Unique nanoparticle via regulated assembly pattern in Zein, acetylated oligosaccharide and tannic acid tertiary system and controlled release function

Dans le monde de la science alimentaire, l'un des plus vieux défis est de savoir comment administrer des ingrédients qui ne se mélangent pas bien avec l'eau. De nombreux composés bénéfiques présents dans la nature, comme la curcumine, l'épice d'un jaune éclatant que l'on trouve dans le curcuma, sont hydrophobes, ce qui signifie qu'ils repoussent l'eau et peinent à se dissoudre dans le corps humain. Sans un moyen de les transporter à travers l'environnement aqueux du système digestif, ces substances puissantes passent souvent sans être absorbées. Pour résoudre ce problème, les scientifiques se tournent depuis longtemps vers les protéines en tant que transporteurs naturels. L'une de ces protéines, appelée zéine, est extraite du maïs. Elle possède la capacité unique de se replier en de minuscules sphères résistantes à l'eau qui peuvent emprisonner des substances huileuses à l'intérieur, agissant comme une coque protectrice. Cependant, ces sphères protéiques sont fragiles ; elles peuvent facilement se désagréger ou s'agglutiner lorsqu'elles sont exposées aux conditions variables de l'estomac et des intestins, libérant leur cargaison trop tôt ou la perdant entièrement.

Les chercheurs s'efforcent de renforcer ces enveloppes protéiques en ajoutant d'autres ingrédients naturels pour les rendre plus robustes et plus stables. Dans une étude récente, des scientifiques d'institutions chinouses et australiennes ont exploré une nouvelle approche pour renforcer ces transporteurs de protéines de maïs. Ils ont combiné la protéine avec deux additifs spécifiques : un sucre modifié et un tannin d'origine végétale. L'objectif était de voir si ce trio pouvait créer un système de délivrance plus robuste qui non seulement protège la curcumine, mais la libère également de manière lente et régulière, garantissant qu'elle atteigne l'endroit où le corps en a le plus besoin. En mélangeant soigneusement ces composants, l'équipe visait à construire un vaisseau microscopique capable de résister au voyage difficile à travers le tractus digestif.

Les chercheurs ont commencé par créer un mélange de protéine de maïs, d'une forme modifiée de sucre mannose appelée oligosaccharide acétylé, et d'acide tannique, un composé présent dans le thé et l'écorce de chêne. Ils ont utilisé une méthode simple pilotée par le pH pour assembler ces ingrédients en nanoparticules, des particules si petites qu'elles ne peuvent être vues qu'avec des microscopes puissants. Dans ce processus, l'équipe a d'abord dissous les ingrédients dans une solution basique, puis a ajusté lentement l'acidité vers la neutralité, provoquant l'auto-assemblage des molécules en structures sphériques. Ils ont testé trois versions différentes : une avec seulement la protéine, une avec la protéine et le sucre, une avec la protéine et l'acide tannique, et enfin, le système complet à trois composants. Ils ont ensuite chargé chaque version de curcumine pour voir comment les différentes structures pouvaient la retenir.

Les résultats ont montré que le système à trois parties était bien supérieur aux autres. Alors que les sphères de protéine pure parvenaient à emprisonner environ 67 % de la curcumine, le mélange complet de protéine, de sucre et d'acide tannique en a capturé plus de 90 %. Cette amélioration spectaculaire s'est produite parce que le sucre et l'acide tannique travaillent ensemble pour resserrer la structure de la coque protéique. Le sucre a agi comme un stabilisant, aidant à maintenir les particules séparées et empêchant leur agglutination, tandis que l'acide tannique a servi de réticulant, liant les molécules de protéine plus étroitement entre elles. Cela a créé une sphère plus dense et plus uniforme, mieux apte à garder la curcumine verrouillée à l'intérieur. Lorsque l'équipe a observé ces particules sous un microscope électronique à transmission, elle a constaté que le système à trois parties formait des sphères lisses et parfaitement rondes, alors que les versions plus simples étaient plus rugueuses et moins cohérentes dans leur forme.

