Съмненията относно безопасността и ефикасността подтикват изследователите и компаниите да усъвършенстват методите за анализ

от Джилиан Кемсли
РЕКЛАМА

добавки

Ботаническата добавка черен кохош нарасна популярността преди около десетилетие. Жените, страдащи от менопауза, се обърнаха към добавката, след като се появиха въпроси за безопасността на стандартната хормонозаместителна терапия. Растението, Actaea racemosa, е известен също като бъгбейн или змийско корен и е роден в Северна Америка. Той е бил използван за облекчаване на болката и за лечение на гинекологични състояния от индианците и домакинствата от 19-ти век и няма съобщения за вредни странични ефекти.

И все пак, тъй като все повече жени започнаха да използват черен кохош през 21-ви век, се появиха съобщения за увреждане на черния дроб при хора, приемащи добавката. В отговор на това правителствената агенция Health Canada и производител на продукти анализираха съдържанието на четири продукта от черен кохош. Никой всъщност не се оказа A. racemosa (Канадски бюлетин за нежелани реакции 2010, 20, 1).

Две проучвания, най-новото публикувано миналата година, установиха, че е азиатски Cimicifuga в търговски продукти от черен кохош (J. Agric. Храна Chem., DOI: 10.1021/jf0606149; J. AOAC Int., DOI: 10.5740/jaoacint.11-261). Това превключване може да обясни наблюдаваната чернодробна токсичност, казват Джеймс Нийл-Кабабик, директор на компанията за тестване на природни продукти Flora Research Laboratories и други експерти. Наричани sheng ma в Китай и понякога превеждани на английски като черен кохош или бъгбейн, азиатските видове се използват в традиционната китайска медицина, но в по-ниска доза от A. racemosa, Казва Нийл-Кабабик.

Приказката за черния кохош е предпазлива за нарастващия пазар на ботанически продукти. Потребителите, които смятат, че „естествените“ продукти са по-безопасни от фармацевтичните продукти, увеличиха продажбите на билкови и ботанически добавки до 5,3 млрд. Долара през 2011 г., което е 1 млрд. Долара за десетилетие, според анализ на New Hope Natural Media, фирма за пазарни проучвания.

Но ботаническите продукти представляват значителни предизвикателства както за изследователите, така и за производителите. Те са по своята същност сложни вещества с множество химически съединения, които се променят с преработката. Добавете загриженост относно идентичността на суровините в глобалните вериги за доставки и регулаторен тласък за по-добри производствени практики и контрол на качеството, а анализът става все по-важна задача. За да се справят с предизвикателствата, производителите на добавки разчитат на набор от аналитични инструменти, за да гарантират, че раздаденият продукт е това, което е на етикета. Тези инструменти варират от проста микроскопия до хроматография, свързана до тандемна масспектрометрия или профилиране на инфрачервения спектър, свързана с хемометрия.

Както е определено от Закона за здравето и образованието за хранителните добавки от 1994 г., хранителната добавка е продукт, който не е представен като конвенционална храна и е предназначен да допълва диетата. Добавките могат да съдържат витамини, минерали, билки или други растителни вещества, аминокиселини, ензими, тъкани на органи или метаболити. Те могат да бъдат концентрати или екстракти и могат да бъдат формулирани в различни форми, включително таблетки, капсули, прахове или течности.

Администрацията по храните и лекарствата до голяма степен регулира хранителните добавки като храна, а не като фармацевтични продукти. Ако добавка е била на разположение като хранителна съставка преди 1994 г., производителят или дистрибуторът не е необходимо да демонстрира безопасност преди пускането на пазара. FDA ограничава здравните претенции, които производителите могат да направят върху етикета на добавка. През 2007 г. агенцията също започна да изисква производителите да следват настоящите добри производствени практики (cGMP), специфични за хранителните добавки, включително въвеждане на процедури за контрол на качеството и тестване на съставки и готови продукти.

Познаването на идентичността на ботаническата съставка и начина, по който е приготвена, е от решаващо значение както за безопасността, така и за ефикасността. Изследователите, изучаващи безопасността и ефикасността на такива продукти, обикновено отглеждат собствени растения, стандартизират начина на приготвяне на продуктите и след това профилират химикалите в продукта, за да създадат ключови съединения за по-нататъшно проучване. Често тези съединения са „неясни“ вторични растителни метаболити, казва Иън Акуърт, директор на клиентската и приложна служба за продукти за течна хроматография (LC) в Thermo Fisher Scientific. Това прави тестването на ботанически добавки много по-различно от това на храни, където контролът на качеството по-често се фокусира върху по-лесни за измерване качества като съдържание на въглехидрати, натрий или аминокиселини, казва той.

