4.2. การขยายพันธุ์ในหลอดทดลอง

การขยายพันธุ์ในหลอดทดลองหรือการขยายพันธุ์แบบจุลภาคเป็นตัวแปรของโหมดการขยายพันธุ์พืชที่ทำได้สำเร็จโดยใช้พืชที่ได้มาจากพืชที่ปลูกภายใต้สภาวะปลอดเชื้อในหลอดทดลอง [87] เสนอความเป็นไปได้ในการผลิตพืชจำนวนมากที่สามารถสำรวจเพื่อสกัดสารที่มีคุณค่าในขณะที่ลดการแสวงหาประโยชน์มากเกินไปจากสัตว์ป่าและสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ [88] การใช้ต้นย่อยที่แตกต่างกัน (พืชที่ขยายพันธุ์ในระดับจุลภาค) เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพถูกผลิตขึ้นเฉพาะในอวัยวะหรือเนื้อเยื่อเฉพาะของพืช (เช่น น้ำมันหอมระเหย) ข้อดีอีกประการของการใช้พืชที่ขยายพันธุ์ในหลอดทดลองนั้นสัมพันธ์กับความเสถียรและผลผลิตของสารทุติยภูมิที่สูงขึ้น การใช้ระบบการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองช่วยให้การผลิตเป็นอิสระจากข้อจำกัดของฤดูกาล และการแยกโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เป็นเป้าหมายได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ พร้อมด้วยความน่าเชื่อถือและความสามารถในการคาดการณ์ของการผลิต [25]

Glycoside ของ cistanche ยังสามารถเพิ่มกิจกรรมของ SOD ในเนื้อเยื่อหัวใจและตับ และลดปริมาณของ lipofuscin และ MDA ในแต่ละเนื้อเยื่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำจัดอนุมูลออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาต่างๆ (OH-, H₂O₂ ฯลฯ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันความเสียหายของ DNA ที่เกิดขึ้น โดย OH-อนุมูล Cistanche phenylethanoid glycosides มีความสามารถในการกำจัดอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่ง ความสามารถในการลดที่สูงกว่าวิตามินซี ปรับปรุงกิจกรรมของ SOD ในการระงับสเปิร์ม ลดปริมาณของ MDA และมีผลป้องกันบางอย่างต่อการทำงานของเยื่อหุ้มสเปิร์ม โพลีแซคคาไรด์ของ Cistanche สามารถเสริมการทำงานของ SOD และ GSH-Px ในเม็ดเลือดแดงและเนื้อเยื่อปอดของหนูทดลองที่ชราภาพซึ่งเกิดจาก D-galactose รวมทั้งลดปริมาณ MDA และคอลลาเจนในปอดและพลาสมา และเพิ่มเนื้อหาของอีลาสติน ส่งผลดีต่อ DPPH, ยืดเวลาการขาดออกซิเจนในหนูชรา, ปรับปรุงกิจกรรมของ SOD ในซีรั่ม, และชะลอการเสื่อมทางสรีรวิทยาของปอดในหนูชราทดลองที่มีความเสื่อมทางสัณฐานวิทยาของเซลล์, การทดลองแสดงให้เห็นว่า Cistanche มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่ดี และมีศักยภาพในการเป็นยาป้องกันและรักษาโรคชราทางผิวหนัง ในขณะเดียวกัน echinacoside ใน Cistanche มีความสามารถที่สำคัญในการกำจัดอนุมูลอิสระ DPPH และสามารถกำจัดสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ป้องกันการเสื่อมสลายของคอลลาเจนที่เกิดจากอนุมูลอิสระ และยังมีผลการซ่อมแซมที่ดีต่อความเสียหายของแอนไอออนจากอนุมูลอิสระของไทมีน

คลิกที่ cistanche คลังสินค้า Chemist

【สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

การศึกษาบางชิ้นได้ชี้ให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการขยายพันธุ์ในหลอดทดลองในแง่ของการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ Goyal และคณะ (2013) พบว่าโคลนบลูเบอร์รี่พันธุ์เตี้ยที่ได้จากการขยายพันธุ์แบบไมโครแสดงปริมาณฟลาโวนอยด์และฟีนอลที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับพันธุ์ที่พัฒนาโดยใช้วิธีการขยายพันธุ์แบบเดิม [89] มีรายงานการค้นพบที่คล้ายกันใน Ziziphora senior L. โดย Dakah et al (2557) [90]. ผู้เขียนพบว่าสารสกัดจากพืชที่ขยายพันธุ์ในหลอดทดลองของ Ziziphora senior L. มีความสามารถในการกำจัดอนุมูลสูงกว่าพืชป่า พวกเขายังอธิบายถึงความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจนนี้จากสภาวะความเครียดที่เกิดขึ้นจากการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองหรือการมีอยู่ของสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งอาจมีผลกระตุ้นต่อการผลิตโพลีฟีนอล [90] Huperzia serrata สมุนไพรดั้งเดิมที่สำคัญในวัฒนธรรมจีน เป็นที่รู้จักกันว่าผลิตสารประกอบที่มีคุณค่า Huperzine A (HupA) สารสกัด Huperzia serrata ที่ได้จากพืชขยายพันธุ์ขนาดเล็กแสดงฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ผลผลิตของเห็ดหูหนูยังคงต่ำกว่าในพืชขยายพันธุ์ขนาดเล็กกว่าในป่า ปริมาณไฮเปอร์ซินเพิ่มขึ้นในเวลาต่อมาในสารสกัดพืชขยายพันธุ์ขนาดเล็ก Hypericum hookerianum เมื่อเปรียบเทียบกับสารสกัดที่ได้จากพืชป่า [91] ในการเพาะเลี้ยง Salvia officinalis ในหลอดทดลอง ตรวจพบ abietane diterpene ในหน่อพืชเท่านั้น แต่ไม่พบในเซลล์แขวนลอย แคลลัส หรือรากขน [92] แม้จะเป็นไปตามข้างต้น ในบางกรณี องค์ประกอบฟีนอลและฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระอาจต่ำกว่าในพืชที่ขยายพันธุ์ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพืชป่า เช่น ใน Cichorium pumilum Jacq [93], Caralluma tuberculata [94] และ Alocasia longiloba Miq [95] .

