Synthèse, caractérisation, encapsulation et mesure vertes du potentiel de libération de nouvelles particules microscopiques et submicroniques de lignine alcaline
Summary
Nous décrivons des méthodologies nouvelles et simples de synthèse et de caractérisation de particules micro- et submicroniques de lignine biocompatibles. Ces formulations offrent une approche facile pour l’utilisation de l’hétéropolymère, ainsi qu’une alternative pour la conception rationnelle de matrices de support multifonctionnelles avec une applicabilité potentielle en biomédecine, en technologie pharmaceutique et dans l’industrie alimentaire.
Abstract
L’applicabilité de la micro/nanotechnologie des biopolymères dans la médecine humaine, vétérinaire, pharmaceutique et alimentaire augmente rapidement en raison du grand potentiel des particules à base de biopolymères en tant que systèmes porteurs efficaces. L’utilisation de la lignine en tant que biomatrice hétéropolymère de base pour la conception de formulations micro- / submicroniques innovantes permet d’obtenir une biocompatibilité accrue et offre divers groupes fonctionnels actifs présentant des possibilités de personnalisation des propriétés physicochimiques et des bioactivités des formulations pour diverses applications. L’objectif de la présente étude était de développer une méthodologie simple et respectueuse de l’environnement pour la synthèse de particules de lignine de taille micro- et submicronique ; évaluer leurs caractéristiques physico-chimiques, spectrales et structurales ; et d’examiner leur capacité d’encapsulation de molécules biologiquement actives et leur potentiel de libération in vitro de bioflavonoïdes dans des milieux gastro-intestinaux simulés. Les méthodologies présentées utilisent des solvants bon marché et verts ; Procédés simples, directs, rapides et sensibles nécessitant peu d’équipement, des substances non toxiques et des méthodes simples pour leur caractérisation, la détermination de la capacité d’encapsulation envers les composés bioactifs peu solubles dans l’eau Morin et Quercetin, et le potentiel de libération in vitro des matrices de lignine.
Introduction
De nos jours, l’inclination vers les biopolymères tels que la cellulose, le chitosane, le collagène, le dextran, la gélatine et la lignine en tant que précurseurs pour la conception de supports micro-/submicroniques avec une taille, des propriétés physicochimiques et des biofonctionnalités personnalisables a augmenté dans les industries biomédicales, pharmaceutiques et de la technologie alimentaire en raison de leur applicabilité en ingénierie tissulaire, en bio-impression 3D, in vitro les plateformes de modélisation des maladies, l’industrie de l’emballage, la préparation d’émulsions et l’administration de nutriments, entre autres, 1,2,3.
De nouvelles études mettent en évidence les aspects des hydrogels à base de lignine ainsi que des micro- et nanoformulations4 en tant que véhicules avantageux utilisés pour les matériaux d’emballage alimentaire5, le stockage d’énergie6, les cosmétiques7, les stabilisants thermiques/légers, les matériaux renforcés et les matrices de support de médicament8 pour l’administration de molécules hydrophobes, l’amélioration des barrières UV9, en tant qu’agents de renforcement dans les nanocomposites et en tant qu’alternative aux nanoparticules inorganiques en raison de certains problèmes de sécurité récents 10,11,12. La raison de cette tendance est la biocompatibilité, la biodégradabilité et la non-toxicité de l’hétéropolymère naturel, ainsi que ses bioactivités prouvées de potentiel antioxydant de lignine et de piégeage radicalaire, anti-proliférative et antimicrobienne 13,14,15,16,17.
La littérature scientifique fait état de diverses méthodes de synthèse (auto-assemblage, précipitation anti-solvant, précipitation acide et déplacement de solvant)18 et de caractérisation de formulations à base de lignine à l’échelle micro/nanométrique, y compris l’application de solvants coûteux ou nocifs tels que le tétrahydrofurane (THF), le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N,N-diméthylformamide (DMF) et l’acétone, ainsi que des processus compliqués, indirects et fastidieux qui utilisent beaucoup d’équipements et de substances toxiques 12,19,20.
Pour pallier ces derniers inconvénients, les protocoles suivants présentent de nouvelles méthodologies pour la synthèse de particules micro-/submicroniques à base de lignine à l’aide de solvants bon marché et verts ; Des procédés simples, directs, rapides et sensibles nécessitant peu d’équipement, des substances non toxiques et des méthodes simples pour leur caractérisation et la détermination de la capacité d’encapsulation vers des composés bioactifs peu solubles dans l’eau et du potentiel de libération in vitro des matrices de lignine. Les méthodes de production à l’échelle du laboratoire présentées sont avantageuses pour la fabrication de supports de lignine fonctionnels avec des tailles réglables, une capacité d’encapsulation élevée et un comportement de libération in vitro durable en utilisant des procédures de caractérisation simples et des produits chimiques respectueux de l’environnement qui peuvent trouver des applications dans divers domaines des sciences biomédicales et de la technologie alimentaire. Deux flavonoïdes ont été appliqués comme molécules cibles encapsulées dans les particules de lignine : la morine dans les microparticules et la quercétine dans les particules submicroniques. La différence dans les structures des deux flavonoïdes n’est que la position du deuxième groupe -OH dans le cycle aromatique B : le groupe -OH est sur la position 2′ dans Morin et sur la position 3′ dans la quercétine, donc les deux composés organiques sont des isomères de position. Ce dernier fait suppose un comportement similaire des deux composés naturels bioactifs dans les processus d’encapsulation et/ou de libération.
Protocol
Representative Results
Discussion
Parmi les principaux problèmes critiques des méthodologies de synthèse modernes pour la conception de formulations de supports de médicaments à base de biopolymères figure l’application de réactifs organiques dangereux – solvants volatils et inflammables, tels que le tétrahydrofurane, l’acétone, le méthanol et même le DMSO à des concentrations élevées – ce qui limite leur applicabilité dans la biomédecine, l’industrie pharmaceutique et la technologie alimentaire en raison de la manifestation d’eff…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par le Fonds scientifique bulgare dans le cadre du contrat n° KΠ-06 H59/3 et par le projet scientifique n° 07/2023 FVM, Université 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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