4.2. تکثیر در شرایط آزمایشگاهی

تکثیر در شرایط آزمایشگاهی یا ریزازدیادی گونه‌ای از روش رویشی تکثیر است که با استفاده از ریزنمونه‌های مشتق شده از گیاه که در شرایط آسپتیک در شرایط آزمایشگاهی کشت می‌شوند، انجام می‌شود [87]. این امکان تولید تعداد زیادی از گیاهان را فراهم می کند که می توانند برای استخراج متابولیت های ارزشمند مورد کاوش قرار گیرند و در عین حال بهره برداری بیش از حد از گونه های وحشی و در معرض انقراض را کاهش دهد [88]. استفاده از گیاهچه های تمایز یافته (گیاهان ریز تکثیر شده) زمانی اجباری است که مولکول فعال زیستی منحصراً در اندام ها یا بافت های گیاهی تخصصی (مثلاً اسانس ها) تولید شود. مزیت دیگر استفاده از گیاهان تکثیر شده در شرایط آزمایشگاهی با پایداری آنها و عملکرد بالاتر متابولیت های ثانویه مرتبط است. استفاده از سیستم‌های کشت آزمایشگاهی امکان تولید مستقل از محدودیت‌های فصلی و جداسازی سریع و کارآمد مولکول فعال زیستی مورد نظر، همراه با قابلیت اطمینان و قابل پیش‌بینی تولید را فراهم می‌کند [25].

گلیکوزید سیستانچ همچنین می تواند فعالیت SOD را در بافت های قلب و کبد افزایش دهد و به طور قابل توجهی محتوای لیپوفوسین و MDA را در هر بافت کاهش دهد و به طور موثر رادیکال های مختلف اکسیژن فعال (OH-، H2O2 و غیره) را از بین ببرد و از آسیب DNA ناشی از آن محافظت کند. توسط رادیکال های OH گلیکوزیدهای فنیل اتانوئید سیستانچ دارای توانایی مهار قوی رادیکال های آزاد، توانایی کاهش بالاتری نسبت به ویتامین C، بهبود فعالیت SOD در سوسپانسیون اسپرم، کاهش محتوای MDA و اثر محافظتی خاصی بر عملکرد غشای اسپرم هستند. پلی ساکاریدهای سیستانچ می توانند فعالیت SOD و GSH-Px را در گلبول های قرمز و بافت ریه موش های آزمایشگاهی مسن ناشی از D-گالاکتوز افزایش دهند و همچنین محتوای MDA و کلاژن را در ریه و پلاسما کاهش دهند و محتوای الاستین را افزایش دهند. اثر پاک کنندگی خوب بر روی DPPH، طولانی شدن زمان هیپوکسی در موش های پیر، بهبود فعالیت SOD در سرم، و به تاخیر انداختن انحطاط فیزیولوژیکی ریه در موش های آزمایشگاهی پیر. و این پتانسیل را دارد که دارویی برای پیشگیری و درمان بیماری های پیری پوست باشد. در عین حال، اکیناکوزید موجود در سیستانچ توانایی قابل توجهی در از بین بردن رادیکال های آزاد DPPH دارد و می تواند گونه های فعال اکسیژن را از بین ببرد، از تخریب کلاژن ناشی از رادیکال های آزاد جلوگیری کند و همچنین اثر ترمیم خوبی بر آسیب آنیون رادیکال آزاد تیمین دارد.

