Artigo de método

Síntese de grânulos de pH carregados com óleo de semente preta, à base de alginato e sensíveis ao pH usando a técnica de eletropulverização

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DOI:

10.3791/66958

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18 de outubro de 2024

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1Faculty of Pharmacy, University College of MAIWP International, 2Faculty of Pharmacy, MAHSA University, 3Department of Parasitology and Medical Entomology, Faculty of Medicine, Universiti Kebangsaan Malaysia, 4Department of Medical Sciences, School of Medical and Life Sciences, Sunway University, 5Department of Biology, College of Science, Princess Nourah bint Abdulrahman University, 6Department of Zoology, College of Science, King Saud University, 7Department of Medicine and Infectious Diseases, Faculty of Veterinary Medicine, Cairo University, 8Department of Pharmaceutical Sciences, Pharmacy Program, Batterjee Medical College, 9Pharmacology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Suez Canal University, 10Department of Pharmacy, Pharmaceutical Technology and Physical-Chemistry, Faculty of Pharmacy and Food Sciences, University of Barcelona, 11Research and Development, Sabrena Experience, 12Alphastar Lab Systems

Neste artigo

Resumo

É apresentada uma técnica que emprega alta tensão elétrica e uma emulsão direcionada e carregada de ingredientes ativos para fabricar microesferas uniformes e responsivas ao pH.

Resumo

O óleo de semente preta (BSO), derivado das sementes da planta Nigella sativa , chamou a atenção por suas potenciais propriedades anticancerígenas, particularmente no contexto do câncer de cólon. Seu composto ativo, a timoquinona, pode ajudar a inibir o crescimento de células cancerígenas e induzir a apoptose em células cancerígenas de cólon. Além disso, os efeitos anti-inflamatórios e antioxidantes do óleo de semente preta podem contribuir para um ambiente intestinal mais saudável, reduzindo potencialmente o risco de câncer. Portanto, este estudo sintetizou grânulos de alginato sensíveis ao pH para fornecer BSO no cólon de maneira controlada sem liberar o medicamento em pH 1,2 (estômago), fornecendo assim um padrão de liberação bem definido em pH 6,8. O uso da tecnologia de eletrospray melhora o desempenho do processo, facilitando a formulação de esferas pequenas e homogêneas com maior taxa de inchaço e difusão no meio gastrointestinal.

Os grânulos formulados foram caracterizados por um teste de força mucoadesiva ex-vivo , tamanho do grânulo, fator de esfericidade (SF), eficiência de encapsulação (EE), microscópio eletrônico de varredura (MEV), comportamento de inchamento in vitro (SB) e liberação in vitro do fármaco em meio ácido e tampão. Todos esses grânulos fabricados demonstraram tamanhos modestos de 0,58 ± 0,01 mm e formato esférico de 0,03 ± 0,00 mm neste teste. A formulação apresentou propriedades promissoras de flutuação e liberação in vitro. Com uma porcentagem cumulativa muito baixa de grânulos, o EE de óleo de 90,13% ± 0,93% foi alto, e o estudo de liberação demonstrou mais de 90% em pH 6,8 com boa natureza flutuante no estômago. Além disso, as contas foram espaçadas uniformemente em todo o intestino. A abordagem de eletropulverização usada neste protocolo pode ser reprodutível, produzindo resultados consistentes. Portanto, este protocolo pode ser usado para produção em larga escala para fins de comercialização.

Introdução

A semente preta, e mais especialmente a BSO, tem sido usada há séculos para curar uma ampla gama de doenças devido às suas propriedades medicinais bem estabelecidas. A timoquinona é talvez um dos fitoquímicos mais importantes encontrados no BSO1. Nos últimos anos, os pesquisadores estudaram os potenciais benefícios terapêuticos da timoquinona in vivo e in vitro, produzindo evidências empíricas para apoiar o uso de BSO. Propriedades anti-hipertensivas, antibacterianas, anti-histamínicas, antifúngicas, analgésicas, antidiabéticas, hipolipemiantes e anti-inflamatórias foram demonstradas por esses estudos para BSO, que podem ser usadas para tratar sintomas como eczema, hipertensão, asma, tosse, dor de cabeça, gripe, febre, anticâncer, tontura e atividade 2,3.

A aplicação de coberturas relativamente finas em pequenas gotículas de líquidos e dispersões, ou partículas de material sólido, é conhecida como microencapsulação. Quando se trata de óleo, o óleo microencapsulado geralmente é bastante valioso porque algumas formas de óleo, como o BSO, são consideradas alimentos nutritivos e oferecem vantagens medicinais4. No entanto, a adição de óleos diretamente à matriz do alimento pode levar à volatilização, o que pode fazer com que as atividades desapareçam rapidamente como resultado da exposição ao oxigênio e à luz ultravioleta5. Além disso, a falta de controle sobre a taxa de liberação dos óleos resulta em um efeito imediato e transitório. Criar um revestimento polimérico ao redor do óleo essencial por microencapsulação ou microesferificação é um método para superar essas desvantagens6.

As microcápsulas, também conhecidas como microesferas, protegem os óleos de condições ambientais prejudiciais7. Esse processo tem sido amplamente utilizado para aumentar a eficácia do medicamento, preservar o conteúdo do medicamento, permitir comprimidos de liberação prolongada, melhorar o mascaramento do sabor, reduzir a perda de sabor durante a vida útil do produto, prolongar a sensação na boca e separar ingredientes incompatíveis em uma única dosagem8. A microencapsulação também ajuda a manter a absorção metabólica, controlar a taxa de liberação de óleo e manter as concentrações apropriadas para produzir o resultado pretendido em um determinado local9.

