环糊精包合提升大蒜素生物利用度的模拟与实验研究

本研究针对大蒜素(Allicin)生物利用度低的问题，通过分子模拟与实验相结合的方法，系统研究了β-环糊精(β-CD)、羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)和2,6-二甲基-β-环糊精(DM-β-CD)三种环糊精对大蒜素的包合性能。研究发现DM-β-CD包合物具有最佳相容性(溶解度提升17.59倍)和稳定性(结合能1555.9 M?1)，为开发高效大蒜素制剂提供了理论依据。

　　

大蒜素作为大蒜中的活性成分，虽具有抗菌、抗氧化等多种药理活性，但其水溶性差、化学稳定性低的特性严重制约了临床应用。如何通过制剂技术提升其生物利用度，成为药学领域亟待解决的关键问题。环糊精(cyclodextrin)因其独特的"内疏水、外亲水"的空腔结构，被广泛用于改善难溶性药物的性能，但不同衍生化环糊精对大蒜素的包合机制尚不明确。

中原工学院材料、电子与能源存储学院的研究团队在《Green Materials》发表的研究中，创新性地采用"计算模拟指导实验验证"的研究策略。通过分子动力学(Molecular Dynamics)模拟计算溶解度参数、结合能等关键指标，预测DM-β-CD可能具有最优包合性能；随后通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等实验手段验证了三种环糊精均能形成1:1包合物，其中DM-β-CD确实表现出最高的包合稳定性常数(K_s=1555.9 M^?1)，使大蒜素溶解度提升达17.59倍。

关键技术方法包括：分子动力学模拟计算溶解度参数和氢键数量；蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟计算混合能；实验方面采用相溶解度法测定包合比，结合FTIR、XRD、差示扫描量热法(DSC)表征包合物结构特征。

研究结果具体表现为：

1. 分子模拟显示DM-β-CD与大蒜素的溶解度参数差值最小(δ=1.43 MPa^1/2)，预示最佳相容性

2. 结合能计算表明DM-β-CD体系(-92.34 kJ/mol)显著优于HP-β-CD(-78.25 kJ/mol)和β-CD(-65.17 kJ/mol)

3. 氢键分析发现DM-β-CD与大蒜素形成稳定"头对头"包合构型，平均氢键数达2.1个

4. 实验验证三种环糊精均按1:1化学计量比包合，溶解增强效果排序：DM-β-CD(17.59倍) > HP-β-CD(12倍) > β-CD(5.6倍)

5. 热力学参数证实DM-β-CD包合物具有更高的热稳定性，分解温度提升约20°C

该研究通过多尺度模拟与实验的交叉验证，不仅阐明DM-β-CD作为最优载体的分子机制，更建立了"计算预测-实验验证"的环糊精筛选范式。特别值得注意的是，DM-β-CD对大蒜素溶解度的显著提升(17.59倍)远超文献报道的其他包合体系，这为开发新型大蒜素制剂提供了明确的技术路径。从转化医学角度看，该发现可能解决大蒜素临床应用的核心瓶颈，对推动天然活性成分的剂型改良具有示范意义。