روی cistanche Chemist warehouse کلیک کنید

【برای اطلاعات بیشتر:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

برخی از مطالعات به کارایی تکثیر in vitro در تولید ترکیبات فعال زیستی اشاره کرده اند. گویال و همکاران (2013) دریافتند که کلون‌های بلوبری کم بوته‌ای که از طریق تکثیر ریز به دست می‌آیند، محتوای فلاونوئیدی و فنلی بالاتری را در مقایسه با نمونه‌هایی که با استفاده از روش متداول تکثیر توسعه داده شده‌اند، نشان می‌دهند [89]. یافته های مشابهی در Ziziphora senior L. توسط Dakah و همکاران گزارش شده است. (2014) [90]. نویسندگان دریافتند که عصاره‌های گیاهی تکثیر شده در شرایط آزمایشگاهی Ziziphora senior L. توانایی مهار رادیکال بالاتری نسبت به گیاهان وحشی نشان دادند. آنها همچنین این تفاوت قابل توجه را با شرایط استرسی که از طریق استقرار کشت در شرایط آزمایشگاهی یا وجود تنظیم کننده های رشد گیاه ایجاد می شود، توضیح دادند که می تواند اثر تحریکی بر تولید پلی فنل داشته باشد [90]. Huperzia serrata، یک گیاه سنتی مهم در فرهنگ چینی، به تولید ترکیب ارزشمند Huperzine A (HupA) معروف است. عصاره Huperzia serrata به‌دست‌آمده از گیاهان ریز تکثیر شده فعالیت آنتی‌اکسیدانی را افزایش داد. با این حال، تولید HupA در گیاهان ریز تکثیر شده کمتر از گیاهان وحشی است. محتوای هیپریسین متعاقباً در عصاره گیاهان ریز تکثیر شده Hypericum hookerianum در مقایسه با عصاره تولید شده از گیاهان وحشی افزایش یافت [91]. در کشت آزمایشگاهی مریم گلی، دی ترپن ابیتان تنها در کشت های اندام هوایی شناسایی شد اما در سوسپانسیون های سلولی، پینه ها یا ریشه های مویی مشاهده نشد [92]. با وجود موارد فوق، در برخی موارد، ترکیب فنلی و فعالیت آنتی اکسیدانی می تواند در گیاهان ریز تکثیر شده در مقایسه با گیاهان وحشی کمتر باشد، مانند Cichorium pumilum Jacq [93]، Caralluma tuberculata [94] و Alocasia longiloba Miq [95] .

4.3. کالوژنز و سوسپانسیون های سلولی

گیاهان انعطاف پذیری رشدی قابل توجهی را برای تمایز سلولی نشان می دهند، زیرا این ویژگی اصلی سلول های گیاهی است. با توجه به این خاصیت برجسته، گیاهان می توانند توده های سلولی سازمان نیافته، که به آنها پینه گفته می شود، در پاسخ به محدودیت های محیطی، به احتمال زیاد تهاجم پاتوژن یا آسیب فیزیکی، تشکیل دهند [96]. استقرار کشت پینه بیشتر به تمایز زدایی سلول ها متکی است. این را می توان به عنوان فرآیندی تعریف کرد که طی آن سلول های بالغ یا تخصصی ویژگی تمایز یافته خود را از دست می دهند و جوان می شوند (تمایز زدایی) [97].

از طریق انتقال به یک محیط مایع، توده‌های کشت کالوس می‌توانند به قطعات کوچک، دانه‌ها یا حتی سلول‌های منفرد جدا شوند و در نتیجه کشت سوسپانسیون سلولی حاصل می‌شود. کالوس معمولاً ناهمگن است. سوسپانسیون های سلولی منبع بالقوه ای از ترکیبات زیست فعال مشتق شده از گیاه با ارزش بالا هستند [97،98]. سوسپانسیون های سلولی یک جمعیت سلولی همگن را در بر می گیرد که مواد مغذی و تنظیم کننده های رشد گیاهی یکنواخت و سریع تولید می کند. آنها همچنین به راحتی چندین استراتژی بیوتکنولوژیکی مانند استخراج، تغذیه پیش ساز و تبدیل زیستی یا تبدیل زیستی و همچنین تولید انبوه در بیوراکتورها (مقیاس سازی) را در خود جای می دهند [7]. چندین ترکیب فعال زیست فعال مشتق شده از گیاه با استفاده از فن آوری های کالوژنز و تعلیق سلولی تولید شده اند که به موجب آن اکثریت با استفاده از سوسپانسیون های سلولی به دست آمده اند [98]. PDBC های اصلی که با استفاده از سوسپانسیون های سلولی تولید شده اند عبارتند از Echinan 4 P، Acetos 10 P، Teoside 10 و Teupol 50 P [99,100].

بسیاری از مطالعات اثربخشی سوسپانسیون های سلولی را برای تولید ترکیبات فعال زیستی مورد نظر گزارش کرده اند. برای مثال، تولید جین سنوزید از طریق سوسپانسیون‌های سلولی Panax quinquefolium در محیط MS در حضور 1 میلی‌گرم در لیتر 2 به دست آمد. 01]. تولید شیکونین از سوسپانسیون سلولی Onosma bublotrichum در محیط MS همراه با 0.2 میلی گرم در لیتر IAA و 2.10 میلی گرم در لیتر کینتین برای پینه ها و در محیط SH برای سوسپانسیون سلولی ارزیابی شد [102]. سوسپانسیون سلولی Glycyrrhiza uralensis قادر به تولید مقادیر قابل توجهی از فلاونوئیدها در محیط Murashige و Skoog همراه با ترکیبی از 2،{12}}D، NAA و BA و استخراج شده با متیل جاسمونات بود [103]. 20- هیدروکسی دیزون از هر دو سوسپانسیون سلولی Achtranthes bidentate و Vitex glabrata که در حضور هر دو NAA و 0.2 میلی گرم در لیتر BA برای Achtranthes bidentate و حضور 2،4-D و BA برای Vitex رشد کرده بودند، به دست آمد. گلابراتا [104].

