Получение, морфология, антирадикальная и биологическая активность кверцетин-содержащих наночастиц зеина и их субмикронных агрегатов

Наночастицы проламинового белка кукурузы зеина (NPQ), содержащие 0,005–0,26 г/г кверцетина (Q), получены десольватацией 25–30 мг/мл растворов белка в этаноле, содержащих капсулируемое соединение, водным раствором полистиролсульфоната. Размеры наночастиц зеина и их агрегатов охарактеризованы методами динамического светорассеяния и атомно-силовой микроскопии, содержание кверцетина – методом Фолина–Чокальтеу. При отношении кверцетин/зеин в растворе менее 0,08 г/г полифенол количественно включается в наночастицы, а их гидродинамический диаметр равен 60–75 нм. С увеличением отношения кверцетин/зеин до 0,20 г/г средний диаметр частиц возрастает до 150 нм. В концентрированных дисперсиях образуются агрегаты диаметром порядка 500–600 нм. Изучена кинетика высвобождения кверцетина из NPQ с различной массовой долей Q в дистиллированной воде и растворах, имитирующих среду желудка и кишечника, при 37 °С. Наночастицы зеина проявляют слабую активность в реакции с катион-радикалами АБТС. Инкапсулированный в матрицу зеина Q в целом сохраняет антирадикальную активность, характерную для свободного флавоноида, однако скорость обесцвечивания катион- радикалов АБТС замедляется из-за пролонгированного высвобождения кверцетина из NPQ. Цитопротекторные свойства кверцетина в наночастицах зеина существенно снижаются и проявляются в частичном сохранении целостности клеточных мембран и уменьшении выхода лактатдегидрогеназы из УФ-С-облученных клеток НаСаТ. В отличие от свободного кверцетина введение Q в наночастицах зеина или их субмикронных агрегатов увеличивает количество метаболически мертвых УФ-С-облученных клеток НаСаТ, усиливая цитотоксическое действие УФ-излучения. Аналогичным эффектом обладают пустые зеиновые агрегаты субмикронных размеров.

1. Polyphenols and their nanoformulations: protective effects against human diseases / S. Anand [et al.] // Life. – 2022. – Vol. 12, № 10. – P. 1639. https://doi.org/10.3390/life12101639

2. Цитопротекторный потенциал полифенольных экстрактов плодов рода Vaccinium, произрастающих на террирории Югры, в условиях in vitro / Е. А. Белова [и др.] // Вестн. СурГУ. Медицина. – 2020. – Т. 43, № 1. – С. 86–93. https://doi.org/10.34822/2304-9448-2020-1-86-93

3. Encapsulation of quercetin in biopolymer-coated zein nanoparticles: formation, stability, antioxidant capacity, and bioaccessibility / Y. Zou [et al.] // Food Hydrocoll. – 2021. – Vol. 120, № 2. – P. 106980. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106980

4. Natural substances for prevention of skin photoaging: screening systems in the development of sunscreen and rejuvenation cosmetics / V. Kostyuk [et al.] // Rejuvenation Res. – 2018. – Vol. 21, №2. – P. 91–101. https://doi.org/10.1089/rej.2017.1931

5. Role of the encapsulation in bioavailability of phenolic compounds / J. Grgić [et al.] // Antioxidants. – 2020. – Vol. 9, № 10. – P. 923. https://doi.org/10.3390/antiox9100923

6. Effects of native and particulate polyphenols on DNA damage and cell viability after UV-C exposure / A. I. Potapovich [et al.] // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. – 2023. – Vol. 396, №. 9. – P. 1923–1930. https://doi.org/10.1007/s00210023-02443-3

7. Parris, N. Extraction and solubility characteristics of zein proteins from dry-milled corn / N. Parris, L. C. Dickey // J. Agric. Food Chem. – 2001. – Vol. 49, № 8. – Р. 3757–3760. https://doi.org/10.1021/jf0011790

8. Lawton, J. W. Zein: a history of processing and use / J. W. Lawton // Cereal Chem. – 2002. – Vol. 79, № 1. – Р. 1–18. https://doi.org/10.1094/CCHEM.2002.79.1.1

