Date asociate

Abstract

O revizuire a aplicațiilor farmacologice ale ligninelor oferă dovezi ale rolului lor protector împotriva dezvoltării diferitelor boli. În multe cazuri, efectele ligninelor ar putea fi explicate prin capacitatea lor antioxidantă. Aici, vă prezentăm o revizuire sistematică a literaturii din perioada 2010–2016 care oferă informații privind noile aplicații ale ligninelor derivate din cercetări recente. Sunt raportate cele mai promițătoare descoperiri, inclusiv metodologiile folosite și rezultatele obținute cu lignine sau derivații lor care pot îmbunătăți sănătatea umană. Subliniem aplicațiile potențiale în tratamentul obezității, diabetului, trombozei, infecțiilor virale și cancerului. Mai mult, raportăm atât că ligninele pot fi utilizate în prepararea nanoparticulelor pentru a elibera diferite medicamente, cât și utilizarea lor în fotoprotecție.

1. Introducere

Ligninele sunt prezente în cantități semnificative în plante, reprezentând 15-25% (greutate/greutate) din biomasă erbacee. În consecință, acestea reprezintă o cantitate mare de deșeuri generate de diferite industrii care utilizează materii vegetale.

În zilele noastre, cea mai mare lignină comercială este obținută ca produs secundar din tratamentele cu lignoceluloză efectuate în timpul prelucrării celulozei și hârtiei, sub formă de lignosulfonate și lignine kraft. Cea mai obișnuită utilizare a acestor lignine este în producția de energie, doar o mică parte fiind utilizată pentru alte aplicații comerciale. Acest lucru se datorează, în parte, proprietăților de dispersie, legare și emulsifiere a ligninelor. Cu toate acestea, se depun eforturi considerabile pentru a găsi noi aplicații ale ligninelor, pentru a le adăuga o valoare suplimentară, în timp ce, în același timp, pot diversifica practicile de biorefinare [1]. S-au dezvoltat astfel diferite strategii pentru valorificarea ligninelor, cum ar fi ultrafiltrarea ca proces de fracționare pentru a separa fracțiunile de lignină de diferite greutăți moleculare [2].

Eterogenitatea structurii ligninei face dificilă izolarea unui anumit produs și, în multe cazuri, rezultatul fracționării este un amestec de produse. Mai mult, datorită complexității structurii ligninei și a efectelor pretratărilor asupra acesteia, identificarea și extragerea substanțelor chimice din lignină necesită o caracterizare extinsă pentru a înțelege proprietățile și legăturile sale polimerice, precum și proprietățile grupurilor funcționale conectate la inelul aromatic. Componentele macromoleculei de lignină împreună cu caracterizarea sa sugerează predominanța monomerilor antioxidanți [3]. Un studiu recent a constatat că monomerii cu greutate moleculară mică, derivați din acizi hidroxicinamici și unități guaiacil sunt responsabili pentru proprietățile antioxidante ale ligninelor [4].

Structura chimică precisă a ligninei nu este cunoscută, atât datorită naturii sale polimerice complexe, cât și datorită gradului de cuplare aleatorie implicat în dispunerea macromoleculei. S-au făcut lucrări considerabile privind caracterizarea structurală detaliată a acestor polimeri naturali complecși pentru a înțelege structura și funcția acestora. Compoziția, greutatea moleculară și cantitatea de lignină diferă de la plantă la plantă, abundența ligninei scăzând în general în ordinea: rasinoase> lemn de esență tare> ierburi. Componentele sunt unite prin legături β-O-4, 5-5, β-5, 4-O-5, β-1, dibenzodioxocină și β - β, dintre care legătura β-O-4 este dominantă, reprezentând mai mult de jumătate din structurile de legătură ale ligninei [5] așa cum se arată în Figura 1 .

efecte

Reprezentarea schematică a unei structuri de lignină de rasinoase care arată diferitele legături. (Reimprimat cu permisiunea de la [5]).

Lignina este un candidat foarte bun pentru dezvoltarea de noi materiale datorită prezenței grupărilor hidroxil fenolice și alifatice în structura sa. Acestea conferă un potențial considerabil de modificare chimică [6] asupra macromoleculei.