O encapsulamento eletro-hidrodinâmico é um método simples e adaptável. A substância ativa está alojada no núcleo interno de uma microcápsula, que é composta por um invólucro externo. Nesse sentido, apresenta uma matriz bastante forte para garantir que o componente ativo possa ser disseminado de forma mais eficaz do que um núcleo claramente definido. Antes da esfericiclação, a substância ativa e a solução polimérica devem ser combinadas para produzir as microesferas9. Por outro lado, como o óleo é volátil, microencapsulá-lo pode ser extremamente difícil e requer um controle cuidadoso da temperatura.

Existem vários métodos para encapsular óleos. Por exemplo, certos óleos precisam ser encapsulados em baixas temperaturas para evitar a quebra ou volatilização de seus componentes bioativos. Para criar estruturas de tamanho micro e nanométrico, a atomização eletrohidrodinâmica (EHDA) tem sido extensivamente estudada por pesquisadores10. Nesse sentido, as condições de processamento, que incluem vazão, tensão aplicada e tamanho do bico, bem como as propriedades de distância de coleta da solução polimérica, são os dois principais fatores que devem ser levados em consideração para produzir o tamanho de partícula ou morfologia desejado11,12.

Nesta investigação, alginatos - um tipo de polissacarídeos naturais adequados para ingestão oral - foram usados para encapsular o BSO. As algas marrons contêm alginato, um polímero aniônico que ocorre naturalmente. É composto por duas estruturas monoméricas: ácido α-L-gulurônico (G) e ácido 1-4βD-manurônico (M)13. Seu polímero não é tóxico14, possui alto grau de biocompatibilidade, é barato e se degrada efetivamente15. É, portanto, frequentemente empregado nos setores de biotecnologia e engenharia.

Os alginatos são o material de escolha para encapsulamento por gelificação iônica porque podem criar uma estrutura reticulada entre os grupos G de várias cadeias de alginato, formando conexões iônicas com cátions divalentes como íons Sr2+, Ca2+ ou Zn2+. O processo de gelificação pode ser adequadamente caracterizado pelo modelo de caixa de ovo, que limita o cátion divalente a dois grupos carboxila nas moléculas de alginato lado a lado. Tem sido sugerido que as características do hidrogel dos grânulos de alginato de sódio podem regular a liberação de macromoléculas e pequenas moléculas. As esferas de alginato de sódio podem aderir à mucosa intestinal por um longo período de tempo devido às suas qualidades mucoadesivas. Além disso, o alginato oferece um escudo que pode proteger os óleos de elementos externos, como meios ácidos16 e transfere óleos para os canais de entrega do trato gastrointestinal17. Desde então, tem sido empregado em pesquisas para auxiliar na administração sítio-específica de medicamentos aos tecidos da mucosa 18,19.

A abordagem eletro-hidrodinâmica foi usada neste estudo para investigar a viabilidade de emulsionar óleos comerciais para criar cápsulas20. Aqui, a abordagem eletro-hidrodinâmica foi usada para gerar e analisar microesferas carregadas de alginato-BSO20. Este estudo avaliou uma série de outros fatores, incluindo as propriedades SF, ex-vivo, mucoadesivas das microesferas, EE%, aparência física, distribuição de tamanho e potencial zeta; a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier total atenuada (ATR-FTIR) foi utilizada para testar a compatibilidade química20.

Protocolo

1. Preparação da emulsão de alginato-BSO

  1. Disperse 10% p/v de BSO em solução de alginato de sódio a 1% p/v contendo 1, 3 e 5% p/v de lecitina em um béquer de 50 mL.
  2. Obtenha uma nanoemulsão usando um homogeneizador ultrassônico. Defina o nível de potência para 20%. Execute o homogeneizador por 55 s clicando no botão Iniciar para concluir o processo.