چندین مطالعه قبلی بر پتانسیل بزرگ کالوس و کشت سلولی در درمان اختلالات پوستی تاکید کرده اند. عصاره محلول در آب حاصل از کشت سلول های بنیادی Dilochos biflorus توسط Belmonte و همکاران مشخص شد. (2014) به دلیل مقادیر بالای ایزوفلاون ها، عمدتاً دایدزین، جنیستین و مشتقات گلوکوزیدی آنها. نویسندگان دریافتند که عصاره تولید شده اثر بازدارندگی قابل توجهی از اریتم ناشی از اشعه ماوراء بنفش را نشان می دهد، که اثرات محافظتی این ترکیبات گیاهی را در برابر اشعه ماوراء بنفش، به ویژه در برابر آفتاب سوختگی و اریتم خورشیدی برجسته می کند [105]. بعدها ایمپاراتو و همکاران. (2016) از مدل های مصنوعی پوست برای نشان دادن ظرفیت محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش عصاره های کشت سلولی Dilochos biflorus بر روی اجزای ECM استفاده کرد [106]. این فعالیت برجسته محافظ درمو با توانایی عصاره در از بین بردن رادیکال های آزاد، مهار تولید کلاژناز در درم و حفظ ساختار کلاژن تا 72 ساعت پس از قرار گرفتن در معرض اشعه UVA مرتبط بود [106]. عصاره های بوته پروانه (Buddleja davidii) به دست آمده با استفاده از کشت های سوسپانسیون سلولی، مقادیر بالایی از ورباسکوزید، یک ترکیب گلیکوزید فنیل پروپانوئیدی را تولید کردند که به دلیل خواص محافظتی چندمنظوره (آنتی اکسیدان، شلاتور، ضد التهاب) شناخته شده است. بررسی خواص پوستی عصاره های تولید شده، ظرفیت قوی ترمیم پوست و عملکرد پیشگیرانه التهاب پوست این عصاره را نشان داد که به مهار قوی فعالیت کلاژناز و سرکوب عوامل پیش التهابی نسبت داده می شود [107]. عصاره های کشت سلولی قهوه بنگال (Coffea bengalensis) فاقد کافئین هستند و پتانسیل زیادی برای استفاده در مراقبت از پوست دارند. به عنوان مثال، نشان داده شد که عصاره محلول در آب به دست آمده از کشت سلولی Coffea bengalensis باعث سنتز کلاژن I و II در فیبروبلاست ها، افزایش فعالیت لیپاز و تحریک بیان ژن های مرتبط با هیدراتاسیون در کراتینوسیت ها می شود [108].

5. رویکردهای بیوتکنولوژیکی اصلی برای افزایش تولید ترکیبات زیست فعال مشتق شده از گیاه

کشت سلول و بافت گیاهی (PCTC) یک ابزار بیوتکنولوژیکی امیدوارکننده برای تولید تعداد زیادی از مواد شیمیایی گیاهی برای اهداف دارویی است. با این حال، تنها برخی از موارد موفق به دلیل حداقل بهره وری فیتوشیمیایی در بازار موجود است که برای پوشش هزینه های کشت کافی نیست [76]. بنابراین، در طول دهه گذشته، تحقیقات به سمت افزایش تولید مواد شیمیایی گیاهی با ارزش بالا بدون افزایش هزینه های تولید جهت افزایش استفاده از تکنیک های کشت آزمایشگاهی به عنوان "کارخانه های شیمیایی" [109] انجام شده است. چندین استراتژی، از جمله استخراج، مهندسی متابولیک، بیحرکتی، نفوذپذیری و سیستم های دو فازی، به طور گسترده برای افزایش تولید PDBC ها استفاده شده است (شکل 2) [77].