9. Recent advances in food-packing, pharmaceutical and biomedical applications of zein and zein-based materials / E. Corradini [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2014. – Vol. 15, № 12. – Р. 22438–22470. https://doi.org/10.3390/ijms151222438

10. Pascoli, M. Zein nanoparticles and strategies to improve colloidal stability: a mini-review / M. Pascoli, R. de Lima, L.F. Fraceto // Front. Chem. – 2018. – Vol. 6. – P. 6. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00006

11. Physicochemical properties and bioavailability comparison of two quercetin loading zein nanoparticles with outer shell of caseinate and chitosan / J.-F. Zhou [et al.] // Food Hydrocoll. – 2021. – Vol. 120. – P. 106959. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106959

12. Encapsulation of quercetin in biopolymer-coated zein nanoparticles: Formation, stability, antioxidant capacity, and bioaccessibility / Y. Zou [et al.] // Food Hydrocoll. – 2021. – Vol. 120. – P. 106980. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106980

13. Zein-pectin composite nanoparticles as an efficient hyperoside delivery system: fabrication, characterization, and in vitro release property / X. Wang [et al.] // LWT – Food Sci. Technol. – 2020. – Vol. 133. – P. 109869. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109869

14. Carriers based on zein-dextran sulfate sodium binary complex for the sustained delivery of quercetin / T. Wang [et al.] // Front. Chem. – 2020. – Vol. 8. – P. 662. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00662

15. In vitro antioxidant and antitumor study of zein/SHA nanoparticles loaded with resveratrol / Q. Shi [et al.] // Food Sci. Nutr. – 2021. – Vol. 9, № 7. – P. 3530–3537. https://doi.org/10.1002/fsn3.2302

16. Synthesis of novel biodegradable methoxy poly(ethylene glycol)−zein micelles for effective delivery of curcumin / S. Podaralla [et al.] // Mol. Pharm. – 2012. – Vol. 9, № 9. – P. 2778−2786. https://doi.org/10.1021/mp2006455

17. Preparation and characterization of quercetin-loaded zein nanoparticles by electrospraying and study of in vitro bioavailability / F. Rodríguez-Félix [et al.] // J. Food Sci. – 2019. – Vol. 84, № 10. – P. 2883–2897. https://doi.org/10.1111/17503841.14803

18. Quercetin loaded biopolymeric colloidal particles prepared by simultaneous precipitation of quercetin with hydrophobic protein in aqueous medium / A. R. Patel [et al.] // Food Chem. – 2012. – Vol. 133, № 2. – Р. 423–429. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.01.054

19. Zein nanoparticles as low-cost, safe, and effective carriers to improve the oral bioavailability of resveratrol / R. Nunes [et al.] // Drug Deliv. Transl. Res. – 2020. – Vol. 10, № 3. – P. 826–837. https://doi.org/10.1007/s13346-020-00738-z

20. Zeinvs PLGA-based nanoparticles containing rutin: a comparative investigation / A. Gagliardi [et al.] // Mater. Sci. Eng. C. – 2021. – Vol. 118. – P. 111538. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111538

21. Paclitaxel-loaded sodium deoxycholate-stabilized zein nanoparticles: characterization and in vitro cytotoxicity / A. Gagliardi [et al.] // Heliyon. – 2019. – Vol. 5. – P. e02422. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02422

22. Encapsulation of lovastatin in zein nanoparticles exhibits enhanced apoptotic activity in HepG2 cells / N. A. Alhakamy [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2019. – Vol. 20. – P. 5788. https://doi.org/10.3390/ijms20225788

23. Lecithins-zein nanoparticles for antifungal treatment: enhancement and prolongation of drug retention in skin with reduced toxicity / S. Zhang [et al.] // Int. J. Pharm. – 2020. – Vol. 590. – P. 119894. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119894

24. Zein nanoparticles as eco-friendly carrier systems for botanical repellents aiming sustainable agriculture / J. L. de Oliveira [et al.] // J. Agric. Food Chem. – 2018. – Vol. 66, № 6. – P. 1330−1340. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b05552