2. Caracterização da emulsão alginato-BSO

  1. Analise o potencial zeta e a distribuição do tamanho das partículas
    1. Pegue 0,1 mL da emulsão recém-preparada em um copo de vidro de 25 mL e dilua com 9,9 mL de água destilada.
    2. Pegue 2,5 mL desta solução diluída em uma cubeta de quartzo de 3 mL e coloque a cubeta em uma câmara de medição.
    3. Abra a tampa e coloque a cubeta dentro do dispositivo, certificando-se de que a cubeta esteja orientada corretamente em relação ao caminho do feixe de luz. Clique no ícone de medição .
    4. Retire a cubeta. Recupere a amostra ou descarte-a adequadamente.
    5. Salve os dados como um arquivo pdf em uma pasta pessoal para uso posterior.
  2. Determinar a estabilidade da emulsão (ES)
    1. Tome 5 mL de emulsão recém-preparada em tubos de centrífuga de 10 mL. Centrifugar as emulsões (n = 3) durante 5 min a 894 × g.
    2. Utilizando a equação (1), determinar o ES com base na posição da interface de separação de fases.
      figure-protocol-1Características (1)
      Onde Vemul é o volume de emulsão restante após centrifugação e Vinicial é o volume de emulsão inicial.
  3. Preparação do grânulo
    1. Grânulos de alginato BSO
      1. Prepare grânulos de alginato BSO usando a técnica de eletrospray chamada EHDA. Empregue uma emulsão BSO peso por volume (p / v) composta de 10% de BSO, 1% de alginato de sódio e 3% de solução de lecitina).
      2. Usando uma bomba de seringa para regular a taxa de fluxo, coloque a emulsão em uma seringa de plástico de 10 mL e empurre-a através de uma agulha de 22 G. Conecte a ponta da agulha ao eletrodo positivo de um alto voltage fonte de alimentação.
      3. Como coletor, use um béquer aterrado com 50 mL de cloreto de cálcio a 1% (banho de gelificação). Alterne a vazão de gotejamento entre 1 mL/min e 3 mL/min em tensões de 3, 5 e 7 kV, mantendo uma distância de 10 cm acima da superfície da solução de cloreto de cálcio.
      4. Para confirmar a gelificação completa, deixe as esferas no banho de gelificação por 30 min enquanto as agita. Use um filtro de aço inoxidável para remover as esferas do banho de gelificação e lave as contas reunidas com água destilada ultrapura.
      5. Deixe as contas secarem por 16 h em temperatura ambiente em uma bancada de laboratório. Use a Equação (2) para calcular o rendimento percentual dos grânulos.
        figure-protocol-2 (2)
    2. Grânulos de alginato sem BSO
      1. Prepare uma solução a 1% p/v de alginato de sódio. Adicione lecitina em concentrações de 1%, 3% e 5% p / v à solução. Misture bem a solução até que a lecitina esteja completamente dissolvida.
      2. Utilizar a solução do passo 2.3.2.1 para preparar grânulos de alginato isentos de BSO, conforme descrito nos passos 2.3.1.2-2.3.1.5. Calcule o rendimento usando a equação (2).

3. Caracterização do grânulo

  1. Determinação do tamanho e da forma
    1. Para verificar o tamanho e a forma das contas, use um analisador de imagem. Tire fotos usando uma câmera digital das contas molhadas e secas.
    2. Em seguida, meça o diâmetro do cordão usando a barra de escala pré-instalada do instrumento. Usando os valores de diâmetro, calcule o SF a partir dos valores de diâmetro obtidos usando a equação (3):
      SF = figure-protocol-3 (3)
      Onde Dmax representa o maior diâmetro que passa pelo centro de um cordão (em mm), enquanto Dper se refere ao diâmetro que é perpendicular a Dmax e passa pelo centro do cordão (em mm).
      NOTA: Um SF de zero denota um grânulo idealmente esférico, com valores crescentes de SF significando maior desvio de uma forma esférica. Além disso, as contas são consideradas esféricas se seu SF for 0,05 ou inferior.

4. Determinação da EE%

  1. Desintegre as esferas em solução salina tamponada com fosfato (PBS) para devolvê-las à emulsão. Medir a absorvância da emulsão resultante a 600 nm com um espectrofotómetro UV-vis.
  2. Use o valor de absorbância para representar a turbidez da emulsão. Crie uma curva padrão usando uma quantidade conhecida de BSO na emulsão.
  3. Calcule o EE% usando a equação (4):
    figure-protocol-4Eletrônicos (4)

5. Microscopia eletrônica de varredura (SEM)

NOTA: Use SEM para observar a microestrutura e a morfologia da superfície dos grânulos de alginato BSO.

  1. Para inspecionar o interior das contas secas, corte algumas delas. Identifique as contas cortadas em tocos de alumínio e cole-as usando fitas adesivas de carbono.
  2. Revestir os grânulos com um módulo de pulverização catódica de carbono em um evaporador a vácuo em uma atmosfera de argônio. Aplique uma espessura de 100 Å e 50 Å para o revestimento de carbono.
  3. Adquira imagens dos grânulos revestidos em alto vácuo com um acelerador de tensão entre 10 kV e 15 kV.

6. Determinar a interação medicamento-excipiente usando ATR-FTIR

  1. Defina os números de onda do instrumento entre 4.000 cm−1 e 400 cm−1 usando o ar ambiente como plano de fundo e uma resolução de 1 cm−1. Consulte o Arquivo Suplementar 1.
  2. Registre espectros de BSO, alginato de sódio, lecitina, cloreto de cálcio, grânulos livres de BSO, grânulos de alginato-BSO e mistura física de ingrediente ativo e excipientes (alginato de sódio, lecitina, cloreto de cálcio e BSO) separadamente.
    1. Colocar a amostra (5-10 mg) na área de amostragem. Ajuste 20 varreduras, resolução 4, força manométrica 80, braço de pressão com ponta plana. Verifique se o Incremento automático permanece definido como a opção Em branco para que o espectro seja armazenado automaticamente na pasta desejada.
    2. Para iniciar a medição da amostra, clique no botão [Amostra]. Depois de selecionar [Amostra], como não há período de espera, certifique-se de ter a amostra pronta e a pinça de pressão reduzida. Analise todas as amostras individualmente. Analise individualmente todos os espectros registrados usando software de espectroscopia.

7. Calorimetria exploratória diferencial (DSC)

NOTA: As propriedades térmicas e a compatibilidade dos grânulos carregados com BSO foram investigadas usando DSC (Arquivo Suplementar 1).

  1. Sele grânulos pesando ~ 3,20 mg em uma panela de alumínio comum. Aquecer as amostras a uma taxa de 10 °C/min enquanto são analisadas a uma faixa de temperatura de 50-350 °C sob uma corrente de nitrogênio fluindo a uma taxa de 20 L/min.

