Summary

Síntese Verde, Caracterização, Encapsulamento e Medição do Potencial de Liberação de Novas Partículas Micro/Submicrônicas de Lignina Alcalina

Published: March 01, 2024
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Summary

Descrevemos novas metodologias simples de síntese e caracterização de partículas micro e submicrônicas de lignina biocompatíveis. Essas formulações fornecem uma abordagem fácil para a utilização do heteropolímero, bem como uma alternativa para o projeto racional de matrizes carreadoras multifuncionais com potencial aplicabilidade em biomedicina, tecnologia farmacêutica e indústria alimentícia.

Abstract

A aplicabilidade da micro/nanotecnologia de biopolímeros em medicina humana, veterinária, farmacêutica e alimentícia está crescendo rapidamente devido ao grande potencial das partículas baseadas em biopolímeros como sistemas de transporte eficazes. O uso da lignina como biomatriz heteropolimérica básica para o projeto de formulações micro/submicrométricas inovadoras permite a obtenção de maior biocompatibilidade e oferece vários grupos funcionais ativos apresentando oportunidades para personalização das propriedades físico-químicas e bioatividades das formulações para diversas aplicações. O objetivo do presente estudo foi desenvolver uma metodologia simples e ecologicamente correta para a síntese de partículas de lignina com tamanho micro e submicrométrico; avaliar suas características físico-químicas, espectrais e estruturais; e examinar sua capacidade de encapsulamento de moléculas biologicamente ativas e potencial de liberação in vitro de bioflavonóides em meios gastrointestinais simulados. As metodologias apresentadas aplicam solventes baratos e verdes; processos fáceis, diretos, rápidos e sensíveis que requerem pouco equipamento, substâncias não tóxicas e métodos simples para sua caracterização, a determinação da capacidade de encapsulação dos compostos bioativos pouco solúveis em água morin e quercetina, e o potencial de liberação in vitro das matrizes de lignina.

Introduction

Atualmente, a inclinação para biopolímeros como celulose, quitosana, colágeno, dextrana, gelatina e lignina como precursores para o projeto de transportadores micro/submicrométricos com tamanho, propriedades físico-químicas e biofuncionalidades personalizáveis aumentou nas indústrias biomédica, farmacêutica e de tecnologia de alimentos devido à sua aplicabilidade em engenharia de tecidos, bioimpressão 3D, in vitro plataformas de modelagem de doenças, indústria de embalagens, preparação de emulsões e entrega de nutrientes, entre outros 1,2,3.

Novos estudos destacam os aspectos dos hidrogéis à base de lignina, bem como das micro e nanoformulações4 como veículos vantajosos usados para materiais de embalagem de alimentos5, armazenamento de energia6, cosméticos7, estabilizadores térmicos/leves, materiais reforçados e matrizes transportadoras de medicamentos8 para a entrega de moléculas hidrofóbicas, melhoria das barreiras UV9, como agentes de reforço em nanocompósitos, e como alternativa às nanopartículas inorgânicas devido a alguns problemas de segurança recentes 10,11,12. A razão por trás dessa tendência é a biocompatibilidade, biodegradabilidade e não toxicidade do heterobiopolímero natural, bem como suas bioatividades comprovadas de potencial antioxidante de lignina e atividades antiproliferativas e antimicrobianas 13,14,15,16,17.

A literatura científica relata vários métodos de síntese (automontagem, precipitação anti-solvente, precipitação ácida e deslocamento de solvente)18 e caracterização de formulações à base de lignina em escala micro/nano, incluindo a aplicação de solventes caros ou prejudiciais, como tetrahidrofurano (THF), dimetilsulfóxido (DMSO), N,N-dimetilformamida (DMF) e acetona, e processos complicados, indiretos e tediosos que usam muitos equipamentos e substâncias tóxicas 12,19,20.