4.3. การสร้างเซลล์และการแขวนลอยของเซลล์

พืชแสดงให้เห็นถึงพัฒนาการของพลาสติกที่น่าสังเกตสำหรับการสร้างความแตกต่างของเซลล์ เนื่องจากเป็นคุณสมบัติหลักของเซลล์พืช เนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่นนี้ พืชสามารถสร้างมวลเซลล์ที่ไม่เป็นระเบียบ ซึ่งเรียกว่าแคลลัส เพื่อตอบสนองต่อข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม โอกาสที่เชื้อโรคจะบุกรุกหรือความเสียหายทางกายภาพ [96] การเพาะเลี้ยงแคลลัสขึ้นอยู่กับการแยกความแตกต่างของเซลล์เป็นส่วนใหญ่ สิ่งนี้สามารถกำหนดได้ว่าเป็นกระบวนการที่เซลล์ที่โตเต็มที่หรือเซลล์พิเศษสูญเสียลักษณะที่แตกต่างออกไปและกลายเป็นเซลล์หนุ่มสาว (ที่แยกความแตกต่าง) [97]

ผ่านการถ่ายโอนไปยังตัวกลางที่เป็นของเหลว กลุ่มก้อนที่เพาะเลี้ยงแคลลัสสามารถแยกออกเป็นชิ้นเล็กๆ รวมเป็นก้อน หรือแม้แต่เซลล์เดียว โดยวิธีนี้ทำให้การเพาะเลี้ยงเซลล์แขวนตะกอนสำเร็จ โดยทั่วไปแคลลัสจะต่างกัน สารแขวนลอยในเซลล์เป็นแหล่งที่มีศักยภาพของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืชมูลค่าสูง [97,98] สารแขวนลอยในเซลล์ครอบคลุมประชากรเซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งผลิตสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชและสารอาหารที่สม่ำเสมอและรวดเร็ว นอกจากนี้ยังรองรับกลยุทธ์ทางเทคโนโลยีชีวภาพหลายอย่างได้อย่างง่ายดาย เช่น การดึงออกมา การป้อนสารตั้งต้น และการแปลงทางชีวภาพหรือการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพ ตลอดจนการผลิตจำนวนมากในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (การขยายขนาด) [7] สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สำคัญหลายชนิดที่ได้จากพืชถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการเรียกเซลล์และการแขวนตะกอนของเซลล์ โดยส่วนใหญ่ได้มาจากการใช้สารแขวนลอยของเซลล์ [98] PDBCs หลักที่ผลิตโดยใช้สารแขวนลอยของเซลล์ ได้แก่ Echinan 4 P, Acetos 10 P, Teoside 10 และ Teupol 50 P [99,100]

การศึกษาจำนวนมากได้รายงานถึงประสิทธิภาพของสารแขวนลอยในเซลล์สำหรับการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น การผลิตจินเซนโนไซด์ได้มาจากสารแขวนลอยของเซลล์ Panax quinquefolium ที่พัฒนาขึ้นในอาหารเลี้ยงเชื้อ MS โดยมี 1 มก./ลิตร ของ 24-Dichlorphenoxyacetic acid และ 0.25 มก./ลิตรของ Kinetin [1 01]. การผลิตชิโกไนน์ได้รับการประเมินจากการแขวนลอยเซลล์ของ Onosma bublotrichum ในอาหาร MS ที่เสริมด้วย IAA 0.2 มก./ลิตร และ Kinetin 2.10 มก./ลิตรสำหรับแคลลัส และในอาหาร SH สำหรับสารแขวนลอยของเซลล์ [102] สารแขวนลอยในเซลล์ Glycyrrhiza uralensis สามารถผลิตฟลาโวนอยด์จำนวนมากในอาหารเลี้ยงเชื้อ Murashige และ Skoog ที่เสริมด้วยส่วนผสมของ 2,4-D, NAA และ BA และกระตุ้นด้วย methyl jasmonate [103] 20- hydroxyecdysone ได้มาจากทั้ง Achtranthes bidentate และ Vitex glabrata เซลล์แขวนลอยที่ปลูกในที่มีทั้ง NAA และ 0.2 มก./ลิตรของ BA สำหรับ Achtranthes bidentate และการมีอยู่ของ 2,4-D และ BA สำหรับ Vitex กลาบราต้า [104].