8. Características de inchaço dos grânulos

  1. Prepare 100 mg de grânulos secos de alginato-BSO.
  2. Prepare o fluido intestinal simulado (SIF) e o fluido gástrico simulado (SGF) em um recipiente de mistura limpo e seco de tamanho adequado - 6 L, 10 L ou 25 L. Adicione água purificada a aproximadamente 33% do volume necessário - 2 L, 3 L ou 8 L e transfira o conteúdo do frasco de concentrado para o recipiente. Enxágue a garrafa com água purificada e adicione os enxágues e a água purificada ao recipiente de mistura para obter o volume necessário; Homogeneizar. Meça o pH e proceda se estiver dentro da especificação; ajuste o pH, se necessário.
  3. Mergulhe as esferas em 50 mL de meio contendo fluido intestinal simulado (SIF) e fluido gástrico simulado (SGF). Manter as condições durante 2 h a 37 ± 0,5 °C.
    1. Remova os grânulos inflados e filtre-os através de uma malha de metal em intervalos predefinidos de 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 e 120 min ou mais. Use uma toalha de papel para remover o fluido extra das contas inchadas.
    2. Meça o peso das contas limpas usando uma balança analítica eletrônica. Determine a porcentagem do índice de inchaço (%SI) usando a equação (5):
      figure-protocol-5 Acessórios (5)

Resultados

Preparação de microesferas de alginato carregadas com BSO
A Figura 1 representa a configuração experimental para preparar microesferas de alginato carregadas com BSO. A quantidade de lecitina utilizada teve um impacto considerável na estabilidade da emulsão BSO. As emulsões feitas com todas as três concentrações de lecitina foram comparativamente estáveis. O método de centrifugação (894 × g, 5 min) foi utilizado neste experimento para avaliar a estabilidade da emulsão20. Os resultados verificaram que o surfactante, e não a centrifugação, teve maior impacto na estabilidade da emulsão BSO. O potencial zeta e a distribuição do tamanho das partículas da emulsão foram caracterizados como mostrado na Tabela 1 e na Figura 2.

Caracterização de grânulos

Tamanho, forma e EE
O tamanho, a forma e o EE das microesferas formuladas estão resumidos na Tabela 2. Os grânulos secos variaram de 1,86 ± 0,02 mm (F2 e F3) a 0,58 ± 0,01 mm (F8), e os grânulos úmidos variaram entre 4,76 ± 0,01 mm (F3) e 1,50 ± 0,02 mm (F8). A tensão elétrica e a vazão da emulsão foram dois dos principais parâmetros que afetaram o tamanho e a esfericidade dos grânulos. Tanto o SF quanto o tamanho dos grânulos aumentaram com o aumento da vazão, enquanto essas variáveis diminuíram com o aumento da tensão elétrica. No entanto, o SF e o tamanho do cordão não caíram em um determinado ponto quando a tensão elétrica e a vazão foram aumentadas proporcionalmente. Este estudo descobriu que os grânulos produzidos a uma taxa de fluxo de 2 mL / min e uma tensão elétrica de 7 kV são consistentemente do mesmo tamanho, forma e peso. Os pesquisadores mediram o tamanho do cordão e descobriram que era de 0,58 ± 0,01 mm. Para as formulações de esferas úmidas e secas, o EE variou de 67,20 ± 1,46% (F1) a 104,50 ± 4,04% (F8) e de 59,92 ± 0,90% (F1) a 90,13 ± 0,93% (F8), nessa ordem. A proporção de EE aumentou junto com a tensão e a vazão, o que pode ser explicado pela alta tensão, que aumentou a ligação da reticulação à solução gelificante de CaCl2 e produziu espaços adicionais para a reticulação iônica. Como resultado, mais óleo ficou preso e o vazamento de óleo da matriz polimérica foi evitado.

Uniformidade do peso do talão
Os coeficientes de variação de peso dos grânulos de alginato carregados com BSO variaram de 1,37% a 3,93%. De acordo com a pesquisa mais recente, o peso médio de todos os grânulos carregados com BSO não diferiu em mais de 5%.

ATR-FTIR
Para determinar a interação entre os ingredientes, foi realizado ATR-FTIR (Figura 3). O alginato de sódio exibiu bandas espectrais características a 3400 cm−1 para estiramento O-H e a 1595 e 1408 cm−1 para os grupos C=O e C-C como resultado da vibração de estiramento. Duas bandas distintas também foram encontradas em 1600 e 1405 cm−1 em uma investigação anterior, que foram ligadas às vibrações de alongamento simétricas e assimétricas dos grupos -COOH, respectivamente. Além disso, o grupo CH foi responsável pelas bandas vistas nos espectros de alginato de sódio em 1316 e 1025 cm−1. Em contraste, os espectros de lecitina revelaram três bandas em 2922, 2853 e 1465 cm−1, correspondendo aos grupos C = O, CH e CC. Os picos de BSO que mais se destacaram foram encontrados em 2953 e 2853 cm−1 (C-H em CH2 e C=C-H, respectivamente). Além disso, como as cadeias de carbono são comuns em ácidos graxos, as bandas que surgiram em 1.753, 1.653 e 1.453 cm−1 sugeriram C=O, C=C e C-H, respectivamente.

DSC
A análise de DSC foi usada para determinar o comportamento da temperatura de grânulos de alginato carregados com BSO e suas interações com outros extratores durante o processo de preparação e desenvolvimento. A quebra de polieletrólitos é causada por processos de despolimerização e desidratação, provavelmente reações de oxidação de polieletrólitos e descarboxilação parcial dos grupos carboxílicos protonados (Figura 4).