Специфичен проблем в историческото изследване на добавките е неадекватното описание или анализ на разследвания материал, казват учените. Това прави редиците изследвания „само няколко стъпала по-горе безполезни“, казва Марк Блументал, основател и изпълнителен директор на Американския ботанически съвет. Независимо дали материалът за изследване е бил отглеждан наблизо и извлечен в лаборатория или е получен в търговската мрежа, различни растителни видове или методи за обработка могат да променят безопасността или ефикасността на даден продукт, като елиминират полезните съединения, задържат токсични или променят съотношенията на компонентите, които действат синергично.

Следователно „не можете да възпроизведете проучване, ако не знаете точно какъв вид е бил използван, каква част от растението е било използвано и как е било приготвено“, казва Ричард Б. ван Бремен, професор по медицинска химия и фармакогнозия в Университета на Илинойс, Чикаго, и директор на финансиран от Националния институт по здравеопазване ботанически изследователски център, фокусиран върху добавките за здравето на жените. Липсата на документация и произтичащата от това несъответствие в подготовката на материалите често са причините, поради които изследванията за ефикасността на ботаническите продукти за лечение на здравословни разстройства показват смесени резултати, казва той. Това е една от причините Националният център за допълваща и алтернативна медицина на NIH да разработи своята политика за цялост на естествения продукт, която очертава необходимата информация за идентификация, подготовка и характеризиране на проекти, които финансира.

Някои изследователи контролират отблизо растенията, които отглеждат. Това е подходът в друг финансиран от NIH ботанически център, съвместни усилия на изследователи от Луизианския държавен университет и университета Рутгерс. Изследователите се опитват да направят оценка на използването на ботанически продукти за инсулинова резистентност и метаболитен синдром, комбинация от нарушения, които заедно увеличават риска от сърдечно-съдови заболявания и диабет. Един от проектите на центъра е фокусиран върху използването на руски естрагон, Artemisia dracunculus, за лечение на тези състояния (PLoS One, DOI: 10.1371/journal.pone.0057112). Изследователите поръчват семена от реномиран търговски източник, след което отглеждат растенията хидропонно в оранжерия, за да контролират внимателно параметри като светлина, хранителни вещества и употреба на пестициди, казва Дейвид М. Рибники, професор по растителна биология и патология в Rutgers.

The Артемизия изследователите наблюдават шест биоактивни съединения за контрол на качеството. Те успяха да синтезират едно маркерно съединение, халкон, което да се използва като стандарт. „Структурата е такава, че успяхме да направим това без много усилия“, казва Рибники. „За някои природни съединения това би било невъзможно.“

Центърът на Ван Бремен в Чикаго, за разлика от това, отглежда сладник - европейски Glycyrrhiza glabra и азиатски G. uralensis, както и някои редки северноамерикански видове - в крайградска полева станция за изследване на превенцията на рака и антиоксидантните ефекти на корените на растенията. Няколко уникални съединения в Глицириза видовете ги различават както от другите растения, така и помежду си, казва ван Бремен. Флавоноидният глабридин например се намира в G. glabra но не G. uralensis. Екипът изолира и оценява съединенията за биоактивност.

Ван Бремен и колегите му също изучават дали хмелът, Humulus lupulus, може да адресира симптомите на менопаузата и да предотврати рака. Те получават шишарки от хмел от пивоварната индустрия, която според ван Бриймън е „много добре организирана и следва добри земеделски практики“, включително способността да се проследяват сортовете култури и фермите с произход. Екипът анализира естрогенни пренилфлавоноидни съединения в хмела за контрол на качеството и в биоанализи. Наскоро те разработиха метод за течна хроматография с тандемна масова спектрометрия (UPLC-MS/MS) за откриване на съединенията в човешки серум, използвайки 8-изопентилнарингенин като вътрешен стандарт.

Други изследователи и производители може да имат по-малко сигурни вериги за доставки, особено производители, които събират съставки по целия свят. Първият ред на дейност в тези случаи е да бъдете точни при поръчка на завода и желаните части, по-специално чрез използване на латиница, а не на общи имена. „Проблем е, когато хората не са достатъчно конкретни с доставчиците си“, казва Сидни Съдбърг, президент на лабораториите на Alkemists. „Човек може да поиска женшен, но не Panax женшен и вместо това вземете американеца Panax quinquefolius.

