Nowa metoda otrzymywania miksoksantofili z ekstraktów barwnikowych Arthrospira platensis (ze spiruliny) w zastosowaniu w przemysłach farmaceutycznym i kosmetycznym

Miksoksantofile są glikozydami karotenoidów i występują w komórkach wielu gatunków sinic (cyjanobakterii), w tym w produkowanej na skalę przemysłową Arthrospirze platensis (spirulinie), która znajduje zastosowanie w przemysłach spożywczym i kosmetycznym. Obecnie znanych jest ponad 600 barwników karotenoidowych wyodrębnionych z produktów naturalnych i około 200 związków zaliczanych do tej grupy, otrzymanych syntetycznie lub zmodyfikowanych przez człowieka.

Karotenoidy są wytwarzane przez wszystkie organizmy fotosyntetyzujące, które mają chlorofil. W roślinach i niektórych mikroorganizmach pełnią one funkcję naturalnych barwników oraz silnych przeciwutleniaczy. Antyoksydacyjne właściwości karotenoidów sprawiają, że jako składnik diety człowieka wykazują one rozległe działanie prozdrowotne, w tym antynowotworowe. Dieta bogata w karotenoidy chroni oczy przed niekorzystnym działaniem promieniowania UV, obniża ryzyko zwyrodnienia plamki żółtej, a także korzystnie wpływa na poziom cholesterolu we krwi. Karotenoidy wykorzystuje się również w przemyśle kosmetycznym, zwłaszcza jako komponenty kosmetyków przeciwstarzeniowych, przeciwtrądzikowych i depigmentacyj­nych. Na szeroką skalę niektóre karotenoidy stosuje się w produkcji żywności i napojów jako naturalne barwniki, a także w produkcji zwierzęcej do poprawy barwy mięsa drobiu i ryb oraz żółtek jaj.

Przewaga właściwości hydrofobowych karotenoidów jest przyczyną ich niskiej rozpuszczalności w roztworach wodnych, co niejednokrotnie skutkuje ich ograniczoną przyswajalnością, jak również pociąga za sobą trudności w pozyskiwaniu tych związków ze źródeł naturalnych, co przyczynia się do wysokich cen rynkowych oczyszczonych preparatów. Dzięki unikatowej budowie cząsteczki (obecność komponentów cukrowych) miksoksantofile potencjalnie łączą ze sobą właściwości antyoksydacyjne karotenoidów ze zwiększoną rozpuszczalnością w środowisku wodnym. Znane i opisane są liczne metody pozyskiwania czystych miksoksantofili z komórek cyjanobakterii. Jednakże charakteryzują się one wieloetapowością procedury i zazwyczaj wymagają kombinacji dwóch lub więcej technik podziałowych, strąceniowych i/lub chromatograficznych. Przyczynia się to do zwiększenia czaso- i kosztochłonności. Dodatkowo, w zależności od użytych odczynników, frakcje miksoksantofili uzyskane technikami podziałowymi i strąceniowymi mogą zawierać znaczące domieszki innych metabolitów (m.in. chlorofile, inne karotenoidy, lipidy), wykrywalne metodami chromatograficznymi i/lub spektroskopowymi.

Tych wad pozbawiony jest nowy wynalazek Uniwersytetu Jagiellońskiego stanowiący niniejszą ofertę. Jego przedmiotem jest nowa metoda umożliwiająca pozyskanie preparatów miksoksantofili o wysokiej czystości z ekstraktów barwnikowych z komórek Arthrospira platensis lub innych gatunków cyjanobakterii, w sposób niezależny od zastosowanej techniki ekstrakcji. Metoda ta polega na wstępnej ekstrakcji barwników z komórek cyjanobakterii lub dostępnej handlowo suchej biomasy Arthrospira platensis do fazy ciekłej, a następnie wyosobnieniu frakcji zawierającej miksoksantofile na drodze pojedynczego podziału chromatografii adsorpcyjnej. Oczyszczone preparaty miksoksantofili nie są obecnie dostępne na rynku.