SEM
Usando SEM, imagens da superfície dos grânulos secos otimizados com carregamento de BSO foram capturadas na câmera. Isso demonstrou que as contas tinham uma superfície lisa, eram esféricas e tinham vários poros e canais em sua camada externa (Figura 5).

Comportamento de inchaço do grânulo
O inchaço do grânulo é um comportamento significativo que afeta o padrão de liberação do fármaco dos materiais poliméricos21. Para avaliar o BS, grânulos contendo BSO foram testados em SGF (HCl 0,1 N, pH 1,2) e SIF (pH 6,8) (Figura 6).

O encolhimento do alginato em um pH ácido pode ser responsável pela primeira diminuição do índice de inchaço das formulações de grânulos F1 a F9 em SGF em comparação com SIF, o que indica um SB sensível ao pH. Consequentemente, as contas apresentaram uma maior porcentagem de IS no SIF após 30-90 min. O SB dos grânulos em pH alcalino pode ser explicado pela troca de íons cálcio, em que a presença de íons fosfato sequestrantes de cálcio liga os grupos carboxílicos da matriz de lecitina de alginato reticulado aos íons de sódio no tampão fosfato. Além disso, os grânulos de alginato carregados com BSO reticulados inflados se desintegraram e erodiram em 100-110 min e, em 120 min, todas as formulações sofreram erosão completa.

O objetivo principal deste estudo é sintetizar grânulos sensíveis ao pH carregados de óleo de semente preta, à base de alginato e usando a técnica de eletropulverização para liberar a droga onde ela é normalmente absorvida - no intestino. Em um pH ácido de 1,2, as contas encolheram ou mantiveram sua forma original, o que diminuiu sua propensão a se desintegrar. Ao contrário disso, os grânulos de alginato carregados com BSO incharam rapidamente quando expostos ao SIF (pH 6,8). Após 120 min, todas as nove formulações (F1-F9) haviam se dissolvido totalmente no SIF. Isso resultou da presença de íons fosfato no meio, o que aumentou a solubilidade do complexo de alginato de sódio em níveis mais altos de pH. O desacoplamento do alginato-sódio e a subsequente quebra do gel no tampão fosfato foram causados pela maior afinidade dos íons fosfato pelo Ca2+ do que pelos íons alginato.

figure-results-1
Figura 1: Configuração experimental da técnica de atomização eletro-hidrodinâmica para a fabricação de microesferas de alginato. Configuração em tempo real para produção de grânulos e grânulos úmidos recém-preparados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-2
Figura 2: Distribuição de tamanho de partícula e potencial zeta da emulsão carregada com óleo de semente preta. (A) Distribuição de tamanho e (B) distribuição de potencial zeta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-3
Figura 3: Espectros infravermelhos atenuados de reflectância total-transformada de Fourier. (A) BSO, (B) alginato de sódio, (C) lecitina, (D) cloreto de cálcio, (E) grânulos livres de BSO, (F) grânulos de alginato-BSO e (G) mistura física de ingrediente ativo e excipientes (alginato de sódio, lecitina, cloreto de cálcio e BSO). Abreviatura: BSO = óleo de semente preta. Essa figura foi modificada a partir de Azad et al.20. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-4
Figura 4: Termograma de calorimetria exploratória diferencial (DSC). (A) Grânulos livres de BSO e (B) grânulos carregados com BSO. Essa figura foi modificada a partir de Azad et al.20. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-5
Figura 5: Microfotografias eletrônicas de varredura. (A, B) Grânulos secos de alginato-BSO mostrando morfologia de superfície lisa (25x e 100x); a presença de poros e canais observados na fatia de esferas secas com uma ampliação de (C) 100x e (D) 500x. Barras de escala = 100 μm (A-C), 20 μm (D). Essa figura foi modificada a partir de Azad et al.20. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-6
Figura 6: Comportamento de inchaço de grânulos de alginato carregados com óleo de semente preta otimizados. (A) Meio ácido (pH 1,2) e (B) meio tampão (pH 6,8) [média ± DP, n = 3). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

% de lecitina conc.Tamanho de partícula (nm)PDIPotencial zeta (mV)ES (%)
AntesApós centrifugaçãoAntesApós centrifugaçãoAntesApós centrifugação
1253.32±4.65282.93±14.110,392±,030,333±,06-43,1±,36-37,6±2,292,50±0,23
3334.51±12.82347.44±15.140,315±,040,358±,12-46,9±2,26-43,5±1,3294,83±0,42
5430.13±14.23463.23±8.910,422±,040,548±,11-51,4±2,75-45±1,0196,50±0,40

Tabela 1: Distribuição de tamanho de partícula e análise do potencial zeta da emulsão carregada com óleo de semente preta. *(n = 3, média ± DP). Abreviaturas: PDI = índice de polidispersidade; ES = estabilidade da emulsão.