Pour comprendre comment ces ingrédients tenaient ensemble, les scientifiques ont examiné les interactions moléculaires au sein des particules. Ils ont découvert que le sucre et l'acide tannique se fixaient à des parties spécifiques des molécules de protéine, principalement par des liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes. Ce sont les mêmes forces qui permettent à l'eau de coller à elle-même ou à l'huile de la repousser. L'acide tannique, en particulier, a formé un réseau de liaisons solides avec la protéine, agissant efficacement comme une colle chimique qui rend la structure entière plus rigide. Les molécules de sucre ont aidé à couvrir la surface de la protéine, la rendant plus compatible avec l'eau et empêchant les particules de coller les unes aux autres. Cette combinaison d'un noyau interne serré et d'une couche externe stable signifiait que les particules étaient beaucoup moins susceptibles de se briser lors de l'exposition au sel, aux changements d'acidité ou au passage du temps.

L'étude a également testé le comportement de ces particules dans un environnement digestif simulé. Lorsqu'elles ont été placées dans des conditions imitant l'estomac et les intestins, les particules composées du système à trois parties ont très bien résisté. Elles ont résisté à la dégradation par les enzymes digestives plus longtemps que les versions plus simples, ce qui signifie qu'elles pouvaient protéger la curcumine pendant son voyage à travers le corps. Lorsque les chercheurs ont mesuré la vitesse à laquelle la curcumine était libérée, ils ont constaté que le système à trois parties la libérait plus lentement et de manière plus constante. Contrairement à la curcumine libre, qui se dissolvait rapidement et disparaissait, la curcumine piégée dans les nanoparticules à trois composants s'écoulait progressivement au fil du temps. Les chercheurs ont utilisé un modèle mathématique pour décrire ce mode de libération et ont constaté qu'il correspondait à une courbe spécifique connue sous le nom de modèle de Weibull, souvent utilisé pour décrire des comportements de libération complexes. Cela a confirmé que les particules ne faisaient pas que contenir la curcumine, mais qu'elles contrôlaient activement sa délivrance.

Au-delà du simple transport de la curcumine, les nouvelles particules ont également bénéficié d'avantages supplémentaires grâce à leurs ingrédients. L'acide tannique et la curcumine elle-même sont tous deux connus pour leur capacité à combattre les radicaux libres nocifs dans le corps. Lorsqu'ils sont combinés dans le système de nanoparticules, le mélange a montré une capacité plus forte à neutraliser ces radicaux que la protéine seule. Cela suggère que le système de délivrance lui-même pourrait contribuer aux bienfaits de santé du supplément. Les chercheurs ont également vérifié la stabilité des particules sur une période de quatre semaines. Les particules de protéine pure ont commencé à s'agglutiner et à perdre leur forme en une semaine, mais le système à trois parties est resté stable et uniforme pendant tout le mois. Cette stabilité à long terme est cruciale pour tout produit alimentaire, car elle garantit que l'emballage reste intact de l'usine jusqu'à l'étagère du consommateur.

Les conclusions de cette étude soulignent le potentiel de l'utilisation d'ingrédients naturels d'origine végétale pour construire de meilleurs systèmes de délivrance pour les composés promoteurs de la santé. En combinant la protéine de maïs avec un sucre modifié et de l'acide tannique, les chercheurs ont créé une nanoparticule qui est plus stable, retient plus efficacement sa cargaison et la libère de manière contrôlée. Cette approche évite l'utilisation de solvants chimiques agressifs, s'appuyant plutôt sur de simples changements d'acidité pour assembler les particules. Bien que l'étude ait été menée dans un cadre de laboratoire, les résultats suggèrent une voie prometteuse pour le développement d'aliments fonctionnels capables de délivrer des nutriments hydrophobes plus efficacement. Ce travail démontre qu'en comprenant comment ces molécules interagissent, les scientifiques peuvent concevoir des structures microscopiques qui sont à la fois robustes et efficaces, offrant une nouvelle façon d'exploiter la puissance des composés naturels pour la santé humaine.