5.1. استخراج

استخراج یکی از کارآمدترین روش‌هایی است که امروزه برای بهبود تولید بیوتکنولوژیکی PDBC به کار می‌رود. استخراج مستلزم استفاده از ترکیبات خاصی است که معمولاً به عنوان محرک شناخته می شوند تا دفاع گیاه را تحریک کرده و بیوسنتز و تولید متابولیت های ثانویه را تحریک کنند [110]. دو نوع متمایز از برانگیخته ها را می توان متمایز کرد: محرک های غیر زنده و زنده. مولدهای غیر زیستی همه مواد غیر بیولوژیکی مانند ترکیبات معدنی، به عنوان مثال، یون‌های فلزی یا نمک (کلرید کلسیم، نیترات نقره، سولفات منیزیم، کلرید جیوه، کلرید کبالت، یون‌های روی و غیره) را جمع‌آوری می‌کنند. مواد فعال زیستی از طریق تنظیم متابولیسم ثانویه گیاهی آنها [43]. بر خلاف مولدهای غیر زنده، مولدهای زیستی منشأ بیولوژیکی دارند. آنها یا به عنوان عصاره خام یا پاتوژن تا حدی خالص شده یا محصولات مشتق شده از گیاه استفاده می شوند. آنها می توانند از ترکیب پیچیده ای مانند عصاره قارچ و مخمر یا ترکیب خاصی مانند گلیکوپروتئین ها، کیتوزان خالص شده، آلژینات، زانتان، پلی ساکاریدها و غیره باشند [111]. پارامترهای متعددی که از جمله آن‌ها می‌توان به نوع استخراج‌کننده، غلظت، زمان قرار گرفتن در معرض، نوع کشت، ترکیب محیط، خط سلولی، مرحله و سن کشت اشاره کرد، عوامل اصلی مؤثر بر کارایی فرآیند استخراج در تولید PDBC [112]. .

استخراج به طور گسترده ای برای افزایش تولید PDBC در کشت های آزمایشگاهی استفاده شده است. گزارش های متعددی بر کارایی این روش تاکید کرده اند. برانگیختن سلول‌های سوسپانسیون Pueraria cannoli با استفاده از اسید سالیسیلیک تولید و تجمع ایزوفلاونوئیدها را افزایش داد، به‌ویژه، خواخورین، دایدزین، پورارین و جنیستین، که مولکول‌هایی هستند که خواص ضد پیری بسیار خوبی دارند [57]. در Solanum xanthocarpum، برانگیختن کشت کالوس با استفاده از نور آبی منجر به تولید حداکثری متیل کافئات، اسکولتین، کافئیک اسید و اسکوپولتین شد. این مولکول ها به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی، ضد التهابی، ضد دیابتی و ضد پیری بسیار معروف هستند [113]. اعمال تنش نمکی ناشی از NaCl به کالوس ماهی کشت شده (Cynara cardunculus L. var altilis) باعث افزایش محتوای فنلی و آنتی اکسیدانی کل شد که منجر به افزایش تولید پروکلاژن و آکواپورین در سلول های پوستی شد و در نتیجه تولید مواد فعال زیستی را افزایش داد. ترکیباتی که می توانند برای فرمولاسیون های آرایشی استفاده شوند [114]. استخراج متیل جاسمونات در کشت ریشه مویی Isatis indigotica نتایج برجسته ای را در تولید لیگنان نشان داد. همچنین امکان کشف TFهای AP2/ERFs که در تولید این دسته از ترکیبات زیست فعال نقش دارند، و همچنین ژن‌های بیوسنتزی تنظیم‌شده، که بر اهمیت استخراج در شناسایی مکانیسم‌های تنظیمی کلیدی که می‌توانند برای مهندسی متابولیک در کشت های آزمایشگاهی [115]. نمونه های دیگر از اثربخشی تحریک تولید PDBC در جدول 3 نشان داده شده است.

5.2. تغذیه پیش ساز و مواد مغذی

تغذیه پیش ساز یک استراتژی بیوتکنولوژیکی است که به توانایی گیاهان و کشت های سلولی گیاهی برای تبدیل پیش سازها (تکمیل شده توسط کشت محیطی) به محصولات مورد نظر با استفاده از آنزیم های از قبل موجود بستگی دارد [135,136]. این فناوری به طور گسترده برای تولید ترکیبات خاص مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، گزارش های متعددی کارایی تغذیه پیش ساز را در تحریک سنتز PDBC نشان داده اند. کشت های ریشه مودار آلبوم Linum که با یک پیش ساز لیگنان شناخته شده، آلدئید مخروطیان تغذیه می شد، منجر به افزایش قابل توجهی در تولید پینورزینول، لاریسیرزینول و پودوفیلوتوکسین شد [137]. در کالوس و سوسپانسیون های سلولی مشتق از برگ Centella asiatica، تجمع آسیاتیکوزید با افزودن اسیدهای آمینه به محیط کشت، به طور دقیق تر، لوسین [138] به دست آمد. کارپینن و همکاران (2007) یافته های مشابهی را برای تولید هیپرفورین از کشت شاخه های Hypericum perforatum گزارش کرد. برای مثال، نویسندگان دریافتند که تجویز ایزولوسین و والین در کشت تیراندازی مسئول تولید هیپرفورین است. با ردیابی درج ایزولوسین و والین با استفاده از اشکال برچسب‌گذاری شده این اسیدهای آمینه، نویسندگان دریافتند که این دو اسید آمینه در زنجیره جانبی آسیل هیپرفورین و هیپرفورین ادغام شده‌اند [138].

