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