Quercetin and its association to β-cyclodextrin : study of physical, chemical and biological properties of interest for cutaneous permeation

No primeiro capítulo da tese, três amostras de quercetina, obtidas de diferentes fornecedores, foram caracterizadas no que se refere a suas propriedades físicoquímicas e sua estabilidade térmica em estado sólido. As amostras apresentaram reduzida hidrossolubilidade e distinta estrutura cristalina, atribuídas à presença de diferentes quantidades de moléculas de água de hidratação em seus retículos cristalinos. A estabilidade em estado sólido desses hidratos de quercetina foi expressivamente dependente da temperatura. A amostra de quercetina que se mostrou termodinamicamente mais estável foi selecionada para ser empregada nas próximas etapas desse trabalho. No segundo capítulo do trabalho, a quercetina foi complexada com β-ciclodextrina a fim de aumentar a hidrossolubilidade da aglicona. Porém, o complexo sólido que foi preparado em solução e seco por nebulização apresentou uma baixa concentração de quercetina, denotando uma limitada eficiência de complexação. Por outro lado, a obtenção de complexo de inclusão pela simples mistura física entre a quercetina e a β-ciclodextrina (relação molar de 1:1) revelou ser possível e vantajosa, uma vez que nem água nem calor são necessários para formar o complexo sólido quercetina/β-ciclodextrina. No terceiro capítulo, a estabilidade da quercetina frente à radiação UVA ou UVC, em mistura etanol:água, e a influência dos produtos de degradação sobre o teste de lipoperoxidação foram estudadas Apesar da quercetina não ter sido estável frente à radiação UVA ou UVC, o flavonóide foi capaz de inibir a lipoperoxidação induzida por ambas radiações. A identificação dos principais produtos de fotodegradação, todos derivados polifenólicos, sugere que os mesmos podem ter contribuído para o efeito biológico. Finalmente, no quarto capítulo, o efeito promotor da β-ciclodextrina e a influência do veículo (hidrogel ou pomada contendo quercetina livre ou sua associação à β-ciclodextrina numa relação molar de 1:1) sobre a permeação cutânea ex vivo, bem como sobre o correspondente potencial antioxidante da quercetina, foram investigados. O ensaio de permeação foi avaliado usando células de difusão tipo Franz e pele de orelha de suíno como membrana. A maior concentração de quercetina retida na pele (epiderme e derme) e o maior potencial antioxidante correspondente foram observados quando a pele foi tratada com a mistura quercetina:β-ciclodextrina incorporada no hidrogel. Esses resultados demonstram, portanto, o uso potencial de um hidrogel de HPMC contendo quercetina associada à β-ciclodextrina para a prevenção e o tratamento de danos cutâneos associados ao estresse oxidativo, especialmente aqueles que ocorrem na camada mais superficial da pele, a epiderme.In the first chapter of the thesis, three samples of quercetin raw materials, purchased from different suppliers, were characterized in order to know their physicochemical properties and thermal stability in solid state. The samples presented low aqueous solubility and distinct crystalline structure, ascribed to the presence of different amounts of hydration water molecules into their crystal lattice. The solid state stability of these quercetin hydrates was highly dependent on the temperature. The quercetin sample that was thermodynamically more stable was selected to be employed in the next steps of this work. In the second chapter of the work, quercetin was complexed with β-cyclodextrin in view to increase the aqueous solubility of the aglicone. However, the solid complex prepared in solution and spray-dried presented low quercetin concentration, denoting limited complexation efficiency. By the other hand, the obtention of inclusion complex by simple physical mixture between quercetin and β-cyclodextrin (molar ratio of 1:1) revealed to be possible and advantageous, since neither water nor heat are necessary to form quercetin/β-cyclodextrin solid complex. In the third chapter, the stability of quercetin against UVA or UVC radiation, in ethanol:water mixture, and the influence of the degradation products on the lipid peroxidation test were studied. Although quercetin had not been stable against the UVA or UVC radiation, the flavonoid was able to inhibit the lipid peroxidation induced by both radiations The identification of the main photodegradation products, all of them polyphenol derivatives, suggests that they could have contributed for the biological effect. Finally, in the fourth chapter, the enhancer effect of β-cyclodextrin and the influence of the vehicle (hydrogel or ointment containing free quercetin or its association to β-ciclodextrin at a molar ratio of 1:1) on the ex vivo skin permeation as well as on the corresponding antioxidant potential of quercetin were investigated. The permeation assay was evaluated using Franz diffusion cells and pig ear skin as membrane. The highest quercetin concentration retained in skin (epidermis and dermis) and the corresponding antioxidant potential were observed when the skin was treated with the quercetin:β-cyclodextrin mixture incorporated into the hydrogel. These findings demonstrate, therefore, the potential use of a HPMC hydrogel containing quercetin associated to β-cyclodextrin for the prevention and the treatment of oxidative stress-mediated cutaneous damages, especially those occurring in the most superficial layer of the skin, the epidermis