pharmjournalРазработка и регистрация лекарственных средствDrug development & registration2305-20662658-5049LLC «CPHA»10.33380/2305-2066-2026-15-3-2347pharmjournal-2435Research ArticleФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯPHARMACEUTICAL TECHNOLOGYВыживаемость бифидобактерий в альгинат-хитозановых микрокапсулах с инулином при моделировании условий желудочно-кишечного трактаSurvival of bifidobacteria in alginate-chitosan microcapsules with inulin under simulated gastrointestinal conditionshttps://orcid.org/0009-0002-3062-1855АндрюшковП. А.AndryushkovP. A.

197022, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Аптекарский остров, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Professora Popova str., Aptekarsky Ostrov Municipal Okrug, Saint Petersburg, 197022

andryushkov.pavel@pharminnotech.comhttps://orcid.org/0000-0002-8049-6207МарченкоА. Л.MarchenkoA. L.

197022, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Аптекарский остров, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Professora Popova str., Aptekarsky Ostrov Municipal Okrug, Saint Petersburg, 197022

https://orcid.org/0009-0000-1539-8013ЧерныхТ. Ф.ChernykhT. F.

197022, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Аптекарский остров, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Professora Popova str., Aptekarsky Ostrov Municipal Okrug, Saint Petersburg, 197022

https://orcid.org/0009-0005-2372-2174БуденштейнБ. Г.BudenshteinB. G.

197022, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Аптекарский остров, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Professora Popova str., Aptekarsky Ostrov Municipal Okrug, Saint Petersburg, 197022

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России)РоссияSaint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University (SPCPU)Russian Federation20260909202615399106Copyright © Андрюшков П.А., Марченко А.Л., Черных Т.Ф., Буденштейн Б.Г., 20262026Андрюшков П.А., Марченко А.Л., Черных Т.Ф., Буденштейн Б.Г.Andryushkov P.A., Marchenko A.L., Chernykh T.F., Budenshtein B.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmjournal.ru/jour/article/view/2435Введение

Введение. Низкая выживаемость пробиотических микроорганизмов при прохождении через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) существенно ограничивает терапевтическую эффективность пероральных пробиотических препаратов. Включение пребиотика инулина в матрицу микрокапсул и применение различных типов твердых капсул может дополнительно повысить защиту бифидобактерий, однако комплексное сравнение этих факторов на единой модели не проводилось.

Цель

Цель. Оценить влияние инулина в составе альгинат-хитозановых микрокапсул и типа твердой капсулы (желатиновая/кишечнорастворимая) на выживаемость B. bifidum при моделировании условий ЖКТ.

Материалы и методы

Материалы и методы. Сформированы шесть экспериментальных образцов: микрокапсулы (альгинат + хитозан) без инулина и с инулином в желатиновых и кишечнорастворимых капсулах, а также контрольные группы (порошок бифидумбактерина в желатиновой и кишечнорастворимой капсулах). Моделирование условий ЖКТ проведено в соответствии с ОФС.1.4.2.0014 Государственной фармакопеи РФ XV издания: кислотная стадия (0,1 М HCl, pH 1,2, 2 ч) с последующим переходом к буферной стадии (pH 6,8). Выживаемость определяли методом подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ) на среде МРС-5.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Максимальную выживаемость показал образец «микрокапсулы с инулином в кишечнорастворимой капсуле». Микрокапсулы с инулином в желатиновой капсуле обеспечили аналогичную выживаемость. Микрокапсулы без инулина продемонстрировали небольшое снижение титра клеток (кишечнорастворимая и желатиновая капсула). Порошок бифидумбактерина в желатиновой капсуле характеризовался редукцией жизнеспособных КОЕ на 2 порядка, а в кишечнорастворимой капсуле без микрокапсулирования выживаемость снизилась на 1 lg КОЕ/капсулу.

