负载二氢紫杉素的纳米胶束具有独特的圆柱形结构：不同浓度氯化钙（CaCl?）对二氢紫杉素稳定性和控释效果的影响

《Food and Bioproducts Processing》：Dihydromyricetin-loaded nanocochleates with a distinctive cylindrical structure: Effects of varying calcium chloride (CaCl 2) concentrations on the stability and controlled release of dihydromyricetin

本研究通过调节CaCl2浓度（6.25、12.5、25 mM）制备DHM负载纳米音泡，探究其对结构、包封效率及肠道释放的影响。结果表明，25 mM CaCl2下纳米音泡包封效率达85.29%，稳定性最佳，且释放率较游离DHM显著降低，证实Ca2?通过离子作用调控纳米音泡形态及功能特性。

　　

Mohammad Molaveisi|赵雅|李莉|史启龙

山东工业大学农业工程与食品科学学院，中国山东省淄博市新村镇西路255000

摘要

作为一种创新的递送载体，纳米螺旋结构能够提高二氢杨梅素的稳定性和控释效果。然而，氯化钙（CaCl₂）影响纳米螺旋结构独特圆柱形形成的机制，以及其对稳定性和释放性能的影响，目前尚不清楚。为了解决这些问题，我们准备了分别含有6.25、12.5和25 mM CaCl₂的负载二氢杨梅素的纳米螺旋结构，以评估它们对纳米螺旋结构的物理化学和结构特性的影响。结果表明，使用最高浓度（25 mM）的CaCl₂并加入5 mg二氢杨梅素制备的纳米螺旋结构具有最高的包封效率（85.29 ± 0.12%）、ζ电位（–20.53 ± 0.97 mV）、抗氧化活性（50.46 ± 0.63%）和表观水溶性（57.25 ± 0.51%）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示纳米螺旋结构呈细长的圆柱形，X射线衍射（XRD）分析证实了其独特的结构。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）证实二氢杨梅素通过离子相互作用有效地被封装在纳米螺旋结构中。含有25 mM CaCl₂的纳米螺旋结构在28天内表现出优异的稳定性，并且在体外条件下显示出比二氢杨梅素悬浮液（99%）更优异的控释效果（64%–81%）。

引言

二氢杨梅素（DHM）是藤茶中的一种关键黄酮类化合物，具有多种生物学和药理活性，包括抗炎、抗氧化、抗菌、降血糖和抗癌作用（Zhang等人，2022年）。然而，由于其水溶性低和生物半衰期短，其在体内的生物活性难以实现。二氢杨梅素在25°C下的水溶性仅为0.2 mg/mL，通过肠黏膜的渗透性有限，且吸收到血液中的量也很少（Wen等人，2020年）。尽管科学界越来越关注使用包封和纳米粒子来防止功能性成分的氧化损伤，但关于提高其生物利用度的方法的文献仍然较少（Gorzin等人，2024年）。

脂质体作为药物载体具有低毒性、高生物相容性和低免疫原性等优点（Azarashkan等人，2022年；Chai和Park，2023年）。然而，脂质体在口服后接触胃肠道液体时面临挑战。这些液体的复杂成分会破坏脂质体的磷脂双层结构，因为它们对胃酸和酶的耐受性较低，导致生物活性化合物过早且不受控制地释放（Molaveisi等人，2021a）。脂质体的结构易于修改，可以定制其特性以改善性能。这种灵活性源于亲水头部的功能基团可以通过各种取代基进行改变，从而便于将不同的配体附着在脂质体表面（Li等人，2020年）。修改方法包括用不同聚合物（如壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和海藻酸钠）包覆脂质体，将饱和和不饱和脂肪酸嵌入脂质体膜中，以及加入各种乳化剂（Esposto等人，2021年）。脂质体修改的一个问题是它们与Caco-2细胞单层的融合，这也会降低药物在小肠中的释放速率。一种有前景的策略是通过阳离子与脂质体表面的相互作用来创建螺旋结构（Lipa-Castro等人，2021年）。

螺旋结构是由双层纳米片或纳米带中间体滚动形成的螺旋形颗粒结构，通常由带电的两亲分子（如磷脂）组成（Molaveisi等人，2025c）。最近，肽两亲分子和其他两亲分子也表现出类似螺旋结构的自组装现象。螺旋结构作为多种药物的递送系统受到了广泛研究，包括抗真菌剂、抗生素、抗癌剂和敏感分子。此外，最近的研究还强调了螺旋结构类似组装体的其他应用，如光催化剂和光学超材料（Shuddhodana和Judeh，2021年）。磷脂中的负电荷基团（如磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇）与二价阳离子（如Ca²⁺和Mg²⁺）之间可以形成离子键。这些二价阳离子促使脂质膜融合，形成具有脱水脂质头基的大而平坦的双层片状结构。这一过程使脂质酰基侧链能够紧密排列成高度稳定的晶体状态，最终形成卷曲的多层脂质复合物，即螺旋结构（Lipa-Castro等人，2021年）。