CódigoTensão (kV)Vazão (ml/min)Tamanho do cordãoa (mm)Fator de esfericidadea (mm)Eficiência de encapsulamentoa (%)
MolhadoSecoMolhadoSecoMolhadoSeco
F1314,47±0,011,82±0,010,02±0,000,04±0,0067.20±1.4659,92±0,90
F2324,52±0,031,86±0,020,01±0,000,03±0,0068.22±3.0965,89±1,57
F3334,76±0,011,86±0,010,02±0,010,04±0,0070,76±0,8666,34±1,89
F4513.12±0.010,99±0,040,02±0,010,01±0,0170.11±0.5170.11±0.51
F5522,83±0,050,80±0,020,02±0,010,02±0,0286,89±1,6786,89±1,67
F6533,30±0,010,90±0,020,03±0,010,01±0,0186,63±0,8386.12±0.15
F7711,86±0,020,72±0,010,01±0,000,04±0,0082.16±2.5078,67±0,90
F8721,50±0,020,58±0,010,02±0,000,03±0,00104.50±4.0490,13±0,93
F9732,58±0,050,93±0,010,02±0,000,03±0,0196.04±3.6189.82±154

Tabela 2: Efeito da tensão (kV) e da taxa de fluxo (mL / min) no tamanho do cordão, fator de esfericidade e eficiência de encapsulamento. n = 3, média ± DP Essa tabela foi modificada de Azad et al.20.

Arquivo Suplementar 1: Medição do tamanho e distribuição de partículas, ATR-FTIR e DSC. Clique aqui para baixar este arquivo.

Discussão

Usando o processo EHDA, microesferas de alginato carregadas com BSO foram criadas como um transportador sensível ao pH. A rede de grânulos exibiu inchaço dependente de pH e comportamento de liberação de drogas devido à presença abundante de grupos de ácido carboxílico. A forte ligação de hidrogênio intermolecular entre as cadeias poliméricas foi revelada como a razão por trás da diminuição do caráter de inchaço dos grânulos carregados com BSO em pH 1,2. Grânulos carregados de BSO podem se beneficiar desse SB reduzido para administração de medicamentos sensíveis ao pH. O pH teve um impacto no BSO liberado dos grânulos contendo BSO. Essas descobertas sugerem que as esferas carregadas com BSO podem fornecer um método seguro de administração de medicamentos orais para uma administração melhor e direcionada do medicamento ao intestino.

O tamanho de partícula da emulsão aumentou com o aumento da concentração de lecitina. Esse fenômeno pode ser atribuído ao aumento da viscosidade associado a níveis mais altos de lecitina, o que pode afetar a capacidade de redução de tamanho do homogeneizador ultrassônico. Além disso, o aumento das concentrações de lecitina contribui para uma camada de surfactante mais densa ao redor das gotículas de óleo, resultando em tamanhos de partícula maiores. A aparência microscópica da emulsão sugere que as emulsões mantiveram bem sua estabilidade. A concentração de lecitina pode afetar a distribuição do tamanho das partículas e do potencial zeta20. As emulsões apresentaram uma distribuição granulométrica não homogênea, o que pode ser devido ao procedimento de sonicação manual. O potencial zeta tem um papel fundamental na manutenção da estabilidade dos sistemas coloidais21. As gotículas dentro da emulsão exibiram uma carga significativamente negativa, que pode ser atribuída à carga negativa do alginato decorrente dos grupos funcionais hidroxila e carboxila dentro de sua estrutura molecular22.

Na caracterização das microesferas, tamanho, forma e EE são parâmetros significativos influenciados pelas condições de processamento. A relação entre a tensão elétrica, a taxa de fluxo da emulsão e as características resultantes das microesferas indica uma interação complexa que determina as propriedades finais das contas. Ao aumentar a taxa de fluxo, o tamanho do cordão e o SF também aumentam. Por outro lado, aumentar a tensão elétrica diminui o tamanho do cordão e SF, mas aumenta EE. No entanto, se a tensão elétrica e a vazão forem aumentadas proporcionalmente, o tamanho do cordão e o SF não diminuem em um ponto específico20. A capacidade de reticulação no exterior dos grânulos de alginato também desempenha um papel importante no aprimoramento do EE para óleos dentro do alginato. Um estudo anterior mostrou um EE ideal de 98,30% para óleo de linhaça encapsulado em grânulos de alginato que foram secos em estufa, com tamanhos de grânulos variando entre 1,90 mm e 2,94 mm e um SF entre 0,044 e 0,168. Apesar dessas altas eficiências de encapsulamento, a liberação do fármaco para o local pretendido no trato digestivo foi de apenas 83%23. Outra investigação produziu um EE semelhante de 98,7%, com tamanhos de cordão de 2,13 mm e um SF de 0,08 mm. Por outro lado, os grânulos de alginato secos e eletropulverizados carregados com BSO neste estudo demonstraram um EE de 90,13 ± 0,93%, com mais de 90% da substância sendo liberada com sucesso no local pretendido no SIF, de acordo com nosso estudo de liberação. Isso sugere que nossos grânulos de alginato foram efetivamente capazes de encapsular e liberar quase completamente o BSO no local desejado24.

De acordo com os padrões estabelecidos pela Farmacopeia da USP, todas as formulações (F1-F9) atenderam aos requisitos de uniformidade de peso25. Essa uniformidade de peso reflete o encapsulamento consistente de BSO dentro dos grânulos de alginato, facilitado pelo uso de técnicas eletro-hidrodinâmicas. O tamanho e a forma ideais do grânulo, adequados para administração oral, foram alcançados sob condições específicas, o que revela a importância de processos de fabricação controlados com precisão. Além disso, o EE, que variou com a tensão e a vazão, sugere que os parâmetros do processo podem ser ajustados para maximizar o encapsulamento do BSO. Isso tem implicações significativas para a biodisponibilidade e eficácia do composto encapsulado, com maiores eficiências de encapsulamento potencialmente levando a melhores resultados terapêuticos.

