Ανάπτυξη διεργασίας εγκλωβισμού του φυσικού προϊόντος ρεσβερατρόλη σε ευτηκτογέλες

Φραγκονικολάκη, Ευανθία Αντωνία; Fragkonikolaki, Evanthia Antonia

dc.contributor.author	Φραγκονικολάκη, Ευανθία Αντωνία	el
dc.contributor.author	Fragkonikolaki, Evanthia Antonia	en
dc.date.accessioned	2025-04-08T09:19:05Z
dc.date.available	2025-04-08T09:19:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61640
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29336
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ρεσβερατρόλη	el
dc.subject	Resveratrol	en
dc.subject	Ευτηκτογέλη	el
dc.subject	Eutectogel	en
dc.subject	Αλγινικό	el
dc.subject	Alginate	en
dc.subject	Φυσικοί βαθέως ευτηκτηκοί διαλύτες	el
dc.subject	NaDES	en
dc.subject	Πειραματικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Box-Behnken experimental design	en
dc.title	Ανάπτυξη διεργασίας εγκλωβισμού του φυσικού προϊόντος ρεσβερατρόλη σε ευτηκτογέλες	el
dc.title	Development of preparation process for novel NaDES-based eutectogels as carriers for resveratrol	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πράσινη Χημεία	el
heal.classification	Green Chemistry	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-07
heal.abstract	Οι ευτηκτογέλες έχουν αναδειχθεί ως ένας νέος τύπος γέλης, που σχηματίζεται μέσω της ζελατινοποίησης βαθέως ευτηκτικών διαλυτών και αποτελούν πολλά υποσχόμενα καινοτόμα οχήματα χορήγησης δυσδιάλυτων βιοδραστικών συστατικών, λόγω της βιοσυμβατότητάς τους και των ρυθμιζόμενων ιδιοτήτων τους. Οι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (Natural Deep Eutectic Solvents, NaDESs) είναι μείγματα δύο ή περισσότερων ενώσεων φυσικής προέλευσης, ενός δότη δεσμών υδρογόνου (HBD) και ενός δέκτη δεσμών υδρογόνου (HBA) σε συγκεκριμένες μοριακές αναλογίες, που παρουσιάζουν σημαντική μείωση του σημείου τήξεως συγκριτικά με εκείνα των αρχικών συστατικών, με αποτέλεσμα να είναι υγρά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Οι NaDESs διακρίνονται για τη βιοαποικοδομησιμότητα, τη μη πτητικότητα, τη μη αναφλεξιμότητα, τη χαμηλή τοξικότητα και το χαμηλό κόστος τους. Η ρεσβερατρόλη (3,5,4'-τριυδροξυ-τρανς-στιλβένιο) κατατάσσεται με βάση τη λειτουργία της στην κατηγορία των φυτοαλεξινών και με βάση την δομή της στην ομάδα των στιλβενοειδών πολυφαινολών. Συνηθέστερα συναντάται στη φλούδα και στους σπόρους σταφυλιών, καθώς και στο κόκκινο κρασί. Είναι γνωστή για την αντιοξειδωτική, την αντικαρκινική, την αντιφλεγμονώδη, την καρδιοπροστατευτική, την νευροπροστατευτική και την αντιμικροβιακή δράση της. Ωστόσο, η χρήση της περιορίζεται λόγω της χαμηλής υδατοδιαλυτότητας και κατ’ επέκταση της χαμηλής ϐιοδιαθεσιµότητάς της. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη σε εργαστηριακή κλίμακα και η βελτιστοποίηση μιας πράσινης διεργασίας σύνθεσης ευτηκτογελών για τον εγκλωβισμό του φυσικού προϊόντος ρεσβερατρόλη, µε απώτερο σκοπό την ανάπτυξη ενός καινοτόμου συστήματος χορήγησής της. Η πράσινη σύνθεση των ευτηκτογελών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας αλγινικό ως ζελατινοποιητή, έναν πολυσακχαρίτη που εξάγεται από καφέ φύκια, και φυσικό βαθέως ευτηκτικό διαλύτη που αποτελείται από βεταΐνη, γλυκερόλη και νερό σε μοριακή αναλογία 1:3:1 και συντίθεται με τη μέθοδο της θέρμανσης και ανάδευσης. Κύριος στόχος είναι ο πράσινος διαλύτης να λειτουργήσει ταυτόχρονα και ως διαλυτικό μέσο για τη βιοδραστική ένωση, αλλά και να ζελατινοποιείται για τον σχηματισμό της ευτηκτογέλης. Πρωταρχικά, μελετάται η διαλυτότητα της ρεσβερατρόλης σε υδατικό διάλυμα NaDES και διαπιστώνεται ότι, όταν η συγκέντρωση του NaDES στο διάλυμα είναι 900mM, η διαλυτότητα της βιοδραστικής ουσίας αυξάνεται κατά 8 φορές σε σύγκριση με εκείνη σε νερό. Στη συνέχεια, μελετάται η επίδραση των παραγόντων (Α) περιεκτικότητα σε ρεσβερατρόλη (% κ.