Desarrollo y caracterización de vehículos lipídicos basados en Alquilgliceroles

• Main Author: Arranz-Martínez, Pablo
• Other Authors: Torres, Carlos F., Vázquez de Frutos, Luis, Ministerio de Economía y Competitividad (España), European Commission
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: CSIC-UAM - Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) 2018
• Subjects: Baja; Consecuencia; Hora; Martínez; Pablo; Antarc*; Antarctica
• Online Access: http://hdl.handle.net/10261/195995

Memoria presentada por Pablo Arranz Martínez para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Alimentación, Mención Internacional. Trabajo realizadoen el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL, UAM-CSIC). [ES]: En los últimos años, se han descubierto numerosos ingredientes bioactivos con prometedores efectos como potenciales agentes terapéuticos. Sin embargo, esta actividad, que ha sido demostrada en ensayos in vitro, no siempre ha mostrado los mismos resultados cuando se han llevado a cabo ensayos in vivo. Esto puede ser debido a que estos compuestos, en muchas ocasiones con carácter lipófilo, pueden tener una baja estabilidad durante la digestión gástrica, que deriva en una precipitación o una degradación de los mismos. En consecuencia, esta falta de bioactividad puede estar relacionada con una baja bioaccesibilidad y biodisponibilidad en el organismo. Con el fin de mejorar la absorción de estos compuestos bioactivos, se han desarrollado numerosas estrategias, entre las que se encuentra el uso de vehículos lipídicos. Si bien la función de estos sistemas lipídicos es el transporte y protección de dichos compuestos bioactivos durante el proceso digestivo, adicionalmente, con el fin de proporcionar un valor añadido a estos vehículos, se plantea la posibilidad de utilizar aceites con propiedades bioactivas complementarias a las del ingrediente bioactivo vehiculizado. Los estudios realizados durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral, han tenido como objetivo el desarrollo de vehículos lipídicos compuestos por alquilgliceroles. El interés por el uso de estas moléculas se debe a sus propiedades anticancerígenas, antineoplásicas e inmunomoduladoras entre otras. No obstante, hay que remarcar que estos compuestos tienen un bajo grado de digestibilidad, debido a la presencia de un enlace éter, lo que supone un punto clave a la hora de desarrollar estos vehículos. Así pues, se han diseñado dos líneas de trabajo. En primer lugar, se ha optimizado el proceso de glicerolisis enzimática de un aceite de hígado de tiburón quimera, con un contenido en alquilglicerol diesterificado del 80%. Bajo las condiciones óptimas de reacción (40 °C, en presencia de la lipasa de Candida antarctica inmovilizada como biocatalizador, relación molar aceite:glicerina 1:1 y el uso de 67% (p/p) de ciclopentanona como medio de reacción), se ha conseguido obtener un producto final con un contenido en monoglicérido superior al 30%, lo que le confiere potenciales propiedades autoemulsionables. Este proceso ha sido fácilmente escalable a planta piloto, obteniendo tasas de conversión similares a las conseguidas a nivel laboratorio. La reutilización del biocatalizador en consecutivos ciclos de reacción en planta piloto ha permitido el estudio cinético de la reacción de glicerolisis de este aceite. De este modo, se ha calculado la tasa de conversión de cada una de las especies presentes en el medio de reacción, observando que la velocidad de desaparición del triglicérido es 1.5 veces superior a la de alquilglicerol diesterificado, lo que demuestra que el biocatalizador utilizado presenta una discriminación hacia la conversión del éter lipídico. Adicionalmente, se ha estimado la vida media de dicha lipasa en 145 h bajo las condiciones de reacción estudiadas. El producto obtenido a partir de la reacción de glicerolisis enzimática de aceite de hígado de tiburón quimera, ha mostrado un comportamiento cristalino hasta 45 °C, atribuido a la presencia de la fracción de monoglicérido. El estudio de distintos tratamientos térmicos mostró una influencia sobre las cinéticas de cristalización y la estabilidad polimórfica del producto de glicerolisis. Por último, el planteamiento de una estrategia adicional para el empleo de alquilgliceroles en formulaciones lipídicas condujo a