Заключение

Заключение. Альгинат-хитозановое микрокапсулирование является основным фактором защиты B. bifidum. Включение инулина в матрицу дополнительно повышает выживаемость. Сочетание микрокапсулирования с инулином и кишечнорастворимой капсулы обеспечивает максимальную защиту, однако статистически значимого преимущества кишечнорастворимой капсулы перед желатиновой на фоне микрокапсулирования с инулином не выявлено (p > 0,05).

Introduction

Introduction. Low viability of probiotic microorganisms during gastrointestinal (GI) transit substantially limits the therapeutic efficacy of oral probiotic formulations. Incorporating the prebiotic inulin into the microcapsule matrix and employing different types of hard capsules may further enhance bifidobacterial protection; however, a comprehensive comparison of these factors using a single GI model has not been conducted.

Aim

Aim. To evaluate the effect of inulin incorporation into alginate-chitosan microcapsules and the type of hard capsule (gelatin / enteric-coated) on the viability of B. bifidum under simulated GI conditions.

Materials and methods

Materials and methods. Six experimental formulations were prepared: microcapsules (alginate + chitosan) without and with inulin, placed in gelatin and enteric-coated capsules, as well as control groups (bifidumbacterin powder in gelatin and enteric-coated capsules). GI simulation was performed according to the State Pharmacopoeia of the Russian Federation (XV edition, General Monograph 1.4.2.0014): acid stage (0.1 M HCl, pH 1.2, 2 h) followed by buffer stage (pH 6.8). Viability was assessed by Colony-Forming Unit (CFU) counting on MRS-5 agar.

Results and discussion

Results and discussion. The highest survival rate was observed in the sample "microcapsules with inulin in an enteric-coated capsule". Microcapsules with inulin in a gelatin capsule provided comparable survival. Microcapsules without inulin demonstrated a slight reduction in cell titer (both enteric-coated and gelatin capsules). Bifidumbacterin powder in a gelatin capsule was characterized by a reduction of viable CFU by 2 orders of magnitude, while in an enteric-coated capsule without microencapsulation, survival decreased by 1 lg CFU/capsule.

Conclusion

Conclusion. Alginate-chitosan microencapsulation is the main factor protecting B. bifidum. Incorporation of inulin into the matrix additionally increases survival. The combination of microencapsulation with inulin and an enteric-coated capsule provides maximum protection; however, no statistically significant advantage of the enteric-coated capsule over the gelatin capsule was detected in the context of microencapsulation with inulin (p > 0.05).