با پیروی از همان اصل تغذیه پیش ساز، هدف تغذیه با مواد مغذی افزایش بازده PDBC با تنظیم عوامل فیزیکی و شیمیایی محیط کشت است. ثابت شده است که این استراتژی برای افزایش زیست توده و تولید جین سنوزید از کشت های ریشه جین سینگ موثر است. همانطور که در [139] گزارش شد، تولید زیست توده و مقادیر جین سنوزید زمانی که کشت با یک محیط کشت تازه آماده شده پر شد، افزایش یافت. همچنین یافته‌های مشابهی برای تولید محصولات جانبی کافئیک از کشت‌های ریشه ناخواسته اکیناسه پورپوره [140] و تولید تاکسول از سوسپانسیون‌های سلولی Taxus chinensis [141] گزارش شد.

5.3. مهندسی متابولیک

مهندسی متابولیک به عنوان تولید مواد یا مولکول های خاص مانند داروها، مواد شیمیایی، سوخت ها و داروها با ایجاد اختلال در مسیرهای متابولیک در سلول ها تعریف می شود [142]. این یک دیدگاه کاملاً جدید برای درک بهتر مسیرهای بیوسنتز PDBC از طریق مطالعات بیان بیش از حد ارائه می دهد. همچنین می‌تواند مستلزم سرکوب مسیرهای دیگر (مسیرهای رقابتی) برای افزایش جریان متابولیک واسطه‌های مسیر بیوسنتز خاص برای اطمینان از تولید بالا باشد [143]. هدف اصلی این استراتژی تحریک فعالیت سلولی از طریق دستکاری عملکردهای سلولی با استفاده از فناوری DNA نوترکیب است. تاکنون چندین استراتژی، مانند معرفی ژن‌های جدا شده از یک گونه یا ارگانیسم‌های مختلف، تقویت‌کننده‌هایی که بیان ژن هدف را افزایش می‌دهند (به عنوان مثال بیان ژن‌های هدف با استفاده از پروموتر 35S)، یا بیان مخرب ژن یا ژن‌های هدف (ضد حس) ، تداخل RNA یا فناوری های CRISPR/Cas9) برای دستیابی به این هدف استفاده شده است [144]. رایج ترین نمونه دستکاری ژنتیکی استفاده از تبدیل ژنتیکی با واسطه Agrobacterium tumefacient است که می تواند امکان معرفی ژن مورد نظر را فراهم کند.

اختلال ژنتیکی واسطه های مسیر بیوسنتز همچنین می تواند با استفاده از روش های تبدیل جایگزین دیگر مانند تبدیل پروتوپلاست، زیست شناسی (بمباران ریزپرتابه)، تبدیل با واسطه لیپوزوم، یا مسیرهای لوله گرده انجام شود [143]. مهندسی متابولیک مزایای زیادی را برای افزایش تولید ترکیبات فعال زیستی با بیان بیش از حد ژن‌ها (مسئول تولید آنزیم‌های تنظیم‌کننده) که در مسیرهای بیوسنتزی آنها دخیل هستند، ارائه می‌کند [145]. با این حال، با توجه به پیچیدگی فرآیند تنظیمی در سلول‌های گیاهی و وجود آنزیم‌های مهم و محدودکننده سرعت که مسئول تنظیم بازخورد فراوانی ترکیبات زیست فعال هستند، تولید PDBC از طریق مهندسی متابولیک محدود است. بنابراین، تحقیقات بیشتری برای شناسایی مراحل محدودکننده نرخ و تنظیم آنها مورد نیاز است [146,147].