A uniformidade no peso do grânulo, juntamente com as análises ATR-FTIR e SEM, fornece informações sobre a consistência e integridade química dos grânulos de alginato26,27. A análise ATR-FTIR confirmou a presença de grupos funcionais chave e a incorporação bem-sucedida de BSO na matriz de alginato28, enquanto as imagens de MEV ilustraram a forma esférica e a superfície lisa dos grânulos, essenciais para um comportamento de liberação consistente. O estudo SB ilustrou as propriedades de inchaço sensíveis ao pH das contas, o que é significativo para a liberação direcionada de drogas no intestino, garantindo que o BSO seja liberado onde pode ser absorvido de forma mais eficaz29. Esse comportamento responsivo ao pH exemplifica o potencial das microesferas à base de alginato como um sistema de entrega promissor para BSO, permitindo a liberação direcionada e controlada no trato gastrointestinal.

Como resultado do desenvolvimento bem-sucedido do estudo de grânulos de alginato sensíveis ao pH para a liberação regulada de óleo de semente preta, a entrega de timoquinona para o tratamento do câncer de cólon é destacada. A fabricação de grânulos de tamanho uniforme com propriedades de inchamento desejadas e boa eficiência de encapsulamento foi facilitada pela aplicação da tecnologia de eletrospray. Essas esferas mostraram boas propriedades flutuantes, como visto por uma taxa de liberação de mais de 90% em um ambiente de pH 6,8, garantindo a entrega direcionada dentro do trato gastrointestinal. Os resultados apontam para uma possível estratégia para aumentar a biodisponibilidade do óleo de semente preta enquanto reduz sua liberação precoce no estômago. Essa técnica tem muito potencial para fabricação em larga escala, abrindo as portas para a potencial comercialização de tratamentos contra o câncer no futuro.

Divulgações

Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.

Agradecimentos

Este estudo foi apoiado pelo Projeto de Apoio aos Pesquisadores da Universidade Princesa Nourah bint Abdulrahman número (PNURSP2024R30), Universidade Princesa Nourah bint Abdulrahman, Riad, Arábia Saudita. Esta pesquisa foi financiada pelo número do Projeto de Apoio aos Pesquisadores (RSPD2024R811), Universidade King Saud, Riad, Arábia Saudita.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tubos de Centrífuga de 10 mLGlobe Scientific 22-171-624
Agulha 22 GSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). 
3 mL de quartzo-cubetaSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). 
50 mL
Pontas de alumínio 
Uma balança
ATR-FTIRBruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malásia.
Óleo de semente preta        IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, Faculdade de Farmácia, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, MalásiaB182111Ingrediente ativo
Cloreto de cálcio desidratado, CaCl2 · 2H2O Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). 21074Agente gelificante
Fitas adesivas
Centrífuga
Calorimetria de varredura diferencial 
Digital    câmera 
Copo aterrado 
Alto teor de ácido gulurônico Alginato de sódio (mw. 97.000) com viscosidade média (40 – 100 mPa s)Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). W201502Polímero
Fonte de alimentação
Álcool isopropílicoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA).   W292912finalidade de limpeza ATR-FTIR
LecitinaSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). P7568Surfactante 
Microscópio
Toalha de papel 
Microscopia
Fluido gástrico simuladoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). 1651Meios de liberação e meios de inchaço
Fluido intestinal simulado Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, EUA). 84082-64-4Mídia de liberação e mídia de inchaço
espectroscopia
Filtro de aço inoxidável 
Bomba de seringa SEN JIN SDN BHD Malásia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malásia
Água destilada ultrapura Fornecido pelo laboratório
Homogeneizador ultrassônicoSEN JIN SDN BHD Malásia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malásia
UV-vis espectrofotômetro.
Evaporador a vácuo SEN JIN SDN BHD Malásia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malásia
Acelerador de tensão SEN JIN SDN BHD Malásia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malásia
Zetasizer Nano-ZS(Malvern Zetasizer Nano series Nano-S e Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, Reino Unido)
CAD4172Z276669Copo deanalítica eletrônicade carbonode alta tensãoeletrônica de varreduraSoftware deinstitucional