Para superar as últimas desvantagens, os seguintes protocolos apresentam novas metodologias para a síntese de partículas micro/submicrônicas à base de lignina usando solventes baratos e verdes; Processos fáceis, diretos, rápidos e sensíveis, exigindo poucos equipamentos, substâncias não tóxicas e métodos simples para sua caracterização e determinação da capacidade de encapsulação de compostos bioativos pouco solúveis em água e potencial de liberação in vitro das matrizes de lignina. Os métodos de produção em escala laboratorial apresentados são vantajosos para a fabricação de carreadores de lignina funcionais com tamanhos ajustáveis, alta capacidade de encapsulação e comportamento de liberação in vitro sustentável, utilizando procedimentos simples de caracterização e produtos químicos ecologicamente corretos que podem encontrar aplicação em várias áreas das ciências biomédicas e tecnologia de alimentos. Dois flavonóides foram aplicados como moléculas-alvo encapsuladas nas partículas de lignina: morina-nas micropartículas e quercetina-nas partículas submicrônicas. A diferença nas estruturas de ambos os flavonóides é apenas a posição do segundo grupo -OH no anel B-aromático: o grupo -OH está na posição 2′ na morina e na posição 3′ na quercetina, portanto, ambos os compostos orgânicos são isômeros posicionais. Este último fato pressupõe comportamento semelhante de ambos os compostos naturais bioativos nos processos de encapsulamento e/ou liberação.

Protocol

1. Síntese de micropartículas de lignina Preparar uma solução aquosa de lignina alcalina a 50 mg/ml dissolvendo 2,5 g de lignina alcalina em 50 ml de água ultrapura num agitador magnético. Prepare a solução de Tween 80 a 1% dissolvendo 1 mL de Tween 80 em 100 mL de água ultrapura. Prepare uma solução 2 M de HNO3 diluindo 6,65 mL de 67% de HNO3 (densidade = 1,413 g / mL) com água ultrapura até um volume final de 50 mL. Adicione len…

Representative Results

Uma técnica de precipitação anti-solvente foi executada para produzir partículas alcalinas de lignina micro/submicrônica. Uma solução aquosa de ácido inorgânico diluído-ácido nítrico/ácido orgânico-ácido cítrico foi dispersa em uma solução aquosa de lignina alcalina, enriquecida com um surfactante/etanol ecologicamente correto, o que resultou na precipitação gradual do soluto do biopolímero e, após a sonicação, uma suspensão de partículas compactas de micro/submícron foi finalmente produzida (<…

Discussion

Entre as principais questões críticas das modernas metodologias de síntese para o projeto de formulações de carreadores de fármacos à base de biopolímeros está a aplicação de reagentes orgânicos perigosos – solventes voláteis e inflamáveis, como tetrahidrofurano, acetona, metanol e até DMSO em altas concentrações – o que limita sua aplicabilidade na biomedicina, indústria farmacêutica e tecnologia de alimentos devido à manifestação de possíveis efeitos tóxicos20, </sup…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudo foi apoiado pelo Fundo Científico da Bulgária sob o Contrato nº KΠ-06 H59/3 e pelo Projeto Científico nº 07/2023 FVM, Universidade de Trakia.

Materials

automatic-cell counter EVE, NanoEnTek
Citric acid Sigma 251275  ACS reagent, ≥99.5%
digital water bath Memmert
Eppendorf tubes, 1.5-2 mL
Ethanol Sigma 34852-M absolute, suitable for HPLC, ≥99.8%
Folin–Ciocalteu’s phenol reagent Sigma F9252
 freeze dryer Biobase
gallic acid Sigma- BCBW7577 monohydrate
HCl Sigma 258148 ACS reagent, 37%
HNO3 Sigma 438073  ACS reagent, 70%
lignin, alkali Sigma 370959
morin Sigma PHL82601
NaCl Sigma S9888 ACS reagent, ≥99.0%
Na2CO3 Sigma 223530 powder, ≥99.5%, ACS reagent
NaOH Sigma 655104 reagent grade, 97%, powder
orbital shaker IKA KS 130 basic
pH-meter Consort
phosphate-buffered saline (PBS) Sigma RNBH7571
Quercetin hydrate Sigma STBG3815V
statistical software for Excel Microsoft Corporation XLSTAT  Version 2022.4.5.
Tween 80 Sigma P8074 BioXtra, viscous liquid
ultracentrifuge Hermle Z 326 K
Ultrapure water system Adrona INTEGRITY+
ultrasound homogenizer Bandelin Sonopuls HD 2070
UV/Vis spectrophotometer Hach-Lange DR 5000

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Yaneva, Z., Ivanova, D., Toneva, M. Green Synthesis, Characterization, Encapsulation, and Measurement of the Release Potential of Novel Alkali Lignin Micro-/Submicron Particles. J. Vis. Exp. (205), e66216, doi:10.3791/66216 (2024).

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