Купувачите на ботанически съставки също трябва да следят за замърсяване, независимо дали е от комбайн, който случайно събира плевели или по погрешка замества подобни растения, или някой умишлено подправя доставката с по-евтин материал. Доставката на цели или нарязани ботанически материали е сравнително лесно идентифицирана, макро- или микроскопски, но е препоръчително да се използва добре обучен ботанически анализатор, казва Нийл-Кабабик от Flora Labs. Той посочва чесъна на мечка, Allium ursinum, като пример. Растението е популярно в Европа заради лошо храносмилане или високо кръвно налягане, но листата лесно се бъркат с тези на токсичната момина сълза, Convallaria majalis.

Истинското предизвикателство за идентификация обаче идва, когато растителният материал се преработи в прахове или екстракти. Смилането може да унищожи издайничните клетъчни структури, които могат да бъдат идентифицирани с микроскоп, което прави химическия анализ критичен. В тези случаи също е от съществено значение производителите да правят статистически строги извадки. Земеделският производител може да продаде на ботанически брокер, който след това напудрява и пликува материала. Много може просто да бъде всичко, което брокерът може да обработи за един ден, направено в реда, в който пристигне. „Може би човекът от първата ферма е добър в борбата с инвазивните плевели, докато човекът от последната ферма не прави никакви мерки за намаляване и една трета от реколтата му е чужд“, казва Нийл-Кабабик. В зависимост от начина на вземане на проби от съдържанието може да изглежда съвсем различно.

Притесненията за праховете важат и за екстракциите, но с допълнителен обрат: Различните процеси на екстракция - по-специално тези, които използват различни разтворители - могат да дадат продукти с различен химичен състав. Един пример е канелата, която се използва при бронхит или стомашно-чревни проблеми. Истинска канела, Cinnamomum zeylanicum, често се замества с кора от касия, В. касия или китайска канела. Двете могат да бъдат разграничени чрез сравняване на летливите маслени профили с помощта на тънкослойна хроматография или газова хроматография/масспектрометрия (GC/MS). „Но има продукти, които са водни екстракти, така че в тях няма масло“, казва Нийл-Кабабик. Един от клиентите му използва IR спектроскопия за профилиране на органични киселини и захари.

И когато продуктите съдържат няколко смесени заедно ботанически съставки, аналитичните предизвикателства нарастват експоненциално. „CGMP изисква тестове, за да потвърди присъствието и идентичността на всички тези материали“, казва Нийл-Кабабик. Като цяло компаниите трябва да възприемат многостранен подход за тестване, като идентифицират специфични маркери за проследяване на желаните съставки, но също така използват анализи, които ще вземат нежелан материал.

Значителни усилия през последните години се насочи към разработване и валидиране на аналитични методи и референтни материали и предоставянето им на публичен достъп за насърчаване на ботаническата идентификация и контрол на качеството. "Всички държаха картите си близо", казва Нийл-Кабабик. „Нямаше споделяне между компаниите или консенсус относно решаването на проблеми.“

Реклама

Част от усилията за излизане на открити методи дойде от Службата за хранителни добавки на NIH, която създаде своята програма за аналитични методи и справочни материали през 2002 г. AMRM поддържа разработването на методи и референтни стандарти в сътрудничество с FDA, Националния институт по стандарти и Технология, Министерството на земеделието и AOAC International. Директорът на програмата Джоузеф М. Бец казва, че вижда критична нужда от методи за установяване на ботаническа идентичност в екстрактите.

Включени са и минали растителни продукти, насочени към развитие на AMRM Гинко билоба, използва се за памет; златна монета, Hydrastis canadensis, използва се при инфекции; соя, Глицин макс, използва се за различни здравословни състояния; и Ephedra sinica, използвани за загуба на тегло и енергия, но забранени в САЩ от 2004 г. Дори там, където съществуват аналитични методи, екипът на Betz трябваше да определи дали те са подходящи за предвидената употреба и могат да бъдат валидирани. Бец припомня, че беше особено предизвикателно да се разработи метод за измерване Ефедра като суровина, както и в екстракти, таблетки, смесени добавки и смеси за напитки. Шестимата главни Ефедра алкалоидите попадат в три различни класа - първични, вторични и третични амини - и също се срещат в широк диапазон на концентрация. В крайна сметка екип от Covance разработи метод LC-MS/MS (J. AOAC Int.2003,86, 471).