การศึกษาก่อนหน้านี้หลายชิ้นได้เน้นย้ำถึงศักยภาพที่ดีของแคลลัสและการเพาะเลี้ยงเซลล์ในการรักษาความผิดปกติของผิวหนัง สารสกัดที่ละลายน้ำได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิด Dilochos biflorus มีลักษณะเฉพาะโดย Belmonte และคณะ (2014) สำหรับไอโซฟลาโวนในปริมาณสูง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไดเซอิน เจนิสติน และอนุพันธ์กลูโคซิดิก ผู้เขียนพบว่าสารสกัดที่สร้างขึ้นแสดงฤทธิ์ยับยั้งการเกิดผื่นแดงที่เกิดจากรังสี UV ที่เห็นได้ชัดเจน ซึ่งเน้นผลการป้องกันของสารประกอบที่ได้จากพืชเหล่านี้ต่อรังสี UV โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อผิวไหม้จากแสงแดดและแสงแดด [105] ต่อมา Imparato และคณะ (2016) ใช้แบบจำลองผิวหนังเทียมเพื่อสาธิตความสามารถในการป้องกันรังสียูวีของสารสกัดการเพาะเลี้ยงเซลล์ Dilochos biflorus บนส่วนประกอบ ECM [106] กิจกรรมปกป้องผิวหนังที่โดดเด่นนี้เชื่อมโยงกับความสามารถของสารสกัดในการขจัดอนุมูลอิสระ ยับยั้งการสร้างคอลลาเจนเนสบนผิวหนังชั้นหนังแท้ และรักษาโครงสร้างคอลลาเจนได้นานถึง 72 ชั่วโมงหลังจากได้รับรังสี UVA [106] สารสกัดจากต้นบัตเตอร์ฟลายบุช (Buddleja davidii) ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์แขวนตะกอนทำให้เกิด verbascoside ในปริมาณสูง ซึ่งเป็นสารประกอบฟีนิลโพรพานอยด์ไกลโคไซด์ที่รู้จักกันในคุณสมบัติการป้องกันที่หลากหลาย (สารต้านอนุมูลอิสระ, คีเลเตอร์, ต้านการอักเสบ) การสำรวจคุณสมบัติทางผิวหนังของสารสกัดที่สร้างขึ้นแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการซ่อมแซมผิวที่แข็งแกร่งและการป้องกันการอักเสบของผิวหนังของสารสกัดนี้ ซึ่งเป็นผลมาจากการยับยั้งการทำงานของคอลลาเจนเนสและการปราบปรามปัจจัยที่ทำให้เกิดการอักเสบ [107] สารสกัดจากเซลล์พืชของกาแฟเบงกอล (Coffea bengalensis) ปราศจากคาเฟอีนและมีศักยภาพที่ดีในการใช้ในการดูแลผิว ตัวอย่างเช่น แสดงให้เห็นว่าสารสกัดที่ละลายน้ำได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์ Coffea bengalensis กระตุ้นการสังเคราะห์คอลลาเจน I และ II ในไฟโบรบลาสต์ ส่งเสริมการทำงานของเอนไซม์ไลเปส และกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการให้ความชุ่มชื้นในเซลล์เคราติโนไซต์ [108]

5. แนวทางหลักทางเทคโนโลยีชีวภาพในการเพิ่มการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืช

การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อพืช (PCTC) เป็นเครื่องมือทางเทคโนโลยีชีวภาพที่มีแนวโน้มสำหรับการสร้างสารพฤกษเคมีจำนวนมากเพื่อวัตถุประสงค์ทางเภสัชกรรม อย่างไรก็ตาม มีเพียงบางกรณีที่ประสบความสำเร็จเท่านั้นที่มีจำหน่ายในท้องตลาด เนื่องจากผลผลิตทางพฤกษเคมีที่น้อยที่สุด ซึ่งไม่เพียงพอต่อต้นทุนในการเพาะเลี้ยง [76] ดังนั้น ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การวิจัยจึงมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มการผลิตไฟโตเคมิคอลที่มีมูลค่าสูงโดยไม่เพิ่มต้นทุนการผลิต เพื่อเพิ่มขนาดการใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองในฐานะ "โรงงานเคมี" [109] กลยุทธ์หลายอย่าง ได้แก่ การล้วงข้อมูล วิศวกรรมเมตาบอลิซึม การตรึง การซึมผ่าน และระบบสองเฟส ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อเพิ่มการผลิต PDBCs (รูปที่ 2) [77]