25. Nakamura, Y. Method for analysis of tannic acid and its metabolites in biological samples: application to tannic acid metabolism in the rat / Y. Nakamura, S. Tsuji, Y. Tonogai // J. Agric. Food Chem. – 2003. – Vol. 51, № 1. – P. 331–334. https:// doi.org/10.1021/jf020847+

26. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay / R. Re [et al.] // Free Radical Biol. Med. – 1999. – Vol. 26, № 9–10. – P. 1231–1237. https://doi.org/10.1016/S0891-5849(98)00315-3

27. Singh, B. R. Basic aspects of the technique and applications of infrared spectroscopy of peptides and proteins in infrared analysis of peptides and proteins / B. R. Singh // ACS Sym. Ser. – 2000. – Vol. 750. – P. 2–37. https://doi.org/10.1021/bk-2000-0750.ch001

28. Zein nanoparticle as a novel BMP6 derived peptide carrier for enhanced osteogenic differentiation of C2C12 cells / M. Hadavi [et al.] // Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. – 2018. – Vol. 46, № 1. – Р. 559–567. https://doi.org/10.1080/21691401.2018.143164

29. Colorful polyelectrolytes: an atom transfer radical polymerization route to fluorescent polystyrene sulfonate / W. Huberty [et al.] // J. Fluoresc. – 2016. – Vol. 26. – P. 609–615. https://doi.org/10.1007/s10895-015-1747-2

30. Infrared spectrum analysis of some flavonoids / M. Heneczkowski [et al.] // Acta Pol. Pharm. – 2001. – Vol. 58, № 6. – P. 415–420. PMID: 12197612

31. Pohjala, L. Aggregating behavior of phenolic compounds – a source of false bioassay results / L. Pohjala, P. Tammela // Molecules. – 2012. – Vol. 17, № 9. – P. 10774–10790. https://doi.org/10.3390/molecules170910774

32. Multiple interactions between polyphenols and a salivary proline-rich protein repeat result in complexation and precipitation / N. J. Baxter [et al.] // Biochem. – 1997. – Vol. 36, № 18. – P. 5566–5577. https://doi.org/10.1021/bi9700328

33. Identification of the products of oxidation of quercetin by air oxygen at ambient temperature / I G. Zenkevich [et al.] // Molecules. – 2007. – Vol. 12, № 3. – Р. 654–72. https://doi.org/10.3390/12030654

34. Chebotarev, A. N. Study of the AcidBase Properties of Quercetin in Aqueous Solutions by Color Measurements / A. N. Chebotarev, D. V. Snigur // J. Anal. Chem. – 2015. – Vol. 70, № 1. – Р. 55–59. https://doi.org/10.1134/S1061934815010062

35. Relation between Droplet Size Distributions and Physical Stability for Zein Microfluidized Emulsions / J. Santos [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, № 11. – P. 2195. https://doi.org/10.3390/polym14112195

36. The effect of pH and cocrystal quercetin-isonicotinamide on quercetin solubility and its thermodynamic / B. Wisudyaningsih [et al.] // Res. J. Pharm. Technol. – 2021. – Vol. 14, № 9. – P. 4657–4661. https://doi.org/10.52711/0974360X.2021.00809

37. Shape dependent cytotoxicity of PLGA-PEG nanoparticles on human cells / B. Zhang [et al.] // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 7. – P. 7315. https://doi.org/10.1038/s41598-017-07588-9

38. Effect of secondary particle size of nickel oxide on nanoparticles on cytotoxicity in A549 cells / T. Kawakami [et al.] // J. Toxicol. Sci. – 2022. – Vol. 47, № 4. – P. 151–157. https://doi.org/10.2131/jts.47.151

39. Soto, K. Cytotoxic effects of aggregated nanomaterials / K. Soto, K. M. Garza, L. E. Murr // Acta Biomater. – 2007. – Vol. 3, № 3. – P. 351–358. https://doi.org.10.1016/j.actbio.2006.11.004

40. Plant polyphenols against UV-C-induced cellular death / V. Kostyuk [et al.] // Planta Med. – 2008. – Vol. 74, № 5. – P. 509–517. https://doi.org/10.1055/s-2008-1074499