5.4. بی حرکتی

بیحرکتی یکی از استراتژی های کلیدی است که می تواند برای افزایش تولید PDBC در سیستم های PCTC اعمال شود. این متکی به استفاده از ماتریس ژل است که اجازه به دام افتادن سلول را می دهد. در همان زمان، سلول ها در معرض غلظت بالایی از یون ها قرار می گیرند تا تأثیر نامطلوب بر متابولیسم سلول را خنثی کنند. این استراتژی دانشمندان و محققان را در سراسر جهان جذب کرده است زیرا امکان افزایش زنده ماندن سلولی و پایداری ترکیبات فعال زیستی تولید شده، علاوه بر افزایش تولید مولکول های مطلوب را فراهم می کند [148]. برای گیر افتادن یا بی حرکت کردن سلول، می توان از چندین ماده شیمیایی مانند آگارز، آلژینات، آگار و پلی آکریل آمید همراه با آلژینات به عنوان ماتریکس ژل استفاده کرد. پلیمرهای آلژینات رایج ترین موادی هستند که برای تثبیت سلولی استفاده می شوند، زیرا بهترین نتایج را از نظر بازده تولید PDBC نشان می دهند. به عنوان مثال، گیر افتادن تجمع سلولی Eurycoma longifolia با 2.5 درصد پلیمر آلژینات به مدت سه هفته منجر به افزایش قابل توجهی در تولید 4H-imidazol{5}}one، رقیق{6}} و strikosidine-synthase در مقایسه شد. به سلول های غیر متحرک [149]. برای تولید کیتوزاناز از Gongronella sp. سلول‌ها، بالاترین تولید را با استفاده از تثبیت سلولی با ژل آلژینات کلسیم (E404) همراه با فوم پلی‌اورتان در pH 5.5 به دست آورد [150]. در Juniperus chinensis، Premjet و همکاران. (2007) دریافتند که تولید پودوفیلوتوکسین با استفاده از یک پلیمر آلژینات 96 تا 98 درصد در سلولهای به دام افتاده افزایش یافته است [151]. سلول‌های بی‌حرکت شده توسط Plumbago rosea با استفاده از E404 منجر به افزایش سه برابری در تولید پلمباگین، ترکیب فعال زیستی مهم گزارش شده در این گونه گیاهی، در مقایسه با سلول‌های غیر محصور شد [152,153]. اثرات مفید بی‌حرکتی سلولی را می‌توان با این واقعیت توضیح داد که ماتریس ژل (پلیمر) یک گرادیان انتشار مناسب بر روی سلول‌های بی‌حرکت ایجاد می‌کند که ارتباطات بیوشیمیایی را بهبود می‌بخشد. ماتریس‌های پلیمری به‌طور خودکار باعث ایجاد توده‌های سلولی می‌شوند و در نتیجه وابستگی سلول‌ها به محیط کشت را کاهش می‌دهند و در نتیجه بازده بالاتری از PDBCs را به همراه دارند [148]. اگرچه تثبیت سلولی تولید PDBC را افزایش می دهد، ترکیبات زیست فعال اغلب در واکوئل های سلولی به دام افتاده و ذخیره می شوند. بنابراین، تثبیت و فرآیند تولید سلول از نظر اقتصادی به ظرفیت سلول برای ترشح ترکیبات زیست فعال مطلوب به محیط مجاور وابسته است، که می تواند به طور طبیعی با استفاده از مکانیسم های ترشح طبیعی (انتقال غیرفعال و فعال) یا مصنوعی (استراتژی نفوذپذیری) رخ دهد [135].

5.5. نفوذپذیری

همانطور که در بالا ذکر شد، PDBC ها معمولاً در اندام های تخصصی یا ساختارهای سلولی، معمولاً در واکوئل های سلولی به دام می افتند. از این رو، انتشار PDBC در محیط کشت همراه با یک روش خالص سازی مناسب می تواند امکان بازیابی ترکیبات مورد نظر را فراهم کند. استراتژی نفوذپذیری بر استفاده از رویکردهای شیمیایی یا فیزیکی برای افزایش نفوذپذیری غشاهای سلولی گیاهی متکی است. نفوذپذیری با واسطه شیمیایی می تواند به راحتی با استفاده از حلال های آلی مانند دی متیل سولفوکسید [DMSO] و ایزوپروپانول و پلی ساکاریدهایی مانند کیتوزان [135] اجرا شود. تاکسول، هگزادکان، دی بوتیل فتالات یا دکانول برای افزایش نفوذپذیری کشت سلولی Taxus chinensis استفاده شد [141]. سایر روش‌های نفوذپذیری، مانند میدان‌های الکتریکی و فراصوت، می‌توانند برای بازیابی PDBC از واکوئل‌های سلولی استفاده شوند [135]. توجه داشته باشید که تجمع PDBC ها را می توان با تنظیم بازخورد (مهار) سنتز محصول یا با تخریب ترکیبات زیست فعال در محیط تغییر داد. با استفاده از حذف محصول در محل، که شامل جداسازی مستقیم مایع-مایع یا مایع-جامد [154] است، می توان از این مانع اجتناب کرد، جایی که دومی نتایج بهتری نسبت به سیستم کشت مایع-مایع نشان داد. برای سیستم های جامد-مایع معمولاً از رزین های XAD4، XAD7 و زغال فعال استفاده می شود. به عنوان مثال، قبلا نشان داده شده بود که استفاده از XAD7 باعث بهبود تولید اجمالیسین و سرپانتین در C. roseus، plumbagin در Pityriasis rosea، یک آلکالوئید در Eschscholzia californica و taxuyunnanine C در Taxus chinensis شد [155-158]. XAD4 با موفقیت در تولید آنتراکینون ها از Morinda elliptica استفاده شد [159].