la modificación de una fosfatidilcolina comercial con una molécula de alquilglicerol, concretamente el batil alcohol, mediante una reacción transfosfatidilación, catalizada por la fosfolipasa D. La optimización de las condiciones de reacción permitió la obtención de un nuevo fosfolípido, el fosfatidilbatil alcohol, con una pureza superior al 70%, con potenciales propiedades bioactivas en su uso como vehículo lipídico. [EN]: Over the last years, a number of bioactive compounds from natural sources have shown promising effects as potential therapeutic/preventive agents in several in vitro assays but they do not provide the same efficacy when they are tested in vivo, which reduce their clinical use. The reason is related to the lipophilic properties of most of these compounds, which leads to instability during gastric digestion, reducing the intestinal bioaccessibility, bioavailability and, hence, the bioactivity or bioefficiency. Many strategies have been developed in order to enhance the absorption of these molecules. Among them, association to lipids has gained much interest. The main purpose of these lipid-based carriers is the transportation and protection of the bioactive compound throughout the gastrointestinal tract. Nevertheless, the use of lipids with bioactive properties might confer an additional value to the delivery system. The main goal of the studies carried out during this Doctoral Thesis has been the development of alkylglycerol-based delivery systems. The particular interest in the use of these molecules is the bioactive properties reported, such as antiproliferative, anticarcinogenic and immunomodulatory. However, the alkyl residue affects significantly their digestibility, which limits their capacity to act as lipid carriers. This highlights the need of strategies that improves the digestibility, miscibility and emulsifying capacity of these lipids. Therefore, two lines of research have been implemented. Firstly, the enzymatic glycerolysis of ratfish liver oil, composed of 80% of diacylglyceryl ether, has been optimized. Under optimal conditions, i.e. 40 °C, 67% (w/w) of cyclopentanone as solvent, a molar ratio RLO to glycerol of 1:1, in the presence of immobilized lipase Candida antarctica as biocatalyst, the process led to a final product composed of more than 30% of monoglyceride, and hence, with potential emulsifying properties. This process has been easily scaled-up to pilot plant, without significant differences in reaction kinetics compared to results obtained at laboratory scale. Reutilization of same batch of enzyme allowed the study of the kinetics of the glycerolysis reaction of this oil. Positive discrimination against diacylglyceryl ether was accurately determined, stablishing that glycerolysis of triglyceride occurred 1.5 times faster compared to that of diacylglyceryl ether. Additionally, under the reaction conditions studied, the half-life of the biocatalyst was approximately 145 h. The product obtained upon the glycerolysis reaction of ratfish liver oil, has shown a crystalline behavior up to 45 °C, mainly due to the presence of the newly synthesized monoglyceride. The influence of the thermal processing at 50 °C on the subsequent phase behavior of the product has been investigated, revealing that the duration of the treatment has an impact in the crystallization kinetics and the polymorphic stability. Lastly, enzymatic transphosphatidylation between commercial phosphatidylcholine and an alkylglycerol, namely batyl alcohol, in the presence of phospholipase D as biocatalyst, has been studied as an additional strategy to obtain alkylglycerol-based delivery systems. Optimization of the process led to the synthesis of a novel phospholipid, named phoshatidylbatyl alcohol, with a purity higher than 70%, with potential bioactive properties in its use as lipid delivery system. La presente Tesis Doctoral se ha realizado gracias a la financiación del contrato pre-doctoral del Ministerio de Economía y Competitividad y del Fondo Social Europeo (BES-2014-070395), enmarcado dentro del proyecto de investigación “Formulación de productos para la nutrición personalizada de enfermos de cáncer gástrico”, dentro del Programa de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad, con número de proyecto AGL2013-48943-C2-1-R. Peer reviewed