Gels based on curcuminoid nanoemulsions for cutaneous application

MOREIRA, Denise Ramos. Géis à base de nanoemulsões de curcuminoides para aplicação cutânea. 78 f. 2018. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.The skin is the largest organ in the human body and it is susceptible to physical injury and wounds. This study aims to develop a product which would help in the healing process of skin wounds and burns. This product is based on curcuminoids nanoparticles, which can be used for wound and burns healing and other biomedical applications with expressive antioxidant and antibacterial activity. For this, initially the curcuminoids were extracted from the saffron rhizomes and characterized by 13C and 1H Nuclear Magnetic Resonance, High Efficiency Liquid Chromatography (HPLC) and Infrared Spectroscopy, later the development process consists in the preparation of curcuminoids nanoemulsions, varying the amount of organic phase, caprylic/capric acid triglyceride (TACC) derived from coconut oil and the percentage of surfactant F127, which were submitted to particle size and zeta potential analysis. Two formulations were selected, which presented smaller particle sizes, varying from 180 to 210 nm, with values of polydispersity index (PDI) between 0.1 and 0.3, which shows a moderately polydispersed distribution and zeta potential varying from -26 to -29 mV. Afterwards, these nanoemulsions were submitted to preliminary studies of stability at a temperature of 26 ± 2 ºC and 45 ± 2 ºC for 90 days and analyzed again by particle size, PDI, zeta potential, hydrogen potential (pH) and curcuminoids quantification. The nanoemulsions behaved as expected with pH reductions between 4.0 and 5.1 in the ideal limit for skin application and stability of curcuminoids. The quantification of the systems at room temperature did not show significant changes, keeping the percentage of degradation less than 10%, indicating an estimated validation time of 12 months. Tests of sequestration of the 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical and ferrous ion chelation were realized and proved that, even after the encapsulation, the system showed high antioxidant power. At a concentration of 10 μg/mL eliminated 86.4% of the DPPH free radical and presented a chelating ability of 64.3%, values that exceed the positive controls of the analyzes. TEM and AFM images of nanoemulsions revealed spherical shape of the formulations. Emulsions presented 100% of encapsulation efficiency (EE) and in the in vitro release study showed up to 14.2% release of curcuminoids in 24 hours, with controlled release profile. The study of release kinetics revealed a zero order reaction, as desired. Nanoemulsions were used as the basis for the production of termoresponsive gels of F127. Rheological studies were performed to delineate the profile of the gels produced and the results showed that the addition of the nanoemulsions reduced the temperature of sol-gel transition when compared to pure gels of F127. In addition, the value of the elastic mode (G') was maintained between 1 and 3 kPa, characterizing the gels as fluids.A pele é o maior órgão do corpo humano e está suscetível a danos físicos e ferimentos. Com o intuito de obter um produto em potencial para tal problema, este estudo tem como objetivo desenvolver uma base polimérica com nanopartículas de curcuminoides que possam ser utilizadas para cicatrização de ferimentos, queimaduras e outras aplicações biomédicas com expressiva atividade antioxidante e antibacteriana. Para isso, inicialmente os curcuminoides foram extraídos dos rizomas do açafrão e caracterizados por Ressonância Magnética Nuclear de 13C e 1H, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho, posteriormente foram preparadas nanoemulsões de curcuminoides variando-se a quantidade de fase orgânica, triglicerídeo de ácido caprílico/cáprico (TACC) derivado de óleo de coco e a porcentagem do tensoativo F127; as quais foram submetidas à análise de tamanho de partícula e potencial zeta. Duas formulações foram selecionadas, as que apresentaram tamanhos de partícula entre 180 a 210 nm, com valores de índice de polidispersividade (IPD), entre 0,1 até 0,3, o que mostra uma distribuição moderadamente polidispersa e potencial zeta variando de -26 a -29 mV. Posteriormente, essas nanoemulsões foram submetidas a estudos preliminares de estabilidade, sob temperatura de 26±2 ºC e 45±2 ºC, por 90 dias e analisadas novamente por tamanho de partícula, IPD, potencial zeta, potencial hidrogeniônico (pH) e quantificação dos curcuminoides. As nanoemulsões apresentaram pH variando entre 4,0 e 5,1, dentro do limite ideal para aplicação na pele e estabilidade dos curcuminoides. A quantificação dos sistemas à temperatura ambiente não apresentou alterações significativas, mantendo a porcentagem de degradação menor que 10%, indicando um prazo de validade provisório de 12 meses. Ensaios de sequestro do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH) e quelação do íon ferroso foram realizados e comprovaram que mesmo após o encapsulamento o sistema apresentou alto poder antioxidante. A emulsão em uma concentração de 10 µg/mL eliminou 86,4% do radical livre DPPH e apresentou habilidade quelante de 64,3%, valores esses que ultrapassam o controle positivo das análises. Imagens de MET e AFM das nanoemulsões revelaram formato esférico das formulações. As emulsões apresentaram eficiência de encapsulação (EE) de 100% e no estudo de liberação in vitro apresentaram até 14,2% de liberação dos curcuminoides em 24 horas, com perfil de liberação controlada. O estudo da cinética de liberação revelou uma reação de ordem zero, como era desejado. As nanoemulsões foram usadas como base para produção de géis termorresponsíveis de F127. Estudos reológicos foram realizados para delinear o perfil dos géis produzidos e os resultados mostraram que a adição das nanoemulsões reduziram a temperatura de transição de sol-gel quando comparado a géis puros de F127. Ademais, o valor do modo elástico (G’) manteve-se entre 1 e 3 kPa, caracterizando os géis como fluídos