6. تولید مواد آنتی اکسیدان برای فرمولاسیون های آرایشی با استفاده از بیوتکنولوژی

تکنیک‌های PCTC در ترکیب با رویکردهای مختلف بیوتکنولوژیکی با هدف تولید مقادیر بالایی از PDBCs منجر به توسعه چندین محصول آرایشی با فعالیت ضد پیری و محافظت درم شده است. برخی از آنها ثبت اختراع شده اند و چندین محصول آرایشی توسط شرکت های پیشرو در صنعت آرایشی و بهداشتی تولید شده اند. در زیر نمونه هایی از اختراعات ثبت شده در دهه گذشته را مشاهده می کنید. آنها به‌طور تصادفی انتخاب شدند تا کاربردهای ملموس بیوتکنولوژی، عمدتاً تکنیک‌های کشت بافت گیاهی، در فرمول‌بندی محصولات گالنیک و آرایشی را نشان دهند:

• پتنت ثبت شده در ایالات متحده توسط بلوم و همکاران. در سال 2012، مربوط به توسعه سلول‌های گیاهی تمایز‌زدایی‌شده از میوه‌های Malus domestica cv Uttwiler Spaetlauber و استفاده از آنها در فرمولاسیون مواد آرایشی برای اطمینان از محافظت از سلول‌های بنیادی در برابر عوامل استرس داخلی و خارجی، ترویج تکثیر سلول‌های بنیادی و پیشگیری آپوپتوز سلولی (پتنت US 8,580,320 B2). از این سوسپانسیون های سلولی، آماده سازی های آرایشی مختلفی ساخته شده است که از جمله آنها می توان به کرم های پاک کننده، مومیایی کننده های مایع، ماسک های موی فشرده و کرم های دور چشم اشاره کرد. کارایی فرآورده‌های آرایشی توسعه‌یافته بر روی سلول‌های بنیادی منشا گرفته از بند ناف، فولیکول‌های مو و فیبروبلاست‌ها آزمایش شده است.

• سلول های گیاهی Syringa vulgaris با موفقیت از کشت آزمایشگاهی بافت های گیاهی تحت شرایط آسپتیک در ظروف رشد تکمیل شده با تنظیم کننده های رشد گیاهی خاص توسط یک تیم ایتالیایی تولید شدند (دال مونت و همکاران، 2006؛ شماره ثبت اختراع: US 7,718,199 B2). استخراج آبی بر روی سوسپانسیون های سلولی مشتق از کالوس انجام شد. پروفایل HPLC وجود مقادیر قابل توجهی از ورباسکوزید و ورباسکوزید را نشان داد. عصاره های مشتق شده از سوسپانسیون سلولی فعالیت آنتی اکسیدانی و مهارکنندگی قوی در برابر رادیکال های آزاد نشان دادند. علاوه بر این، عصاره‌های توسعه‌یافته به دلیل توانایی آن‌ها در مهار 5-آلفا ردوکتاز و لیپوکسیژناز، خاصیت ضد ریزش مو را نشان می‌دهند. عصاره های تولید شده همچنین فعالیت ضد تیروزیناز قوی و خواص قابل توجه سفید کنندگی پوست را نشان دادند.

• سلول های تمایز نیافته گیاهان زنبق (Iris pallida، Iris germanica و Iris florentina) توسط Breton و Gueniche در سال 2001 تولید شدند. آماده سازی جالینوسی از سلول های تولید شده ایجاد شد. به دنبال ادعای مخترعان، آماده‌سازی‌های توسعه‌یافته شامل کرم‌های ضدآفتاب، با مواد فعالی بود که محافظت از پروتئین‌های ماتریکس خارج سلولی، مانند اشعه ماوراء بنفش، از طریق مهار آنزیمی پروتئین‌های MMP را تضمین می‌کرد. EP 1 174 120 B1).

• سلول های تمایز نیافته Leontopodium alpinum به دست آمده با استفاده از کشت های سلولی آزمایشگاهی برای فرمولاسیون فرآورده های آرایشی توسط مخترعان فرانسوی (Gracioso et al.) استفاده شد. این کشف به عنوان یک پتنت توسط مخترعان در سال 2016 منتشر شد (رسوب ثبت اختراع در سال 2015، شماره ثبت اختراع: WO 2016/113659 A1). محصول توسعه‌یافته به‌عنوان یک درمان آرایشی برای ترمیم هموستاز سلول‌های پیر پوست و افزایش متابولیسم سلولی و فعالیت انرژی‌زا پیشنهاد شد.

