ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2015, том 51, № 4, с. 423-431
УДК 544.653.2/3
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ АНТИДИАБЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОДА ИЗ ПАСТЫ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
© 2015 г. М. Мохиуддин*, Д. Арбаин*, А. К. М. Шафигул Ислам*, **, М. С. Ахмад*,
М. Н. Ахмад**, М. Рахман***
*Школа инженеринга биопроцессов, Малайзия **Университет Малайзия Перлис, Малайзия ***Университет Кебангсан, Селангор, Малайзия Поступила в редакцию 02.10.2013 г.
Сконструирован сенсор для определения антидиабетического потенциала лекарственных растений с электродом из пасты многостенных углеродных нанотрубок, действие которого основано на ин-гибировании активности а-глюкозидазы. Этот электрод был использован для измерения количества п-нитрофенола, высвобождающегося при гидролизе п-нитрофенил-а-О-глюкопиранозида, катализируемом ферментом а-глюкозидазой. Ферментативная реакция ингибируется биоактивными соединениями в экстрактах лекарственных растений, что позволяет определять антидиабетический потенциал (точнее, потенциальную антидиабетическую способность) этих экстрактов. Инги-бирование ферментативной реакции экстрактами лекарственных растений и акарбозой исследовано методом циклической вольтамперометрии с пастовым электродом в фосфатном буферном растворе (рН 6.8). Результаты показали, что ингибирование проявляется сильнее в присутствии те-бенгау (ЕЬгеиа 1аеу18) по сравнению с акарбозой, семумаром (М1сгоше1иш риЪе8сеш) и кедондонгом ($роп^а8 ёи1ш8). При измерении ингибирования экстрактами лекарственных растений существует хорошая корреляция между методами циклической вольтамперометрии и спектрофотометрии. Таким образом, разработанный электрод из пасты многостенных углеродных нанотрубок дает удобный способ измерения антидиабетического потенциала лекарственных растений.
Ключевые слова: циклическая вольтамперометрия, а-глюкозидаза, экстракты лекарственных растений, активность ингибирования, я-нитрофенил-а-О-глюкопиранозид
Б01: 10.7868/80424857014120020
ВВЕДЕНИЕ
Сахарный диабет — хроническое заболевание, характеризующееся повышением концентрации глюкозы в крови; его обычно называют гипергликемией. Сахарный диабет наносит значительный ущерб многим системам организма, в частности, нервной системе и кровеносным сосудам. Число пациентов-диабетиков растет по всему миру; согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения, их около 346 млн [1]. Большинство их страдает диабетом типа 2, который ассоциируется с невозможностью осуществить вывод глюкозы из крови с помощью инсулина, а это имеет своим результатом повышение уровня сахара в крови. Этот тип сахарного диабета можно лечить лекарствами, каждое из которых действует по-своему. Сюда относятся: класс бигуанидов, лекарства из которого снижают поглощение углеводов из же-
1 Адрес автора для переписки: mohi8090@yahoo.com (М. Mohiuddin).
лудочно-кишечного тракта; класс сульфонилмо-чевины, лекарства из которого интенсифицируют эндогенное производство инсулина [2]; ингибиторы дипептидилпептидазы-4, которые замедляют очищение системы внутренней секреции [3], и АО-ингибиторы (а-глюкозидаза), замедляющие пищеварение и усвоение углеводов, принимаемых внутрь [4].
Однако эти лекарства вызывают значительные побочные эффекты в желудочно-кишечном тракте, такие как метеоризм, понос и неприятные ощущения в животе [5]. Эти побочные эффекты понудили исследователей искать альтернативные лекарства для лечения диабета. В числе таких альтернатив находятся лекарства растительного происхождения, доступные в местах произрастания, действие которых сопровождается минимальными побочными эффектами [6]. И действительно, во всем мире имеется много видов лекарственных растений, которые традиционно используются
при лечении диабета, такие как Misai Kucing (Orthosiphon stamineus) в Малайзии [7], сорго обыкновенное, щетинник итальянский и просо обыкновенное (Panicum miliaceum) в Южной Корее [8], Spergularia rubra в Португалии и Испании [9], Emblica officinalisgaertn, Allium sativum, Gymne-ma sylvestre, Citrullus colocynthis, Trigonella foenum greacum и Momordica charantia в Индии [10, 11] и Ramulus cinnamomi, Cinnamomum cassia и Eucommia ulmoides в Китае [12].
В теле человека глюкоза продуцируется из углеводов при пищеварении с участием ферментов а-амилазы и а-глюкозидазы. Таким образом, ин-гибирование любого из этих ферментов уменьшает образование глюкозы. По этой причине в лабораторной практике антидиабетический потенциал лекарственных растений обычно измеряют по способности этих растений ингибировать реакцию фермента а-глюкозидазы. Это ингибирова-ние нормально определяют с помощью ряда обычных аналитических методов, таких как колориметрия [13], титрование [14], жидкостная хроматография высокого разрешения [15] и газовая хроматография + масспектрометрия [16]. Однако эти традиционные методы требуют экстрагирования, интенсивного использования растворителей, дорогого оборудования, и к тому же они трудоемки. Более того, для таких анализов необходимы хорошо подготовленные операторы. Поэтому было бы полезно и практично найти альтернативный метод для быстрого измерения антидиабетического потенциала лекарственных растений.