β.), (Β) περιεκτικότητα σε νερό (% κ.β.) και (Γ) περιεκτικότητα σε αλγινικό (% κ.β.) στις αποκρίσεις (R1) ικανότητα διόγκωσης των ευτηκτογελών και (R2) απόδοση εγκλωβισμού της ρεσβερατρόλης στις ευτηκτογέλες. Το μοντέλο που επιλέχθηκε για να περιγράψει τόσο την ικανότητα διόγκωσης όσο και την απόδοση εγκλωβισμού είναι το απλοποιημένο τετραγωνικό (Reduced Quadratic model), με την πρώτη απόκριση να απαιτεί μετασχηματισμό με τον φυσικό λογάριθμο. Η στατιστική ανάλυση έδειξε ότι η αύξηση των τιμών των περιεκτικοτήτων σε αλγινικό και κυρίως σε νερό, επιφέρει αύξηση στο ποσοστό διόγκωσης της ευτηκτογέλης. Αντίθετα, η περιεκτικότητα σε ρεσβερατρόλη δεν έχει καθοριστική επίδραση στην απόκριση αυτή και την ευνοεί όταν βρίσκεται σε χαμηλές τιμές. Παράλληλα, την απόδοση εγκλωβισμού ευνοεί, κυρίως, η χαμηλή τιμή της περιεκτικότητας σε αλγινικό και, σε δευτερεύοντα βαθμό, από υψηλότερες τιμές νερού και ρεσβερατρόλης. Η διαδικασία βελτιστοποίησης επιτυγχάνεται μέσω του πειραματικού σχεδιασμού κατά Box-Behnken για τριπλό επίπεδο εξάρτησης σε συνδυασμό με στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας, η ευτηκτογέλη µε τη βέλτιστη σύσταση για την ταυτόχρονη μεγιστοποίηση και του ποσοστού διόγκωσης και της απόδοσης εγκλωβισμού είναι εκείνη που παρασκευάζεται µε 0.696% w/w ρεσβερατρόλη, 15% w/w νερό και 14.695% w/w αλγινικό. Οι ευτηκτογέλες µε τη βέλτιστη σύσταση αξιολογούνται εκ νέου ως προς τις αποκρίσεις τους και εμφανίζουν μέγιστη πρόσληψη νερού (37.8%) μετά από 15 λεπτά και η ικανότητα συγκράτησης νερού είναι επαρκής (>65%) για 20 λεπτά μετά την ισορροπία. Επιπρόσθετα, το ποσοστό διόγκωσής τους (SR) στα πρώτα πέντε λεπτά ξεπερνά το 24% και πετυχαίνουν 49.8% απόδοση εγκλωβισμού (EE) της ρεσβερατρόλης. Οι τιμές αυτές συγκρίνονται με τις προβλεπόμενες από το μοντέλο και αποφαίνεται ότι συμφωνούν σε ικανοποιητικό βαθμό. Έπειτα, η βέλτιστη γέλη μελετάται ως προς την ικανότητα σάρωσης ελευθέρων ριζών μέσω της φασματοφωτομετρικής μεθόδου DPPH και επιβεβαιώνεται η ικανοποιητική αντιοξειδωτική ικανότητά της, καθώς προκάλεσε 74.9±1.3% αναστολή των ριζών DPPH μετά από μισή ώρα επώασης, ενώ η ίδια ποσότητα ελεύθερης ρεσβερατρόλης προκάλεσε 77.0±0.9% αναστολή. Τέλος, μελετάται ως προς το προφίλ αποδέσμευσης της ρεσβερατρόλης που έχει εγκλωβιστεί επιτυχώς σε αυτή, σε συνθήκες που προσομοιάζουν τη διέλευση από το ανθρώπινο σώμα (37℃, pH: 7.44), και πραγματοποιείται διερεύνηση των μηχανισμών αποδέσμευσης. Το μοντέλο που προβλέπει καλύτερα τα πειραματικά δεδομένα, τα οποία λήφθηκαν σε χρονική διάρκεια 2 ωρών, είναι το μοντέλο Higuchi με συντελεστή προσαρμογής ίσο με 0.9954, υποδηλώνοντας ότι η αποδέσμευση της ρεσβερατρόλης βασίζεται σε διάχυση Fick.	el
heal.abstract	Eutectogels have emerged as a new type of gel, formed via gelation of Deep Eutectic Solvents and promising as innovative drug delivery vehicles for poorly soluble bioactive ingredients, due to their biocompatibility and tunable properties. Natural Deep Eutectic Solvents (NaDESs) are mixtures of two or more compounds of natural origin, a hydrogen bond donor (HBD) and a hydrogen bond acceptor (HBA) at specific molar ratios, exhibiting a significant reduction in the melting point, compared to those of the initial components and resulting in them being liquid at ambient temperature. NaDESs are distinct for their biodegradability, non-volatility, non-flammability, low toxicity and cost. Resveratrol (3,5,4'-trihydroxy-trans-stilbene) is classified on the basis of its function as a phytoalexin and on the basis of its structure as a stilbene polyphenol. It is most commonly found in grape skins and seeds and in red wine. It is now known for its antioxidant, anti-cancer, anti-inflammatory, cardioprotective, vascular, neuroprotective and antimicrobial