Поставяне на аналитичен методите в публичното достояние също е част от мандата на FDA център за изследване на ботаническите хранителни добавки към Университета в Мисисипи, казва директорът на центъра Ихлас А. Хан. Хан е професор по фармакогнозия, помощник-директор на Националния център за изследване на природни продукти в университета и сътрудник в финансирания от NIH център за ботанически естроген, базиран в Университета на Илинойс, Урбана-Шампайн. Хан и колегите му се опитват да определят химически пръстови отпечатъци, за да идентифицират растителните видове. Неотдавнашна работа демонстрира използването на UPLC с ултравиолетова и MS детекция за оценка на проби от кора на йохимбе (J. Nat. Med., DOI: 10.1007/s11418-012-0642-2). Йохимбе, Паусинисталия йохимбе, е африканско вечнозелено дърво; кората се използва за сексуална дисфункция, особено еректилна дисфункция при мъжете.

Американската фармакопейна конвенция (USP), група, която определя аналитични тестове и стандарти за освобождаване на фармацевтични продукти, също има протоколи за тестване и референтни стандарти, които производителите могат да използват доброволно за хранителни добавки. Комплектът за хранителни добавки на USP вече включва не само монографии, описващи тестове за отделни ботанически материали, но и подкрепяща информация като снимки, микрографии и хроматограми, за да помогне на компаниите и анализаторите за контрол на качеството, докато усилват усилията си да следват разпоредбите на cGMP.

Ако има един основен принцип за ботаническия анализ, той е да се използва наука за разделяне, казва Габриел Джанкаспро, вицепрезидент на USP по храните, хранителните добавки и растителните лекарства. „За да получим истинска характеристика на даден материал, както за идентичност, така и за съдържание, ние искаме да сме сигурни, че можем да отделим възможно най-много компоненти“, казва той.

И ако има една основна техника за ботанически контрол на качеството, това е високоефективна тънкослойна хроматография (HPTLC). С този метод изследователите могат бързо да стартират множество проби паралелно за лесно сравнение. Подобрените материали за плочи, стандартизираната методология и камерите за контрол на околната среда правят метода възпроизводим и лесен за валидиране. Една плоча може също да бъде подложена на множество видове детектиране, като UV светлина, флуоресценция и MS, казва Айке Рейх, директор на лабораторията за изследване и развитие на метода на Camag. Учените могат също да добавят ензими или микроорганизми в чинията, за да проверят за биологична активност. Международната асоциация за усъвършенстване на високоефективна тънкослойна хроматография също разработва и утвърждава стандарти и методи за идентифициране на растения и чести престъпници.

Други често срещани техники включват високоефективна LC (HPLC), като методите на UPLC започват да стават все по-чести заедно с капилярна електрофореза. Thermo Fisher’s Acworth обича да комбинира HPLC със заредени аерозолни или кулометрични електрохимични детектори. И двете работят особено добре за сложни продукти и дават подробни сложни профили за пръстови отпечатъци за сравнение с референтните материали. Acworth също вижда компании, използващи GC или GC/MS техники, за да търсят остатъци от пестициди и индуктивно куплирани плазмени MS, за да проверят за замърсяване с тежки метали. „Все повече виждаме търсене на оборудване от по-висок клас,“ казва той.

IR спектроскопия също може да бъде полезен инструмент за пръстови отпечатъци в настройка за контрол на качеството, дори за сложен материал. Сега Foods работи с PerkinElmer, за да разработи подход, който работи върху праховете в настройки с висока производителност. Техниката работи добре, за да се провери за икономически мотивирано фалшифициране, когато съставките или продуктите имат относително голямо количество нежелан материал, казва Джери Селърс, мениджър за продуктово планиране на PerkinElmer.

Независимо от използвания метод, ключът при всякакъв вид ботанически тестове е задаването на параметри. Едни и същи видове, отглеждани в две различни полета или събрани по различно време, могат да се различават химически поради капризите на природата и условията на отглеждане. Това прави разработването на референтни стандарти особено сложно и съществено прави хемометричните модели за анализ на данни. „Вариацията, която тези модели трябва да обхващат, е доста важна“, казва Sellors. „Необходимо е внимателно да изберете своите проби, за да изградите модела и правилните математически параметри, за да сте сигурни, че имате точно необходимата специфичност за каквото и да искате да скринирате.“ Направете параметрите твърде стегнати и добрите партиди може да се провалят, но ги направете твърде свободни и производителят може да пропусне нова схема за фалшификация.

Разработването и разпространението на аналитични техники като тези трябва да помогнат за извеждането на полето на ботаническите добавки на по-строги научни основи. Усилията досега не са били лесни, казва Судберг от Alkemists Labs. Въпреки това той е оптимист, че хората идват наоколо и в крайна сметка потребителите ще се възползват от подобрените продукти.

Регистрирайте се за седмичния бюлетин на C & EN, който трябва да прочетете