螺旋结构具有多种独特优势，包括提高稳定性、增加在水中的分散性以及控释封装的生物活性化合物（Molaveisi等人，2025c）。由于其复杂的多层膜结构，纳米螺旋结构被用于控释生物活性化合物（El-Melegy等人，2021年）。与某些基于脂质的纳米载体（如植物脂质体、固体脂质纳米颗粒（SLNs）和纳米结构脂质载体（NLCs）不同，纳米螺旋结构更容易制备。此外，纳米螺旋结构可以冷冻干燥后储存，从而在室温下长期保存。这一优势便于在全球范围内运输和储存（Molaveisi等人，2025d）。纳米螺旋结构将生物活性化合物捕获在晶体基质中，而不会发生化学键合，这与通过键合改变化合物的基于脂质的载体（如纳米植物脂质体）不同。虽然纳米乳液、纳米脂质体、纳米植物脂质体和NLCs具有单层结构，但纳米螺旋结构具有多层圆柱形设计。它们能有效结合疏水性和亲水性化合物，其中疏水部分嵌入脂质双层中，而大多数脂质载体通常只携带一种类型的化合物（Panda等人，2023年）。

这些特性使得螺旋结构特别适合递送生物活性化合物。通过调整螺旋结构制备的各种条件和成分，包括磷脂的类型、生物活性化合物的浓度和其他相关因素，可以生产出均匀且纳米级的螺旋结构（Panda等人，2023年）。在之前的研究中，我们开发了纳米螺旋结构作为递送载体，以提高二氢杨梅素在胃肠道中的水分散性、稳定性和控释效果（Molaveisi等人，2024年）。结果表明，纳米螺旋结构由于胶体分散作用提高了表观溶解度至64.75%，并保留了41.38%的抗氧化活性。与纳米脂质体相比，这些纳米螺旋结构在储存30天后也表现出更高的稳定性。值得注意的是，纳米螺旋结构中的二氢杨梅素释放缓慢且可控，而纳米脂质体则表现为突发释放。然而，导致纳米螺旋结构结构和功能特性（如释放和稳定性）变化的基本物理化学因素以及来自CaCl₂的桥接剂（如Ca²⁺）的影响在很大程度上被忽视了。因此，与之前的研究相比，本工作的创新之处在于比较了使用不同浓度CaCl₂和二氢杨梅素制备的纳米螺旋结构。我们的目标是评估它们的物理化学性质并确定潜在的优化策略。此外，创建具有可定制属性的纳米级递送系统（如尺寸、表面功能、表面电荷、靶向递送和控释）一直是一个挑战。由于螺旋结构的复杂性，为其设计特定的功能结果特别困难，需要深入理解其形成机制。

因此，我们假设Ca²⁺可以有效地影响纳米螺旋结构的圆柱形形成，以及其中封装的二氢杨梅素的物理化学和功能特性。在这项研究中，我们系统地研究了在不同CaCl₂浓度下使用磷脂酰丝氨酸制备纳米螺旋结构的过程。我们的目标是提高二氢杨梅素的表观水溶性（水分散性）、储存稳定性和在模拟胃肠道中的控释效果。我们还研究了不同浓度的二氢杨梅素和CaCl₂（作为阳离子桥接剂）如何影响纳米螺旋结构的结构特性和其他功能特性，如稳定性和释放效果。这项研究有助于更深入地理解纳米螺旋结构递送系统，并改进其设计，以实现特定的功能效果。

材料

二氢杨梅素（纯度≥98% HPLC）、猪胰脂肪酶、猪胃蛋白酶和胆盐（胆酸≥60%）购自上海豫源生物科技有限公司（中国上海）。商业级二氢杨梅素（食品级）来自贵州妙尧生物科技有限公司（中国贵州）。磷脂酰丝氨酸（纯度74.1%）购自陕西兰德生物科技有限公司（中国西安）。此外，2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）购自东京化学工业（上海）发展公司

扫描电子显微镜（SEM）

使用SEM分析了负载和未负载二氢杨梅素的纳米螺旋结构的表面形态，结果如图1所示。SEM图像表明，所有制备的样品都具有卷曲的圆柱形结构，这是纳米螺旋结构的特征。如图1所示，纳米螺旋结构呈细长的圆柱形。因此，SEM图像验证了纳米螺旋结构的独特外部形态，其中长宽比显著

结论

纳米螺旋结构是一种有效的递送载体，可以确保二氢杨梅素的物理化学稳定性、生物利用度和靶向递送。研究结果表明，随着CaCl₂浓度（从6.26到25 mM）和二氢杨梅素浓度的增加，包封效率（EE）、粒径（PDI）、ζ电位和水分散性显著提高，这可能是由于在较高浓度下形成了更多的层。此外，纳米螺旋结构在清除DPPH方面表现出良好的活性水平

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

未引用参考文献

(Panda等人，2023年；Shuddhodana，2021年)

CRediT作者贡献声明

李莉：数据整理。赵雅：验证、概念化。史启龙：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、概念化。Mohammad Molaveisi：撰写 – 原稿、软件、方法学、研究、数据分析、数据整理。

竞争利益声明

作者声明没有潜在的利益冲突。