effects. However, its use is restrained because of its low solubility and therefore its low biodegradability. The purpose of this thesis is to develop and optimize a green eutectogel synthesis process for the encapsulation of the natural product resveratrol in order to develop an innovative delivery system. The green eutectogel synthesis is carried out with the use of alginate as a gelling agent, which is a polysaccharide extracted from brown algae, and a natural deep eutectic solvent consisting of betaine, glycerol and water in a molar ratio of 1:3:1, which is synthesised using heating and stirring. One of the main goals is the green solvent to act as a solvent for the bioactive compound and to gelate for the formation of the eutectic gel. First, the solubility of resveratrol in an aqueous NaDES solution is studied and it is found that, when NaDES concentration in the solution is 900mM, the solubility of the bioactive compound is increased by 8 times compared to that in water. Next is the impact of the factors (A) resveratrol content (% w/w), (B) water content (% w/w) and (C) alginate content (% w/w) on the responses (R1) water-uptake capacity of eutectogels and (R2) resveratrol encapsulation efficiency, that are investigated. The model chosen to describe both the swelling capacity and the encapsulation efficiency is the Reduced Quadratic model, with the first response requiring transformation with the natural logarithm. The synthesis process is optimised with the application of a three-level Box-Behnken experimental design and statistical analysis of the results. Statistical analysis showed that increasing the value of content in alginate and especially in water results in an increase in the eutectogel swelling rate. On the contrary, the content in resveratrol does not have a decisive effect on this response and favours it when it is at low values. At the same time, the encapsulation efficiency is favoured, mainly, by the low value of the content in alginate and, secondly, by higher values of content in water and resveratrol. According to the results of this process, the eutectogel with the optimal composition for simultaneously maximizing both swelling ratio and encapsulation efficiency is that prepared with 0.696% w/w resveratrol, 15% w/w water, and 14.695% w/w alginate. The eutectogels with the optimal composition are re-evaluated for their responses and show maximum water uptake (37.8%) after 15 min and water retention capacity is adequate (>65%) for 20 min after equilibrium. In addition, the swelling rate (SR) in the first five minutes exceeds 24% and achieves about 49.8% encapsulation efficiency (EE) of resveratrol. These values are compared with those predicted by the model and found to be in satisfactory agreement. Then, the optimal eutectogel is studied for its ability to scavenge free radicals through the DPPH spectrophotometric method and its satisfactory antioxidant capacity is confirmed, as it caused 74.9±1.3% inhibition of DPPH radicals after half an hour of incubation, while the same amount of free resveratrol caused 77.0±0.9% inhibition. Finally, the release profile of successfully encapsulated resveratrol was studied in terms of its release profile under conditions simulating its passage through the human body (37℃, pH: 7.44), and the mechanisms of release were investigated. The model that best predicts the experimental data, which was obtained over a time period of 2 hours, is the Higuchi model with a fit coefficient equal to 0.9954, suggesting that the release of resveratrol is based on Fick diffusion.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.advisorName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Χρόνης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false