5.1. การชักชวน

การดึงออกเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่ใช้ในปัจจุบันเพื่อปรับปรุงการผลิต PDBCs ทางเทคโนโลยีชีวภาพ การสกัดต้องใช้สารประกอบเฉพาะ ซึ่งรู้จักกันทั่วไปว่าสารกระตุ้น เพื่อป้องกันพืชและกระตุ้นการสังเคราะห์และการผลิตสารเมตาโบไลต์ทุติยภูมิ [110] สามารถแยกความแตกต่างของ elicitor ได้สองประเภท: abiotic และ biotic elicitors ตัวกระตุ้นแบบอะไบโอติกจะรวบรวมสารที่ไม่ใช่ชีวภาพทั้งหมด เช่น สารประกอบอนินทรีย์ ตัวอย่างเช่น ไอออนของโลหะหรือเกลือ (แคลเซียมคลอไรด์ ซิลเวอร์ไนเตรต แมกนีเซียมซัลเฟต เมอร์คิวรีคลอไรด์ โคบอลต์คลอไรด์ สังกะสีไอออน ฯลฯ) ซึ่งเป็นที่รู้จักว่ากระตุ้นการผลิต สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพผ่านการปรับเมแทบอลิซึมทุติยภูมิของพืช [43] ซึ่งแตกต่างจาก elicitor ชีวภาพ, biotic elicitor มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ พวกมันถูกใช้เป็นสารสกัดหยาบหรือทำให้เชื้อโรคบริสุทธิ์บางส่วนหรือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากพืช พวกมันสามารถเป็นได้ทั้งองค์ประกอบที่ซับซ้อน เช่น สารสกัดจากเชื้อราและยีสต์ หรือองค์ประกอบเฉพาะ เช่น ไกลโคโปรตีน ไคโตซานบริสุทธิ์ อัลจิเนต แซนแทน โพลีแซคคาไรด์ เป็นต้น [111] พารามิเตอร์หลายตัว ได้แก่ ประเภทของตัวกระตุ้น ความเข้มข้น เวลาในการสัมผัส ประเภทของวัฒนธรรม องค์ประกอบของสื่อ เซลล์ไลน์ ระยะ และอายุของวัฒนธรรม เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการกระตุ้นในการผลิต PDBC [112] .

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มการผลิต PDBC ในหลอดทดลอง รายงานหลายฉบับได้เน้นย้ำถึงประสิทธิภาพของวิธีนี้ การกระตุ้นเซลล์แขวนตะกอน Pueraria cannoli โดยใช้กรด salicylic ช่วยเพิ่มการผลิตและการสะสมไอโซฟลาโวนอยด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ควาคูริน ไดเซอิน puerarin และ genistin ซึ่งเป็นโมเลกุลที่แสดงคุณสมบัติในการต่อต้านริ้วรอยที่ยอดเยี่ยม [57] ใน Solanum xanthocarpum การเพาะเลี้ยงแคลลัสโดยใช้แสงสีฟ้าส่งผลให้มีการผลิตเมทิลคาเฟอีน เอสคูเลติน กรดคาเฟอิก และสโคโปเลตินสูงสุด โมเลกุลเหล่านี้เป็นที่รู้จักในด้านสารต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ เบาหวาน และต่อต้านริ้วรอย [113] การประยุกต์ใช้ความเครียดจากเกลือที่เกิดจาก NaCl กับแคลลัสที่ปลูก (Cynara cardunculus L. var altilis) เพิ่มปริมาณฟีนอลและสารต้านอนุมูลอิสระทั้งหมด ซึ่งส่งผลให้มีการผลิตโปรคอลลาเจนและอะควาโพรินเพิ่มขึ้นในเซลล์ผิวหนัง ดังนั้นจึงกระตุ้นการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สารประกอบที่สามารถใช้สำหรับสูตรเครื่องสำอาง [114] การดึงเมทิลแจสโมเนตที่ใช้กับรากขนดกของ Isatis indigotica แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่โดดเด่นในการผลิตลิกแนน นอกจากนี้ยังอนุญาตให้มีการค้นพบ TFs ของ AP2/ERFs ที่เกี่ยวข้องในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพประเภทนี้ เช่นเดียวกับยีนสังเคราะห์ทางชีวภาพที่มีการควบคุม ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของการกระตุ้นในการระบุกลไกการกำกับดูแลที่สำคัญที่สามารถใช้สำหรับ วิศวกรรมการเผาผลาญอาหารในหลอดทดลอง [115] ตัวอย่างอื่นๆ ของประสิทธิภาพการกระตุ้นการผลิต PDBC แสดงไว้ในตารางที่ 3

5.2. สารตั้งต้นและสารอาหาร

การให้อาหารสารตั้งต้นเป็นกลยุทธ์ทางเทคโนโลยีชีวภาพที่ขึ้นอยู่กับความสามารถของพืชและการเพาะเลี้ยงเซลล์พืชในการเปลี่ยนสารตั้งต้น (เสริมด้วยการเพาะเลี้ยงสื่อ) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการโดยใช้เอนไซม์ที่มีอยู่ก่อน [135,136] เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อกระตุ้นการผลิตสารประกอบเฉพาะ ตัวอย่างเช่น รายงานจำนวนมากได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการป้อนสารตั้งต้นในการกระตุ้นการสังเคราะห์ PDBC วัฒนธรรมรากขนของอัลบั้ม Linum ที่เลี้ยงด้วยสารตั้งต้นของลิกแนนที่รู้จักกันคือ ต้นสนอัลดีไฮด์ ส่งผลให้การผลิต pinoresinol, laciresinol และ podophyllotoxin เพิ่มขึ้นอย่างมาก [137] ในแคลลัสที่ได้จากใบบัวบกและสารแขวนลอยในเซลล์ การสะสมของ asiaticoside ทำได้โดยการเติมกรดอะมิโนลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ หรือที่แม่นยำกว่านั้นคือ leucine [138] คาร์ปปิเนนและคณะ (2007) รายงานการค้นพบที่คล้ายคลึงกันสำหรับการผลิตไฮเปอร์ฟอรินจากหน่อไม้ฝรั่ง Hypericum perforatum ตัวอย่างเช่น ผู้เขียนพบว่าการให้ไอโซลิวซีนและวาลีนในการเพาะเลี้ยงนั้นมีส่วนรับผิดชอบในการผลิตไฮเปอร์ฟอริน การติดตามการแทรกตัวของไอโซลิวซีนและวาลีนโดยใช้รูปแบบที่มีฉลากของกรดอะมิโนเหล่านี้ ผู้เขียนค้นพบว่ากรดอะมิโนทั้งสองนี้ถูกรวมเข้าไว้ในห่วงโซ่ด้านเอซิลของทั้งไฮเปอร์ฟอรินและไฮเปอร์ฟอริน [138]