• سلول های تمایز نیافته Marrubium vulgare به عنوان ماده اولیه برای توسعه فرآورده های آرایشی توسط Ringenbach و همکاران استفاده شد. برای یک شرکت آرایشی معروف این پتنت در سال 2016 به ثبت رسیده است. برای این پتنت، یک ترکیب آرایشی از سلول های گیاهی به دست آمده با استفاده از فرآیند کشت سلولی آزمایشگاهی تهیه شد. مخترعان این داروی آرایشی را برای درمان های موضعی برای بهبود وضعیت عمومی پوست، ظاهر و زائده ها، به طور دقیق تر، برای سفت کردن منافذ و عیوب پوست پیشنهاد کردند. از ماده فعال کشف‌شده، فرمول‌های مختلف گالنیک ساخته شده‌اند که از جمله آنها می‌توان به کرم‌ها، سرم‌ها، ماسک‌های بافتی و لوسیون‌های پاک‌کننده اشاره کرد (شماره ثبت اختراع: WO 2017/163174 A1).

• یک فرمول آرایشی توسط یک تیم ایتالیایی (Tito و همکاران) در سال 2016 ساخته شد. اختراع تحت پوشش این پتنت بر روی استفاده از جنین های جسمی سه گونه گیاهی متمرکز است: Lotus japonicus، Citrus limon و Rosa gardenia. عصاره های تولید شده عملکرد بسیار خوبی در برابر عیوب پیری پوست نشان داده اند و حاوی خواص جوان سازی بافت پوست هستند (شماره ثبت اختراع: WO 2016/ 173867 A1).

• یک محصول آرایشی با توانایی محافظت از پوست در برابر خشک شدن و/یا جلوگیری از آسیب اشعه ماوراء بنفش از کشت سلول های بنیادی تمایز زدایی شده Camellia sinensis var assamica توسط بری و همکاران ساخته شد. محصول توسعه یافته در سال 2017 ثبت اختراع شد. کارایی اختراع در فیبروبلاست های پوستی بالغ انسان آزمایش شد. به گفته مخترعان، عصاره چای تولید شده دارای خواص ضد التهابی است، از خشک شدن سلول های پوست جلوگیری می کند و از سلول های پوست در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند (شماره ثبت اختراع: WO 2017/178238 A1).

7. نتیجه گیری

پیری پوست یکی از شایع ترین مسائل پوستی است که بر پوست انسان و ظاهر آن تأثیر می گذارد و در نتیجه ترمیم زخم، ایجاد چین و چروک و از دست دادن رنگ و قابلیت ارتجاعی پوست به وجود می آید. چندین محصول مبتنی بر مواد شیمیایی در طول سال ها برای جلوگیری از روند ضد پیری پوست و کاهش تاثیر آن ساخته شده است. با این حال، با استفاده از محصولات شیمیایی، مشکلات متعددی به وجود آمده است که بیشتر به حساسیت سلولی، آلرژی و عوارض جانبی برخی محصولات و مواد شیمیایی مربوط می شود. به عنوان یک جایگزین، محصولات طبیعی و مشتقات گیاهی بر اساس خواص برجسته آنها پیشنهاد شده است. با این حال، توسعه مواد فعال زیستی مشتق شده از گیاه به شدت به مواد گیاهی وابسته است که می تواند تحت تأثیر عوامل درونی و بیرونی قرار گیرد. تکنیک‌های کشت بافت گیاهی می‌توانند مقادیر زیادی از مواد گیاهی همگن را مستقل از آن عوامل برای اطمینان از تولید کافی ترکیبات زیست فعال ارائه دهند. علاوه بر این، PDBC ها را می توان با استفاده از استراتژی های بیوتکنولوژیکی مانند استخراج، مهندسی متابولیک، تغذیه مواد مغذی و پیش ساز، بی حرکت سازی و نفوذپذیری تولید کرد. این کار مروری جامع از تکنیک‌های بیوتکنولوژیکی مورد استفاده برای تولید ترکیبات فعال زیستی، با تمرکز بر آنتی‌اکسیدان‌هایی که خواص ضد پیری را نشان می‌دهند، ارائه کرد. برخی از نمونه‌های تکنیک‌های کشت بافت گیاهی مورد استفاده در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی نیز برای تأکید بر اهمیت ابزارهای بیوتکنولوژیکی برای تولید پایدار PDBCs مورد توجه قرار گرفته‌اند.

【برای اطلاعات بیشتر:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】