пробиотикипребиотикисинбиотикибифидобактериимикрокапсулированиеальгинат натрияхитозанинулинprobioticsprebioticssynbioticsbifidobacteriamicroencapsulationsodium alginatechitosaninulinReferencesРаскина К. В., Мартынова Е. Ю., Фатхутдинов И. Р., Потешкин Ю. Е. Современные бактериологические препараты: влияние на микробиоту кишечника и роль в лечении заболеваний. Русский Медицинский Журнал. 2018;26(5–2):86–91.Raskina K. V., Martynova E. Yu., Fatkhutdinov I. R., Poteshkin Yu. E. Modern bacteriological agents: the effect on gut microbiota and the role in the treatment of diseases. Russian Medical Journal. 2018;26(5–2):86–91. (In Russ.)Кайбышева В. О., Никонов Е. Л. Пробиотики с позиций доказательной медицины. Доказательная гастроэнтерология. 2019;8(3):45–54. https://doi.org/10.17116/dokgastro2019803145Kaibysheva V. O., Nikonov E. L. Probiotics from the standpoint of evidence-based medicine. Russian Journal of Evidence-Based Gastroenterology. 2019;8(3):45–54. (In Russ.) https://doi.org/10.17116/dokgastro2019803145Han S., Lu Y., Xie J., Fei Y., Zheng G., Wang Z., Liu J., Lv L., Ling Z., Berglund B., Yao M., Li L. Probiotic gastrointestinal transit and colonization after oral administration: A long journey. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2021;11:609722. https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.609722Han S., Lu Y., Xie J., Fei Y., Zheng G., Wang Z., Liu J., Lv L., Ling Z., Berglund B., Yao M., Li L. Probiotic gastrointestinal transit and colonization after oral administration: A long journey. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2021;11:609722. https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.609722Chávarri M., Marañón I., Ares R., Ibáñez F. C., Marzo F., Villarán M. C. Microencapsulation of a probiotic and prebiotic in alginate-chitosan capsules improves survival in simulated gastro-intestinal conditions. International Journal of Food Microbiology. 2010;142(1–2):185–189. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2010.06.022Chávarri M., Marañón I., Ares R., Ibáñez F. C., Marzo F., Villarán M. C. Microencapsulation of a probiotic and prebiotic in alginate-chitosan capsules improves survival in simulated gastro-intestinal conditions. International Journal of Food Microbiology. 2010;142(1–2):185–189. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2010.06.022Sánchez B., Champomier-Vergès M.-C., Collado M. C., Anglade P., Baraige F., Sanz Y., de los Reyes-Gavilán C. G., Margolles A., Zagorec M. Low-pH adaptation and the acid tolerance response of Bifidobacterium longum biotype longum. Applied and Environmental Microbiology. 2007;73(20):6450–6459. https://doi.org/10.1128/AEM.00886-07Sánchez B., Champomier-Vergès M.-C., Collado M. C., Anglade P., Baraige F., Sanz Y., de los Reyes-Gavilán C. G., Margolles A., Zagorec M. Low-pH adaptation and the acid tolerance response of Bifidobacterium longum biotype longum. Applied and Environmental Microbiology. 2007;73(20):6450–6459. https://doi.org/10.1128/AEM.00886-07Alp G., Aslim B. Relationship between the resistance to bile salts and low pH with exopolysaccharide (EPS) production of Bifidobacterium spp. isolated from infants feces and breast milk. Anaerobe. 2010;16(2):101–105. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2009.06.006Alp G., Aslim B. Relationship between the resistance to bile salts and low pH with exopolysaccharide (EPS) production of Bifidobacterium spp. isolated from infants feces and breast milk. Anaerobe. 2010;16(2):101–105. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2009.06.006Wang X., Gao S., Yun S., Zhang M., Peng L., Li Y., Zhou Y. Microencapsulating alginate-based polymers for probiotics delivery systems and their application. Pharmaceuticals. 2022;15(5):644. https://doi.org/10.3390/ph15050644Wang X., Gao S., Yun S., Zhang M., Peng L., Li Y., Zhou Y. Microencapsulating alginate-based polymers for probiotics delivery systems and their application. Pharmaceuticals. 2022;15(5):644. https://doi.org/10.3390/ph15050644Cook M. T., Tzortzis G., Charalampopoulos D., Khutoryanskiy V. V. Microencapsulation of probiotics for gastrointestinal delivery. Journal of Controlled Release. 2012;162(1):56–67. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2012.06.003Cook M. T., Tzortzis G., Charalampopoulos D., Khutoryanskiy V. V. Microencapsulation of probiotics for gastrointestinal delivery. Journal of Controlled Release. 2012;162(1):56–67. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2012.06.003Ji R., Wu J., Zhang J., Wang T., Zhang X., Shao L., Chen D., Wang J. Extending viability of Bifidobacterium longum in chitosan-coated alginate microcapsules using emulsification and internal gelation encapsulation technology. Frontiers in Microbiology. 2019;10:1389. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01389Ji R., Wu J., Zhang J., Wang T., Zhang X., Shao L., Chen D., Wang J. Extending viability of Bifidobacterium longum in chitosan-coated alginate microcapsules using emulsification and internal gelation encapsulation technology. Frontiers in Microbiology. 