В 2008 г. был разработан метод определения антидиабетического лекарства репаглинида на электродах из угольной пасты и стеклоуглерода
[17]. Он был основан на электроактивности репа-глинида и не обязательно применим к измерению антидиабетических свойств других лекарственных растений. В 2007 г. был разработан биосенсор на основе фермента а-глюкозидазы. В нем используется висмутовый тонкопленочный электрод для определения коммерческих лекарственных растений по ингибированию ферментативной реакции
[18]. Но в этой работе не упоминается метод измерений антидиабетического потенциала лекарственных растений с помощью данного сенсора.
В настоящей работе многостенные углеродные нанотрубки использованы при изготовлении пас-тового электрода для измерения антидиабетического потенциала лекарственных растений электрохимическим методом. Многостенные углеродные нанотрубки — новый тип углеродных наноструктурных материалов, которые широко используются для модифицирования электродов благодаря их исключительным электронным, химическим и механическим свойствам, таким как электрокаталитическое воздействие, быстрый перенос электрона и большая площадь рабочей по-
верхности [19—21]. К тому же у пастового электрода есть некоторые особые преимущества, такие как легкость изготовления, хорошая обновляемость и особый тип поляризуемости [22-25].
Поэтому для измерения антидиабетического потенциала лекарственных растений был выбран именно электрод на основе пасты многостенных углеродных нанотрубок. Это измерение основано на ингибировании активности фермента а-глюкозидазы в процессе превращения я-нитрофе-нол-а-глюкопиранозида в я-нитрофенол, согласно следующей схеме:
фермент а-глюкозидазы
я-нитрофенол-а-Д-глюкопиранозид + H2O -»
—»- а-Д-глюкопираноза + я-нитрофенол.
Схема. Ферментативная реакция я-нитрофенол-а-Д-глюкопиранозида.
я-Нитрофенол-а-Д-глюкопиранозид — это электроактивное соединение благодаря присутствию в его молекуле нитрофенил-о-глюкозид-ной группы. В результате его гидролиза в присутствии фермента а-глюкозидазы высвобождается я-нитрофенол. Этот выделяющийся я-нитрофе-нол определяется методом циклической вольтам-перометрии. В присутствии экстракта лекарственных растений в качестве ингибитора количество выделяющегося я-нитрофенола уменьшается. Таким образом, различие в выделении я-нитрофено-ла и определяет антидиабетический потенциал лекарственных растений.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Реактивы
Фермент а-глюкозидаза, я-нитрофенол (в форме гранул), безводный карбонат натрия Na2CO3 и я-нитрофенол-а-Д-глюкопиранозид были приобретены у компании Sigma—Aldrich. Многостенные углеродные нанотрубки со средним диаметром 10—40 нм и длиной 1—25 мкм были приобретены у Fibermax Composites (Греция). Индифферентным электролитом служил хлористый калий (KCl). Для приготовления 0.1 М фосфатного буферного раствора использовали гидрофосфат (K2HPO4) и дигидрофосфат калия (KH2PO4). Все реактивы имели квалификацию "ч. д. а.". Таблетки акарбозы (50 мг) приобретены в аптеке.
Приборы
Циклические вольтамперограммы снимали на портативном потенциостате (DropSens, Испания) с трехэлектродной конфигурацией, включающей Ag/AgCl-электрод сравнения и Pt-проти-
воэлектрод. Рабочим служил электрод из пасты многостенных углеродных нанотрубок. Колориметрические измерения вели на спектрометре Lambda25 UV-VIS (Perkin Elmer, США). Значение рН растворов измеряли рН-метром Starter300 (Ohaus Corporation, США).
Приготовление электрода из пасты многостенных углеродных нанотрубок
Рабочий электрод готовили, смешивая вручную в ступке порошок многостенных углеродных нанотрубок с минеральным маслом в весовом процентном соотношении 60 : 40 до получения однородной смеси. Пасту плотно вмазывали в конец пластмассовой трубки (диаметр 3 мм, глубина 0.5 мм), а через другой ее конец проходила медная проволоч-ка—токоподвод. Свежеприготовленный электрод из пасты многостенных углеродных нанотрубок хранили при комнатной температуре в течение 24 ч для стабилизации [26]. Перед каждым измерением электрод полировали на бумаге для взвешивания.
Приготовление экстрактов лекарственных растений
Листья растений тебенгау (Ehretia laevis), сему-мара (Micromelum pubescens) и кедондонга (Spon-dias dulcis) собирали на Исследовательской агротехнической станции в Сунгаи (Перлис, Малайзия). Их сушили на воздухе, а затем размалывали в порошок. Водные экстракты листьев лекарственных растений готовили по методу заваривания [27]. Конкретно, 0.5 г порошка каждого вида листьев заливали 100 мл кипящей дистиллированной воды, и оставляли на 15 мин завариваться без дополнительного нагревания. Для получения экстрактов образцы фильтровали сквозь ватманскую фильтровальную бумагу.
Приготовление образца акарбозы
Акарбоза — это коммерческий антидиабетический препарат, используемый для лечения сахарного диабета 2-го типа. Акарбоза замедляет переваривание углеводородов в органи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.