Lignina alcalină este în prezent cea mai mare clasă de lignină care a fost produsă. Este un coprodus al biocombustibilului și al industriei hârtiei, care este separat de fibre prin pulpare chimică (în principal sodă și sulfit), dar are o valoare mai mică decât produsele primare [7].

Unele studii vechi arată că ligninele sunt implicate în diferite activități biologice. Acestea includ reducerea colesterolului seric prin legarea la acizii biliari din intestin [8] și prevenirea dezvoltării tumorii așa cum s-a demonstrat la șobolanii expuși la un carcinogen intestinal 3,2-dimetil-4-ami-nobifenil și hrăniți cu o dietă cu lignină [9].

Am analizat anterior aplicațiile farmacologice ale ligninelor și ale diferitelor produse obținute din acestea; rezultatele noastre au fost publicate în 2012 și oferă dovezi ale lignanilor care joacă un rol protector împotriva dezvoltării diferitelor boli [10]. În multe cazuri, efectele ligninelor ar putea fi explicate prin capacitatea lor antioxidantă.

Aici, raportăm acum o revizuire sistematică a literaturii în perioada 2010-2016 care oferă informații despre noile aplicații ale ligninelor derivate din cercetări recente. Oferim detalii despre cele mai promițătoare descoperiri, descriind metodologiile folosite și rezultatele obținute cu lignine sau derivații lor care pot îmbunătăți sănătatea umană.

2. Activități farmacologice ale ligninelor și derivaților lor

2.1. Lignine și acid lignosulfonic pentru tratamentul diabetului

Ligninele pot fi obținute prin diferite procese. O strategie este obținerea ligninei alcaline biomodificate extrase din planta de foioase Acacia nilotica. Lignina alcalină extrasă poate fi apoi supusă biotransformării microbiene de către ciupercile ligninolitice Aspergillus flavus și Emericella nidulans. Rezultatele obținute folosind această metodă demonstrează că structura și modificările funcționale ale ligninei afectează semnificativ bioeficiența sa antioxidantă și reduc activitățile sale antidiabetice [11]. Cu toate acestea, lignina alcalină modificată a prezentat o activitate inhibitoare in vitro semnificativă a α-amilazei [12], indicând astfel că are potențial proprietăți anti-hiperglicemice. Mai mult, modificările funcționale și structurale ale ligninei alcaline au modificat eficiența legării sale cu molecula de glucoză. Acest lucru a afectat mișcarea sa prin membrana celulară și a îmbunătățit controlul glicemic prin limitarea absorbției postprandiale a glucozei. În concluzie, proprietățile antioxidante, activitatea α-amilazei și inhibarea in vitro a mișcării glucozei ligninei A. nilotica lignină pot oferi o potențială sursă terapeutică pentru tratamentul stresului oxidativ și al diabetului [11].

Efectul acidului lignosulfonic asupra absorbției glucozei intestinale a fost, de asemenea, studiat recent [15]. S-a arătat că acidul lignosulfonic este un inhibitor reversibil și necompetitiv al α-glucozidazei, indicând faptul că se poate lega atât de enzimă, cât și de complexul enzimă-substrat. Acest efect inhibitor asupra activității α-glucozidazei a fost sporit prin preincubarea acidului lignosulfonic cu enzima, implicând legarea lentă. Administrarea de glucoză și acid lignosulfonic a indus o întârziere a absorbției de glucoză comparativ cu administrarea de glucoză singură și o reducere a concentrației de glucoză din sânge. Acest lucru sugerează inhibarea transportului glucozei prin intestin, pe baza rezultatelor observate in vitro folosind celule Caco-2, unde acidul lignosulfonic a inhibat în mod semnificativ absorbția 2-deoxiglucozei. Autorii au sugerat că ligninele și acidul lignosulfonic ar putea fi utilizate în tratamentul diabetului.

Alte efecte potențial benefice ale acidului lignosulfonic au fost studiate pentru tratamentul diabetului. S-a demonstrat că acidul lignosulfonic inhibă expansiunea clonică mitotică a celulelor preadipocite 3T3-L1 in vitro (Figura 2). Mai mult, hrănirea cu acid lignosulfonic a șoarecilor diabetici KK-Ay a suprimat creșterea nivelului seric de glucoză observat la animalele de control netratate [16].