Dzięki temu oferowana technologia wyróżnia się następującymi zaletami:

• możliwość pozyskania miksoksantofili jako czystej substancji w stosunkowo dużych ilościach przy użyciu prostej chromatografii cieczowej
• większa prostota metody złożonej z mniejszej liczby etapów w porównaniu z obecnie stosowanymi metodami;
• potwierdzony w niezależnym laboratorium wysoki stopień czystości (powyżej 95 proc.) preparatów zawierających miksoksantofile;
• możliwość zastosowania miksoksantofili w branży farmaceutycznej jako substancja terapeutyczna oraz w branży kosmetycznej jako składnik kosmetyków wspomagających lub tych o działaniu ochronnym.

Oferowane rozwiązanie jest przedmiotem zgłoszenia patentowego. Dalsze prace nad jego rozwojem prowadzą naukowcy z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Obecnie Centrum Transferu Technologii CITTRU poszukuje podmiotów zainteresowanych współpracą przy komercjalizacji tej innowacji, zwłaszcza w zakresie nabycia licencji na opisaną nową metodę oraz jej zastosowania.

A new method of obtaining mixoxanthophylls from Arthrospira platensis dye extracts (from spirulina) for use in the pharmaceutical and cosmetic industries

Mixoxanthophylls are carotenoid glycosides and they occur in cells of many species of cyanobacteria, including the commercially produced Arthrospira platensis (spiruline), which is used in food and cosmetic industries. Currently, there are over 600 known carotenoid dyes isolated from natural products and about 200 compounds belonging to this group, obtained synthetically or modified by human.

Carotenoids are produced by all photosynthesizing organisms that have chlorophyll. In plants and some microorganisms they are natural dyes and strong antioxidants. The antioxidant properties of carotenoids make that as a component of the human diet they show extensive pro-health effect, including anti-cancer. A diet rich in carotenoids protects eyes from the adverse effects of UV radiation, lowers the risk of macular degeneration as well as favorable affects the level of cholesterol in the blood. Carotenoids are also used in the cosmetics industry, especially as components of anti-aging cosmetics, anti-acne and depigmentation treatments. Some carotenoids are used extensively in the production of food and drinks as natural dyes, and in animal production to improve the color of the meat poultry and fish, and egg yolks

The predominance of the hydrophobic properties of carotenoids is the cause of their low solubility in water, which often results in limited bioavailability, as well as difficulties in obtaining these compounds from natural sources, which contributes to the high market prices of purified preparations. Thanks to unique structure of the molecule (the presence of sugar component) mixoxanthophylls have the potential to connect the antioxidant properties of carotenoids with increased solubility in the aquatic environment. Numerous methods of obtaining pure mixoxanthophylls from cyanobacteria cells are known and described. However, they are characterized by a multistage procedure and usually requires an combination of two or more division techniques, precipitation and / or chromatography. It contributes to increasing both time and cost. Additionally, depending on the reagents used, mixoxanthophylls fractions obtained by division techniques and precipitation may contain significant admixtures of other metabolites (including chlorophylls, other carotenoids, lipids), detectable by chromatographic methods and / or spectroscopic.

The new invention of the Jagiellonian University does not have these drawbacks. The subject of the hereby offer is a new method enabling the acquisition of mixoxanthophylls preparations of high purity from dye extracts from cells of Arthrospira platensis or other species cyanobacteria, regardless of the method used extraction techniques. This method is based on a preliminary extracting dyes from cyanobacterial cells or Arthrospira platensis commercially available dry biomass into the liquid phase followed by isolation fraction containing mixoxanthophylls by single-step adsorption chromatography.

Purified preparations of mixoxanthophylls are not currently available on the market.

Thanks to this, the offered technology stands out the following advantages:

• possibility of obtaining mixoxanthophylls as a pure substance in relatively large amounts using simple liquid chromatography
• greater simplicity of the method compared to the current used methods;
• confirmed by an independent laboratory high purity level (above 95%) of preparations containing mixoxanthophylls;
• possibility of using mixoxanthophylls in the pharmaceutical industry as a therapeutic substance and/or in the cosmetics industry as an protective ingredient.

The offered solution is subject to notification patent.

Currently Center for Technology Transfer CITTRU is looking for entities interested in cooperating with commercialization of this innovation, especially in the field of acquiring a license for the described new method and its usage.