Выживаемость бифидобактерий в альгинат-хитозановых микрокапсулах с инулином при моделировании условий желудочно-кишечного тракта

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. 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. 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. 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. 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).

1. Раскина 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.

2. Кайбышева В. О., Никонов Е. Л. Пробиотики с позиций доказательной медицины. Доказательная гастроэнтерология. 2019;8(3):45–54. https://doi.org/10.17116/dokgastro2019803145

3. Han 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.2021.609722

4. Chávarri 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.2010.06.022

5. Sánchez 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.00886-07

6. Alp 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.2009.06.006

7. Wang 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/ph15050644

8. Cook 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.2012.06.003

9. Ji 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.2019.01389

10. Hamman 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/md8041305

11. Yeung 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.2016.00494

12. Коцур 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/phf21267

13. Parsana 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.2023.100285

14. Prasanna 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/10.1111/1471-0307.12568

15. 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.

16. 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.2021.120977

17. Fritzen-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