ตามหลักการเดียวกันกับการป้อนสารตั้งต้น การป้อนสารอาหารมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มผลผลิตของ PDBCs โดยการปรับปัจจัยทางกายภาพและเคมีของอาหารเลี้ยงเชื้อ กลยุทธ์นี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสำหรับการปรับปรุงชีวมวลและการผลิตโสมโนไซด์จากรากโสมที่แปลกประหลาด ตามที่รายงานใน [139] การผลิตสารชีวมวลและปริมาณ ginsenoside เพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมอาหารเลี้ยงเชื้อที่เตรียมขึ้นใหม่ นอกจากนี้ยังมีรายงานการค้นพบที่คล้ายกันสำหรับการผลิตผลพลอยได้จากคาเฟอีนจากราก Echinacea purpurea ที่แปลกประหลาด [140] และการผลิตแท็กซอลจากสารแขวนลอยเซลล์ Taxus chinensis [141]

5.3. วิศวกรรมเมตาบอลิซึม

วิศวกรรมเมตาบอลิซึมหมายถึงการผลิตสารหรือโมเลกุลเฉพาะ เช่น ยา สารเคมี เชื้อเพลิง และยา โดยขัดขวางวิถีเมแทบอลิซึมในเซลล์ [142] ให้มุมมองใหม่ในการทำความเข้าใจเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ PDBC ผ่านการศึกษาการแสดงออกที่มากเกินไป นอกจากนี้ยังสามารถบ่งบอกถึงการกดขี่ของเส้นทางอื่น (เส้นทางการแข่งขัน) เพื่อเพิ่มการไหลของเมตาบอลิซึมของผู้ไกล่เกลี่ยเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้แน่ใจว่ามีการผลิตที่สูงขึ้น [143] วัตถุประสงค์หลักของกลยุทธ์นี้คือการกระตุ้นการทำงานของเซลล์ผ่านการจัดการการทำงานของเซลล์โดยใช้เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอ จนถึงขณะนี้ มีหลายกลยุทธ์ เช่น การนำยีนที่แยกได้จากสปีชีส์เดียวกันหรือสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน โปรโมเตอร์ที่ส่งเสริมการแสดงออกของยีนเป้าหมาย (การแสดงออกที่เป็นส่วนประกอบของยีนเป้าหมายโดยใช้โปรโมเตอร์ 35S เป็นต้น) หรือการแสดงออกที่ก่อกวนของยีนหรือยีนเป้าหมาย (แอนติเซนส์ , การรบกวน RNA หรือเทคโนโลยี CRISPR/Cas9) ถูกนำมาใช้เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้ [144] ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของการจัดการทางพันธุกรรมคือการใช้การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของ Agrobacterium tumefacient ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแนะนำของยีนที่ต้องการ

การหยุดชะงักทางพันธุกรรมของตัวกลางของเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพสามารถดำเนินการได้โดยใช้วิธีการเปลี่ยนแปลงทางเลือกอื่นๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของโปรโตพลาสต์ ชีวลิสติก (การทิ้งระเบิดไมโครโพรเจกไทล์) การเปลี่ยนแปลงที่อาศัยไลโปโซม หรือทางเดินละอองเรณู [143] วิศวกรรมเมแทบอลิซึมมีข้อได้เปรียบมากมายสำหรับการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีปริมาณมากขึ้นโดยยีนที่แสดงออกมากเกินไป (รับผิดชอบในการผลิตเอนไซม์ควบคุม) ที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพของพวกมัน [145] อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการกำกับดูแลในเซลล์พืชและการมีอยู่ของเอนไซม์ที่สำคัญและจำกัดอัตราซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการควบคุมป้อนกลับของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีอยู่มากมาย การผลิต PDBCs ผ่านวิศวกรรมเมแทบอลิซึมจึงมีจำกัด ดังนั้น จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมเพื่อระบุขั้นตอนการจำกัดอัตราและกฎระเบียบ [146,147]