2019;10:1389. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01389Hamman J. H. Chitosan based polyelectrolyte complexes as potential carrier materials in drug delivery systems. Marine Drugs. 2010;8(4):1305–1322. https://doi.org/10.3390/md8041305Hamman J. H. Chitosan based polyelectrolyte complexes as potential carrier materials in drug delivery systems. Marine Drugs. 2010;8(4):1305–1322. https://doi.org/10.3390/md8041305Yeung T. W., Üçok E. F., Tiani K. A., McClements D. J., Sela D. A. Microencapsulation in alginate and chitosan microgels to enhance viability of Bifidobacterium longum for oral delivery. Frontiers in Microbiology. 2016;7:494. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00494Yeung T. W., Üçok E. F., Tiani K. A., McClements D. J., Sela D. A. Microencapsulation in alginate and chitosan microgels to enhance viability of Bifidobacterium longum for oral delivery. Frontiers in Microbiology. 2016;7:494. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00494Коцур Ю. М., Флисюк Е. В. Современные полимеры в технологии таблеток с пролонгированным высвобождением. Формулы Фармации. 2020;2(1):36–43. https://doi.org/10.17816/phf21267Kotsur J. M., Flisyuk E. V. Modern polymers in prolonged release tablet technology. Pharmacy Formulas. 2020;2(1):36–43. (In Russ.) https://doi.org/10.17816/phf21267Parsana Y., Yadav M., Kumar S. Microencapsulation in the chitosan-coated alginate-inulin matrix of Limosilactobacillus reuteri SW23 and Lactobacillus salivarius RBL50 and their characterization. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2023;5:100285. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2023.100285Parsana Y., Yadav M., Kumar S. Microencapsulation in the chitosan-coated alginate-inulin matrix of Limosilactobacillus reuteri SW23 and Lactobacillus salivarius RBL50 and their characterization. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications. 2023;5:100285. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2023.100285Prasanna P. H. P., Charalampopoulos D. Encapsulation in an alginate-goats’ milk-inulin matrix improves survival of probiotic Bifidobacterium in simulated gastrointestinal conditions and goats’ milk yoghurt. International Journal of Dairy Technology. 2019;72(1):132–141. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12568Prasanna P. H. P., Charalampopoulos D. Encapsulation in an alginate-goats’ milk-inulin matrix improves survival of probiotic Bifidobacterium in simulated gastrointestinal conditions and goats’ milk yoghurt. International Journal of Dairy Technology. 2019;72(1):132–141. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12568Khosravi Zanjani M. A., Ghiassi Tarzi B., Sharifan A., Mohammadi N., Mohammadi N. Microencapsulation of probiotics by calcium alginate-gelatinized starch with chitosan coating and evaluation of survival in simulated human gastro-intestinal condition. Iranian Journal of Pharmaceutical Research. 2014;13(3):843–852.Khosravi Zanjani M. A., Ghiassi Tarzi B., Sharifan A., Mohammadi N., Mohammadi N. Microencapsulation of probiotics by calcium alginate-gelatinized starch with chitosan coating and evaluation of survival in simulated human gastro-intestinal condition. Iranian Journal of Pharmaceutical Research. 2014;13(3):843–852.Marzorati M., Calatayud M., Rotsaert C., Van Mele M., Duysburgh C., Durkee S., White T., Fowler K., Jannin V., Bellamine A. Comparison of protection and release behavior of different capsule polymer combinations based on L. acidophilus survivability and function and caffeine release. International Journal of Pharmaceutics. 2021;607:120977. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120977Marzorati M., Calatayud M., Rotsaert C., Van Mele M., Duysburgh C., Durkee S., White T., Fowler K., Jannin V., Bellamine A. Comparison of protection and release behavior of different capsule polymer combinations based on L. acidophilus survivability and function and caffeine release. International Journal of Pharmaceutics. 2021;607:120977. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120977Fritzen-Freire C. B., Prudêncio E. S., Pinto S. S., Muñoz I. B., Amboni R. D. M. C. Effect of microencapsulation on survival of Bifidobacterium BB-12 exposed to simulated gastrointestinal conditions and heat treatments. LWT – Food Science and Technology. 2013;50(1):39–44. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.07.037Fritzen-Freire C. B., Prudêncio E. S., Pinto S. S., Muñoz I. B., Amboni R. D. M. C. Effect of microencapsulation on survival of Bifidobacterium BB-12 exposed to simulated gastrointestinal conditions and heat treatments. LWT – Food Science and Technology. 2013;50(1):39–44. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.07.037

The authors declare that there are no conflicts of interest present.