Referências

  1. Benavides, S., Cortés, P., Parada, J., Franco, W. Development of alginate microspheres containing thyme essential oil using ionic gelation. Food Chem. 204 (8), 77-83 (2016).
  2. Agbaria, R., Gabarin, A., Dahan, A., Ben-Shabat, S. Anticancer activity of Nigella sativa (black seed) and its relationship with the thermal processing and quinone composition of the seed. Drug Des Devel Ther. 9 (1), 3119(2015).
  3. Wang, D., Qiao, J., Zhao, X., Chen, T., Guan, D. Thymoquinone inhibits IL-1β-induced inflammation in human osteoarthritis chondrocytes by suppressing NF-κB and MAPKs signaling pathway. Inflammation. 38 (7), 2235-2241 (2015).
  4. Beyki, M., et al. Encapsulation of Mentha piperita essential oils in chitosan-cinnamic acid nanogel with enhanced antimicrobial activity against Aspergillus flavus. Ind Crop Prod. 54 (3), 310-319 (2014).
  5. Hosseini, S. M., et al. Incorporation of essential oil in alginate microparticles by multiple emulsion/ionic gelation process. Inter J Biol Macromol. 62 (11), 582-588 (2013).
  6. Banerjee, S., et al. Influence of process variables on essential oil microcapsule properties by carbohydrate polymer-protein blends. Carbohydr Polym. 93 (2), 691-697 (2013).
  7. Sebe, I., Szabó, E., Zelkó, R. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed formulations. In Emerging Drug Delivery and Biomedical Engineering Technologies. , CRC Press. 71-104 (2023).
  8. Akram, N., et al. Fabrication and characterization of PVA-WPI based nanofiber mats for improved viability of Lactobacillus rhamnosus GG. Foods. 12 (21), 3904(2023).
  9. Azad, A. K., Sinan, M. A. A., John, F. K., Bappaditya, C., Hriday, B. Electro-hydrodynamic assisted synthesis of lecithin-stabilized peppermint oil-loaded alginate microbeads for intestinal drug delivery. Int J Biol Macromol. 185 (8), 861-875 (2021).
  10. Chan, E. S. Preparation of Ca-alginate beads containing high oil content: Influence of process variables on encapsulation efficiency and bead properties. Carbohydr Polym. 84 (4), 1267-1275 (2011).
  11. Xie, J., Jiang, J., Davoodi, P., Srinivasan, M. P., Wang, C. H. Electrohydrodynamic atomization: A two-decade effort to produce and process micro-/nanoparticulate materials. Chem Eng Sci. 125 (3), 32-57 (2015).
  12. Zamani, M., Prabhakaran, M. P., Ramakrishna, S. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed nanomaterials. Int J Nanomed. 8 (8), 2997(2013).
  13. Husain, O., Lau, W., Edirisinghe, M., Parhizkar, M. Investigating the particle to fibre transition threshold during electrohydrodynamic atomization of a polymer solution. Mater Sci Eng. C. 65 (8), 240-250 (2016).
  14. Wan, L. Q. Calcium concentration effects on the mechanical and biochemical properties of chondrocyte-alginate constructs. Cell Mol Bioeng. 1 (3), 93-102 (2008).
  15. Baimark, Y., Srisuwan, Y. Preparation of alginate microspheres by water-in-oil emulsion method for drug delivery: Effect of Ca2+ post-cross-linking. Adv Powder Technol. 25 (5), 1541-1546 (2014).
  16. Paques, J. P., Sagis, L. M. C., van Rijn, C. J. M., van der Linden, E. Nanospheres of alginate prepared through w/o emulsification and internal gelation with nanoparticles of CaCO3. Food Hydrocoll. 40 (10), 182-188 (2014).
  17. Suksamran, T. Biodegradable alginate microparticles developed by electrohydrodynamic spraying techniques for oral delivery of protein. J Microencapsul. 26 (7), 563-570 (2009).
  18. Wang, H., et al. Characterization, release, and antioxidant activity of curcumin-loaded sodium alginate/ZnO hydrogel beads. Int J Biol Macromol. 121 (1), 1118-1125 (2019).
  19. Bera, H., Boddupalli, S., Nayak, A. K. Mucoadhesive-floating zinc-pectinate-sterculia gum interpenetrating polymer network beads encapsulating ziprasidone HCl. Carbohydr Polym. 131 (10), 108-118 (2015).
  20. Azad, A. K., et al. Encapsulation of black seed oil in alginate beads as a pH-sensitive carrier for intestine-targeted drug delivery: In vitro, in vivo and ex vivo study. Pharmaceutics. 12 (3), 219(2020).
  21. Azad, A. K., et al. A dataset of microstructure features of electro-hydrodynamic assisted 5-fluorouracil-grafted alginate microbeads and physicochemical properties for effective colon targeted carriers drug delivery. Data in Brief. 53 (4), 110202(2024).
  22. Danaei, M., et al. Impact of particle size and polydispersity index on the clinical applications of lipidic nanocarrier systems. Pharmaceutics. 10 (2), 57(2018).
  23. Piornos, J. A., Burgos-Díaz, C., Morales, E., Rubilar, M., Acevedo, F. Highly efficient encapsulation of linseed oil into alginate/lupin protein beads: Optimization of the emulsion formulation. Food Hydrocoll. 63 (2), 139-148 (2017).
  24. Morales, E. Alginate/Shellac beads developed by external gelation as a highly efficient model system for oil encapsulation with intestinal delivery. Food Hydrocoll. 70 (9), 321-328 (2017).
  25. Nikoo, A. M., Kadkhodaee, R., Ghorani, B., Razzaq, H., Tucker, N. Electrospray-assisted encapsulation of caffeine in alginate microhydrogels. Int J Biol Macromol. 116 (9), 208-216 (2018).
  26. Shao, L., et al. Effect of cold-spray parameters on surface roughness, thickness and adhesion of copper-based composite coating on aluminum alloy 6061 T6 substrate. Processes. 11 (3), 959(2023).
  27. Li, W., et al. Effects of spraying parameters and heat treatment temperature on microstructure and properties of single-pass and single-layer cold-sprayed Cu coatings on Al alloy substrate. Surf Coat Technol. 30 (490), 131184(2024).
  28. US Pharmacopoeia National Formulary, USP 23/NF 18. , States Pharmacopoeia Convention Inc. Rockville, MD, USA. (2000).
  29. Chen, Y. -C., Ho, H. -O., Liu, D. -Z., Siow, W. -S., Sheu, M. -T. Swelling/floating capability and drug release characterizations of gastroretentive drug delivery system based on a combination of hydroxyethyl cellulose and sodium carboxymethyl cellulose. PLoS One. 10 (1), e0116914(2015).

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