5.4. การตรึง

การทำให้เคลื่อนที่ไม่ได้เป็นหนึ่งในกลยุทธ์สำคัญที่สามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มการผลิต PDBC ในระบบ PCTC มันขึ้นอยู่กับการใช้เมทริกซ์เจลที่ช่วยให้เซลล์ดักจับ ในเวลาเดียวกัน เซลล์จะสัมผัสกับไอออนที่มีความเข้มข้นสูงเพื่อทำให้ผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ต่อเมแทบอลิซึมของเซลล์เป็นกลาง กลยุทธ์นี้ดึงดูดนักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยทั่วโลกเนื่องจากช่วยเพิ่มความมีชีวิตของเซลล์และความเสถียรของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ นอกเหนือไปจากการเพิ่มการผลิตโมเลกุลที่ต้องการ [148] สำหรับการดักจับเซลล์หรือการทำให้เคลื่อนที่ไม่ได้ สารเคมีหลายชนิด เช่น agarose, alginate, agar และ polyacrylamide ร่วมกับ alginate สามารถใช้เป็นเจลเมทริกซ์ได้ โพลีเมอร์อัลจิเนตเป็นสารทั่วไปที่ใช้สำหรับการตรึงเซลล์ เนื่องจากแสดงผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในแง่ของผลผลิต PDBC ตัวอย่างเช่น การกักขังรวมเซลล์ของ Eurycoma longifolia ด้วย 2.5 เปอร์เซ็นต์ของโพลีเมอร์อัลจิเนตเป็นเวลาสามสัปดาห์ส่งผลให้การผลิต 4H-อิมิดาซอล-4-หนึ่งกระป๋องบาง-6-หนึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมาก และการผลิตของ 4H-อิมิดาซอลเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกัน ไปยังเซลล์ที่ไม่เคลื่อนที่ [149] สำหรับการผลิตไคโตซาเนสจาก Gongronella sp. เซลล์ การผลิตสูงสุดทำได้โดยใช้การตรึงเซลล์ด้วยเจลแคลเซียมอัลจิเนต (E404) ร่วมกับโฟมโพลียูรีเทนที่ pH 5.5 [150] ใน Juniperus chinensis, Premjet et al. (2007) พบว่าการผลิต podophyllotoxin เพิ่มขึ้นร้อยละ 96–98 ในเซลล์ที่ถูกขังโดยใช้พอลิเมอร์อัลจิเนต [151] เซลล์ที่ถูกตรึงด้วยพลัมเบโก โรสเซียโดยใช้ E404 ส่งผลให้การผลิตสารพลัมบากินเพิ่มขึ้นสามเท่า ซึ่งเป็นสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สำคัญที่มีรายงานในพืชชนิดนี้ เมื่อเทียบกับเซลล์ที่ไม่ได้ติดกับดัก [152,153] ผลประโยชน์ของการตรึงเซลล์สามารถอธิบายได้ด้วยความจริงที่ว่าเมทริกซ์ของเจล (โพลิเมอร์) สร้างการไล่ระดับสีการแพร่กระจายที่เหมาะสมเหนือเซลล์ที่ถูกตรึง ซึ่งช่วยปรับปรุงการสื่อสารทางชีวเคมี เมทริกซ์โพลิเมอร์กระตุ้นการสร้างมวลรวมของเซลล์โดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาเซลล์ในอาหารเลี้ยงเชื้อ ส่งผลให้ผลผลิต PDBCs สูงขึ้น [148] แม้ว่าการตรึงเซลล์จะเพิ่มการผลิต PDBC แต่สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพมักถูกดักจับและมักถูกเก็บไว้ภายในแวคิวโอลของเซลล์ ดังนั้น การตรึงเซลล์และกระบวนการผลิตจึงขึ้นอยู่กับความสามารถของเซลล์ในการหลั่งสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการลงในตัวกลางที่อยู่ติดกัน ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติโดยใช้กลไกการหลั่งตามธรรมชาติ (การส่งผ่านแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟ) หรือกลไกการหลั่งแบบเทียม (กลยุทธ์การซึมผ่านของของเหลว) [135]

5.5. การซึมผ่าน

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น PDBC มักติดอยู่ในอวัยวะพิเศษหรือโครงสร้างเซลล์ โดยปกติจะอยู่ในแวคิวโอลของเซลล์ ดังนั้น การปล่อย PDBC ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อควบคู่กับขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ที่เหมาะสมสามารถช่วยให้สารประกอบที่ต้องการกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ กลยุทธ์การซึมผ่านอาศัยการใช้วิธีการทางเคมีหรือทางกายภาพเพื่อเพิ่มการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ของพืช การซึมผ่านของสารเคมีเป็นสื่อกลางสามารถทำได้ง่ายโดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ [DMSO] และไอโซโพรพานอล และโพลีแซคคาไรด์ เช่น ไคโตซาน [135] Taxol, hexadecane, dibutyl phthalate หรือ decanol ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มการซึมผ่านของเซลล์เพาะเลี้ยง Taxus chinensis [141] วิธีการซึมผ่านอื่น ๆ เช่น สนามไฟฟ้าและ sonication สามารถนำไปใช้ในการกู้คืน PDBC จากแวคิวโอลของเซลล์ [135] โปรดทราบว่าการสะสมของ PDBCs สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการควบคุมป้อนกลับ (ยับยั้ง) ของการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ หรือโดยการย่อยสลายของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในตัวกลาง อุปสรรคนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้การกำจัดผลิตภัณฑ์ในแหล่งกำเนิด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกของเหลว-ของเหลวหรือของเหลว-ของแข็งโดยตรง [154] ซึ่งอย่างหลังให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าระบบการเพาะเลี้ยงของเหลว-ของเหลว สำหรับระบบของแข็ง-ของเหลว โดยทั่วไปจะใช้เรซิน XAD4, XAD7 และถ่านกัมมันต์ ตัวอย่างเช่น ก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นว่าการใช้ XAD7 ปรับปรุงการผลิต ajmalicine และ Serpentine ใน C. roseus, plumbagin ใน Pityriasis rosea, alkaloid ใน Eschscholzia californica และ taxuyunnanine C ใน Taxus chinensis [155–158] XAD4 ถูกนำไปใช้กับการผลิตแอนทราควิโนนจาก Morinda elliptica ได้สำเร็จ [159]

6. การผลิตสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับสูตรเครื่องสำอางโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพ

เทคนิค PCTC ร่วมกับวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพต่างๆ ที่มีเป้าหมายเพื่อผลิต PDBCs ในปริมาณสูงได้นำไปสู่การพัฒนาผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางหลายชนิดที่มีฤทธิ์ต่อต้านริ้วรอยและปกป้องผิวชั้นหนังแท้ บางส่วนได้รับการจดสิทธิบัตรและผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางหลายรายการได้รับการพัฒนาโดยบริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างบางส่วนของสิทธิบัตรที่ได้รับการจดทะเบียนในทศวรรษที่ผ่านมา พวกเขาได้รับการสุ่มเลือกเพื่อแสดงการใช้เทคโนโลยีชีวภาพอย่างเป็นรูปธรรม โดยส่วนใหญ่เป็นเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช ไปจนถึงการกำหนดสูตรของผลิตภัณฑ์กาเลนิกและเครื่องสำอาง:

• สิทธิบัตรที่จดทะเบียนในสหรัฐอเมริกาโดย Blum และคณะ ในปี พ.ศ. 2555 เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเซลล์พืชที่แยกความแตกต่างจากผลไม้ Malus domestica cv Uttwiler Spaetlauber และการใช้เซลล์เหล่านี้ในสูตรการเตรียมเครื่องสำอางเพื่อให้แน่ใจว่ามีการป้องกันเซลล์ต้นกำเนิดจากปัจจัยความเครียดทั้งภายในและภายนอก การส่งเสริมการเพิ่มจำนวนเซลล์ต้นกำเนิด และการป้องกัน ของเซลล์อะพอพโทซิส (สิทธิบัตร US 8,580,320 B2) จากสารแขวนลอยของเซลล์เหล่านี้ ได้มีการพัฒนาการเตรียมเครื่องสำอางต่างๆ ขึ้น ได้แก่ ครีมแวนิชชิ่ง บาล์มน้ำ มาสก์ผมสูตรเข้มข้น และครีมบำรุงรอบดวงตา ประสิทธิภาพของการเตรียมเครื่องสำอางที่พัฒนาขึ้นได้รับการทดสอบกับเซลล์ต้นกำเนิดจากสายสะดือ รูขุมขน และไฟโบรบลาสต์

• เซลล์พืช Syringa vulgaris ประสบความสำเร็จในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชในหลอดทดลองภายใต้สภาวะปลอดเชื้อในภาชนะสำหรับการเจริญเติบโตที่เสริมด้วยสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชโดยทีมงานชาวอิตาลี (Dal Monte et al., 2006; หมายเลขสิทธิบัตร: US 7,718,199 B2) ทำการสกัดด้วยน้ำบนสารแขวนลอยของเซลล์ที่ได้มาจากแคลลัส การทำโปรไฟล์ HPLC เผยให้เห็นการมีอยู่ของ verbascoside และ verbascoside จำนวนมาก สารสกัดที่ได้จากเซลล์แขวนลอยแสดงสารต้านอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่งและมีฤทธิ์ในการขับสารอนุมูลอิสระ นอกจากนี้ สารสกัดที่พัฒนาขึ้นยังแสดงคุณสมบัติต่อต้านการหลุดร่วงของเส้นผมที่ดีเยี่ยม เนื่องจากความสามารถในการยับยั้ง 5-alpha reductase และ lipoxygenase สารสกัดที่สร้างขึ้นยังแสดงฤทธิ์ต้านไทโรซิเนสที่แข็งแกร่งและคุณสมบัติในการทำให้ผิวขาวที่โดดเด่น

• เซลล์ที่ไม่แตกต่างของพืชไอริส (Iris pallida, Iris germanica และ Iris florentina) ถูกสร้างขึ้นโดย Breton และ Gueniche ในปี 2544 การเตรียมกาเลนิกได้รับการพัฒนาจากเซลล์ที่สร้างขึ้น ตามคำกล่าวอ้างของผู้ประดิษฐ์ การเตรียมการที่พัฒนาขึ้นรวมถึงครีมกันแดดที่มีส่วนผสมที่ออกฤทธิ์ซึ่งรับประกันการปกป้องของโปรตีนเมทริกซ์นอกเซลล์ เช่น จากรังสี UV ผ่านการยับยั้งเอนไซม์ของโปรตีน MMP (Breton และ Gueniche ในปี 2544 หมายเลขสิทธิบัตร: EP 1 174 120 B1).

