мы использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). (подробно этот этап расписан в полном варианте работе).
Результаты определения представлены на хроматограммах рисунки 3
Рисунок 3. - Хроматограмма растворов РСО
Таблица 4 - Результаты ВЭЖХ для растворов РСО
Пик# |
Наим. компонента |
RT, min |
Высота, mAU |
Площадь |
Симметрия |
С, мг/мл |
1 |
C |
3.8 |
586 |
4412 |
0.72 |
0.2316 |
2 |
B6 |
15.8 |
26.3 |
254.4 |
0.915 |
0.0032 |
3 |
FolAc |
24.2 |
1.3 |
29.0 |
0.856 |
0.00016 |
4 |
B2 |
24.8 |
11.4 |
222 |
1.06 |
0.0015 |
Рисунок 4 - Хроматограмма испытуемого раствора при определении водорастворимых витаминов
Таблица 5 – Результаты ВЭЖХ для водорастворимых витаминов
Пик# |
Наим. компонента |
RT, min |
Высота, mAU |
Площадь |
Симметрия |
С, мг/мл |
Содержание мг в 1 г |
1 |
C |
3.7 |
2347 |
19115.8 |
0.56 |
1.0036 |
232 |
2 |
B6 |
15.8 |
204.0 |
2032 |
0.915 |
0.0032 |
5,9 |
3 |
FolAc |
23.7 |
0.4 |
8.18 |
1.04 |
0.000045 |
0,0104 |
4 |
B2 |
24.6 |
102 |
1939.4 |
0.965 |
0.0132 |
3,1 |
Таким образом, результаты проведенного методом ВЭЖХ определения водорастворимых витаминных компонентов - аскорбиновой кислоты, пиридоксина гидрохлорида, рибофлавина и кислоты фолиевой соответствуют основным количественным показателям предлагаемого состава смеси.
Подобным образом проводилась работа по определению витамина А в капсулированной БАД,
Литература: