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Live encapsulated Lactobacillus acidophilus cells in yogurt for therapeutic oral delivery: preparation and in vitro analysis of alginate–chitosan microcapsules

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Targeted delivery of live microencapsulated bacterial cells has strong potential for application in treating various diseases, including diarrhea, kidney failure, liver failure, and high cholesterol, among others. This study investigates the potential of microcapsules composed of two natural polymers, alginate and chitosan (AC), and the use of these artificial cells in yogurt for delivery of probiotic Lactobacillus acidophilus bacterial live cells. Results show that the integrity of AC microcapsules was preserved after 76h of mechanical shaking in MRS broth and after 12h and 24h in simulated gastric and intestinal fluids. Using an in vitro computer-controlled simulated human gastrointestinal (GI) model, we found 8.37 log CFU/mL of viable bacterial cells were present after 120min of gastric exposure and 7.96 log CFU/mL after 360min of intestinal exposure. In addition, AC microcapsules composed of chitosan 10 and 100 at various concentrations were subjected to 4-week storage in 2% milk fat yogurt or 0.85% physiological solution. It was found that 9.37 log CFU/mL of cells encapsulated with chitosan 10 and 8.24 log CFU/mL of cells encapsulated with chitosan 100 were alive after 4weeks. The AC capsule composed of 0.5% chitosan 10 provided the highest bacterial survival of 9.11 log CFU/mL after 4weeks. Finally, an investigation of bacterial viability over 72h in different pH buffers yielded highest survival of 6.34 log CFU/mL and 10.34 log CFU/mL at pH8 for free and AC-encapsulated cells, respectively. We conclude from these findings that encapsulation allows delivery of a higher number of bacteria to desired targets in the GI tract and that microcapsules containing bacterial cells are good candidates for oral artificial cells for bacterial cell therapy.

L’administration ciblée de cellules bactériennes vivantes par le biais de la microencapsulation pour traiter divers états et maladies, tels que la diarrhée, l’insuffisance rénale, l’insuffisance hépatique et le taux élevé de cholestérol, est très prometteuse. La présente étude examine le potentiel des microcapsules composées de polymères naturels, microcapsule d’alginate et de chitosane (AC), et de leur incorporation dans le yogourt pour administrer les bactéries vivantes probiotiques Lactobacillus acidophilus. Les résultats montrent que l’intégrité de la microcapsule d’AC a été préservée après 76heures d’agitation mécanique dans du bouillon MRS, et après 12 et 24 heures dans des liquides gastriques et intestinaux simulés. Dans un modèle gastro-intestinal (GI) humain simulé, commandé par ordinateur in vitro, nous avons noté la présence de 8,37 log ufc/mL cellules viables après une exposition gastrique de 120 min, et de 7,96 log ufc/mL après une exposition intestinale de 360 minutes. Nous avons aussi entreposé des microcapsules d’AC composées de diverses concentrations de chitosane 10 et 100, pendant 4 semaines, dans du yogourt à 2% M.G. et dans une solution physiologique 0,85%. La capsule d’AC la plus appropriée pour cet usage était composée de 0,5% de chitosane 10 et a démontré un taux de survie bactérienne de 9,11 log ufc/mL après 4 semaines. Finalement, un examen de la viabilité bactérienne sur une période de 72 heures dans différents tampons pH a indiqué un taux de survie maximal de 6,34 log ufc/mL et de 10,34 log ufc/mL à un pH 8 pour les cellules libres et les cellules encapsulées dans la capsule d’AC, respectivement. Nous concluons d’après ces résultats que l’encapsulation permet une meilleure distribution bactérienne aux cibles désirées du tractus GI et que les microcapsules contenant des cellules bactériennes sont de bonnes candidates pour l’administration par voie orale de cellules bactériennes par le biais de cellules artitifielles.
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Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2007

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