44.5. Структурные и термодинамические аспекты взаимодействий в многокомпонентных системах биополимеров. Физико-химические основы создания биополимерных систем адресной доставки биологически активных веществ

В настоящее время наблюдается возрастающий интерес к новым возможностям и перспективам использования биополимеров (белков и полисахаридов), выделяемых из возобновляемого природного сырья. Это обусловлено как потребностью создания биологически совместимых функциональных полимерных материалов, так и растущими требованиями потребителей к «натуральности» продуктов пищевого и фармацевтического назначения. В этой связи весьма актуальной является проблема диверсификации сырьевой базы производства белков и полисахаридов пищевого и биомедицинского назначения. Так основу мировых запасов продовольствия составляют семена зерновых, зернобобовых и масличных культур, однако, большая их часть используется лишь косвенно, путем скармливания животным. Использование растительных глобулинов для пищевых целей сопряжено с рядом проблем: несмотря на благоприятный аминокислотный состав, они имеют недостаточно высокие био- и технофункциональные свойства, обусловленные особенностями структуры молекул; не полностью перевариваются ферментами желудочно-кишечного тракта; обладают аллергенным действием. Эффективным способом модификации структуры запасных белков является ограниченный протеолиз. В настоящее время все больший интерес вызывает подход к модификации растительных глобулинов, основанный на использовании катаболического потенциала сырья, а именно, ограниченный протеолиз под действием эндогенных протеаз при прорастании семян. Он позволяет решить целый комплекс задач: повысить технофункциональные свойсва запасных белков (пенообразующую, эмульгирующую и стабилизирующую способность), понизить имунореактивность и увеличить атакуемость ферментами желудочно-кишечного тракта. Кроме того, к настоящему времени раскрыт значительный терапевтический потенциал белков и полисахаридов, который основывается на следующих их свойствах: антигипертензивных; антидиабетических; гиполипидемических; кардиозащитных; антимикробных; пребиотических; и профилактических в канцерогенезе, вызванном окислительным стрессом. Также белки и полисахариды обладают инкапсулирующей способностью по отношению к различным по природе биологически активным веществам. Благодаря этой способности, они могут быть использованы для формирования микро- и наносистем контролируемой и адресной перроральной доставки биологически активных веществ (нутрицевтиков и лекарств) без потерь их биологической активности и в адекватном для их оздоровительного эффекта количестве. Все эти свойства делают биополимеры незаменимыми при создании инновационных ингредиентов таргетного профилактического и терапевтического действия для функциональных, специализированных и лечебных продуктов питания. При этом, сохраняется важность решения проблемы целенаправленного управления структурой, физико-химическими свойствами и функциональностью белков и полисахаридов, как основных структурообразующих ингредиентов в составе, как правило, многокомпонентных и многофазных систем пищевого и фармацевтического назначения. В последние годы также наблюдается растущий интерес к использованию взаимодействий между биополимерами (белками, полисахаридами) в целенаправленном молекулярном дизайне, как структуры физиологически активных ингредиентов на основе биополимеров для доставки незаменимых биологически активных веществ, так и профилактических продуктов питания (обогащённых, функциональных, специализированных и лечебных). При этом к настоящему времени, только ограниченное число полезных биологически активных веществ (в основном витаминов) удалось включить в также ограниченное число продуктов питания. При этом оценка степени их биодоступности из таких продуктов ещё требует проведения широкомасштабных исследований как in vitro, так и in vivo и ex-vivo. Кроме этого необходимо ясное понимание антагонистических и синергетических влияний всех компонентов в многокомпонентной системе на её структуру, долговременную физическую стабильность и функциональность. При этом, достижение более глубокого понимания природы и силы межмолекулярных взаимодействий (биополимер-биополимер и биополимер-инкапсулированное биологически активное вещество) в различных условиях окружающей среды, включая пищеварительный тракт, может способствовать более рациональному молекулярному конструированию таких систем. Хочется отметить, что характерная чувствительность ассоциативных взаимодействий белков и полисахаридов к изменению рН, температуры и ионного окружения может представлять определённую сложность, но может быть также и очень полезной в конструировании стимул-чувствительных (так называемых «умных») коллоидных частиц (электростатических нанокомплексов, комплексных коацерватов, смешанных гидрогелевых частиц), содержащих инкапсулированные незаменимые биологически активные вещества. Эти коллоидные частицы могли бы быть рассмотрены, как инновационные ингредиенты пищевых систем нового поколения для таргетной диетотерапии хронических неинфекционных заболеваний (ХНИЗ: диабета 2-го типа, сердечно-сосудистых, онкологических и нервно-дегенеративных). Особый интерес в настоящее время вызывает также решение проблемы регулирования мукоадгезивности разрабатываемых инновационных ингредиентов. В основе явления мукоадгезивности также лежат ассоциативные взаимодействия между муцином (основным гликопротеином слизистой ткани организма (мукозы), выстилающей, в частности, ротовую полость и желудочно-кишечный тракт) и гидрофильными полимерами, к которым можно отнести целый ряд природных полисахаридов (хитозан, пектин, альгинат, каррагинан). В настоящее время считается общепризнанным, что использование мукоадгезивных полимеров является многообещающей стратегией для повышения проницаемости эпителия и преодоления барьеров для всасывания различных лекарственных веществ.