• เซลล์ที่แยกความแตกต่างของ Leontopodium alpinum ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์ในหลอดทดลองถูกนำมาใช้สำหรับสูตรการเตรียมเครื่องสำอางโดยนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส (Gracioso et al.) การค้นพบนี้ได้รับการตีพิมพ์เป็นสิทธิบัตรโดยนักประดิษฐ์ในปี 2559 (การมอบสิทธิบัตรในปี 2558 หมายเลขสิทธิบัตร: WO 2016/113659 A1) ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้นได้รับการเสนอเป็นการรักษาเครื่องสำอางสำหรับการฟื้นฟูสภาวะสมดุลของเซลล์ผิวที่แก่ก่อนวัยและเพิ่มการเผาผลาญของเซลล์และกิจกรรมที่กระฉับกระเฉง

• เซลล์ที่ไม่แตกต่างของ Marrubium vulgare ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการพัฒนาเครื่องสำอางโดย Ringenbach et al. ให้กับบริษัทเครื่องสำอางชื่อดัง สิทธิบัตรได้รับการจดทะเบียนในปี 2559 สำหรับสิทธิบัตรนี้ ส่วนประกอบของเครื่องสำอางถูกเตรียมจากเซลล์พืชที่ได้จากกระบวนการเพาะเลี้ยงเซลล์ในหลอดทดลอง ผู้ประดิษฐ์เสนอการเตรียมเครื่องสำอางนี้สำหรับการรักษาเฉพาะจุดเพื่อปรับปรุงสภาพทั่วไป ลักษณะที่ปรากฏ และส่วนต่อขยายของผิวให้แม่นยำยิ่งขึ้น สำหรับการกระชับรูขุมขนและความไม่สมบูรณ์ของผิว จากสารออกฤทธิ์ที่ค้นพบ จึงมีการพัฒนาสูตรกาเลนิกที่แตกต่างกัน ซึ่งรวมถึงครีม เซรั่ม ทิชชู่มาสก์ และคลีนซิ่งโลชั่น (หมายเลขสิทธิบัตร: WO 2017/163174 A1)

• สูตรเครื่องสำอางได้รับการพัฒนาโดยทีมงานชาวอิตาลี (Tito et al.) ในปี 2559 การประดิษฐ์ที่ครอบคลุมโดยสิทธิบัตรนี้มุ่งเน้นไปที่การใช้ตัวอ่อนของร่างกายของพืชสามชนิด ได้แก่ Lotus japonicus, Citrus limon และ Rosa gardenia สารสกัดที่สร้างขึ้นได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการต่อต้านความไม่สมบูรณ์ของริ้วรอยแห่งวัย และมีคุณสมบัติในการฟื้นฟูเนื้อเยื่อของผิวหนัง (หมายเลขสิทธิบัตร: WO 2016/ 173867 A1)

• ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่มีความสามารถในการปกป้องผิวจากการแห้งและ/หรือป้องกันความเสียหายจากรังสี UV ได้รับการพัฒนาจากการสกัดสเต็มเซลล์ที่แยกความแตกต่างของ Camellia sinensis var assamica โดย Berry et al. ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้นได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 2560 ประสิทธิภาพของสิ่งประดิษฐ์ได้รับการทดสอบในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ผิวหนังผู้ใหญ่ของมนุษย์ สารสกัดจากชาที่สร้างขึ้นแสดงคุณสมบัติต้านการอักเสบ ป้องกันไม่ให้เซลล์ผิวหนังแห้ง และปกป้องเซลล์ผิวจากรังสี UV (หมายเลขสิทธิบัตร: WO 2017/178238 A1)

7. ข้อสรุป

ความชราของผิวเป็นหนึ่งในปัญหาทางผิวหนังที่พบบ่อยที่สุดที่ส่งผลต่อผิวหนังมนุษย์และรูปลักษณ์ภายนอก ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการซ่อมแซมบาดแผล การเกิดริ้วรอย และการสูญเสียสีผิวและความยืดหยุ่น ผลิตภัณฑ์ที่ใช้สารเคมีหลายชนิดได้รับการพัฒนาในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อป้องกันกระบวนการต่อต้านริ้วรอยของผิวและลดผลกระทบ อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้ผลิตภัณฑ์เคมี ปัญหาหลายอย่างได้เกิดขึ้น ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความไวของเซลล์ การแพ้ และผลข้างเคียงของผลิตภัณฑ์เคมีและสารบางชนิด อีกทางเลือกหนึ่งคือผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติและที่ได้จากพืชได้รับการเสนอตามคุณสมบัติที่โดดเด่น อย่างไรก็ตาม การพัฒนาสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืชนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุจากพืชเป็นอย่างมาก ซึ่งอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยทั้งภายในและภายนอก เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสามารถให้วัสดุพืชที่เป็นเนื้อเดียวกันในปริมาณมากโดยไม่ขึ้นกับปัจจัยเหล่านั้น เพื่อให้แน่ใจว่ามีการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เพียงพอ นอกจากนี้ PDBCs สามารถผลิตได้โดยใช้กลยุทธ์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น การล้วงเอาออก, วิศวกรรมการเผาผลาญ, การป้อนสารอาหารและสารตั้งต้น, การตรึงและการซึมผ่าน งานนี้นำเสนอการทบทวนเทคนิคทางเทคโนโลยีชีวภาพที่ใช้ในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างครอบคลุม โดยเน้นที่สารต้านอนุมูลอิสระที่แสดงคุณสมบัติต่อต้านริ้วรอย ตัวอย่างบางส่วนของเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางยังกล่าวถึงเพื่อเน้นย้ำถึงความสำคัญของเครื่องมือเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการผลิต PDBCs ที่ยั่งยืน

【สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】