pmid: "36135248"
title: "Síntese e Caracterização de Novo Hidrogel à Base de Amido Carregado com Óleo Essencial de Patchouli."
authors: "Abdul Khalil HPS, Muhammad S, Yahya EB, Amanda LKM, Abu Bakar S, Abdullah CK, Aiman AR, Marwan M, Rizal S"
journal: "Gels (Basel, Switzerland)"
pubdate: "2022 Aug 26"
doi: "10.3390/gels8090536"
source: "PMC Full Text"
Síntese e Caracterização de Novo Hidrogel à Base de Amido Carregado com Óleo Essencial de Patchouli.
Autores
Abdul Khalil HPS, Muhammad S, Yahya EB, Amanda LKM, Abu Bakar S, Abdullah CK, Aiman AR, Marwan M, Rizal S
Periodico
Gels (Basel, Switzerland) (2022 Aug 26)
Conteudo
Síntese e Caracterização de um Novo Hidrogel à Base de Amido Carregado com Óleo Essencial de Patchouli
Hidrogéis de amido são materiais altamente disponíveis, biocompatíveis e biodegradáveis, com aplicações promissoras nas indústrias médica e farmacêutica. No entanto, suas aplicações são muito limitadas devido às suas propriedades mecânicas pobres e fragilidade. Aqui, investigamos, pela primeira vez, hidrogéis convencionais à base de amido de milho e amido de milho ceroso para carregar óleo essencial de patchouli. O óleo essencial extraído por dióxido de carbono supercrítico apresentou um rendimento de 8,37 ± 1,2% em peso (amostra úmida) a 80 °C de temperatura e 10 MPa de pressão. O óleo essencial de patchouli exibiu uma zona de inibição de 23 a 28 mm contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Hidrogéis de amido ceroso apresentaram melhores propriedades em termos de viscosidade, estabilidade da evaporação da água e liberação do óleo essencial do que os hidrogéis de amido convencionais. A viscosidade e a espalhabilidade de uma amostra de amido ceroso a 6% foram de 15.016 ± 59 cP e 4,02 ± 0,34 g·cm/s, respectivamente, em comparação com as do hidrogel de amido convencional (13.008 ± 29 cP e 4,59 ± 0,88 g·cm/s). Hidrogéis à base de amido ceroso também proporcionaram comportamento de biodegradação in vitro mais lento e liberação sustentada do óleo essencial em comparação com os hidrogéis de amido convencionais. Todas as amostras foram biocompatíveis e não citotóxicas para células fibroblásticas; a adição de óleo essencial de patchouli aumentou a proliferação das células. A viscosidade aprimorada, a boa atividade antibacteriana e os resultados de biocompatibilidade melhorada dos hidrogéis preparados confirmam sua adequação para aplicações em cicatrização de feridas.
- Introdução
Hidrogel é um material resultante da reticulação física e/ou química de macromoléculas iguais ou de diferentes materiais, resultando em uma rede tridimensional capaz de reter diferentes quantidades de água sem se desintegrar. Devido ao seu sistema hidratado, são carreadores ideais para fármacos e compostos bioativos. Hidrogéis à base de polímeros sintéticos, como álcool polivinílico, poliamidas, carbopol e polietileno glicol, possuem várias características interessantes, incluindo altas propriedades mecânicas e forte estabilidade contra desintegração. No entanto, a toxicidade potencial, a não biodegradabilidade e a não biocompatibilidade de tais materiais restringiram seu uso, e a maioria dos pesquisadores atualmente busca por alternativas de base biológica. Embora vários biopolímeros tenham sido utilizados na preparação de hidrogéis, incluindo quitosana, alginatos e amido, devido às suas propriedades únicas, esses materiais naturais possuem propriedades mecânicas mais fracas e requerem modificação adicional para competir com os hidrogéis à base de sintéticos.
Recentemente, muitos trabalhos têm sido realizados no desenvolvimento de hidrogéis à base de amido a partir de batata, milho e até amidos solúveis. O processo de fabricação envolve a gelatinização do amido para formar uma rede tridimensional, a fim de romper as estruturas cristalinas do amido e facilitar a interação cadeia-cadeia dos biopolímeros. Essa abordagem envolve a solubilização do pó de amido e aquecimento em água. No entanto, o hidrogel de amido também pode ser gelatinizado por via química, utilizando uma solução alcalina. O amido ceroso é um tipo de amido que consiste exclusivamente em amilopectina, com maior peso molecular e maior ramificação do que o amido convencional. Hsieh et al. relataram que o amido ceroso normalmente apresentava maiores viscosidades de pasta do que o amido normal, tornando-o preferível na formação de hidrogéis. Diferentemente do amido ceroso, o amido normal contém tanto amilose quanto amilopectina. É difícil definir o papel exato da amilose e da amilopectina na formação de hidrogéis e seu papel no encapsulamento ou na liberação de outros materiais, como óleos essenciais. Até onde sabemos, até o momento, o efeito do hidrogel de amido normal e ceroso na liberação de óleos essenciais ainda não foi determinado.
O patchouli (Pogostemon cablin) é uma planta com flores aromáticas da família Lamiaceae, comumente conhecida como família da hortelã ou da menta. Seu óleo essencial é amplamente utilizado em diversas indústrias, incluindo perfumaria e produtos cosméticos, como desodorantes, sabonetes e detergentes. Além disso, o óleo essencial de patchouli possui uma variedade de atividades farmacológicas e medicinais, incluindo efeitos antimicrobianos, anti-inflamatórios e anticancerígenos, além de melhorar a função gastrointestinal e melhorar a memória. Este óleo essencial é obtido convencionalmente por destilação a vapor da biomassa vegetal, que inclui folhas secas não fermentadas. No entanto, o óleo essencial de patchouli, como a maioria dos óleos essenciais, apresenta natureza volátil, tornando-o sensível a altas temperaturas, o que pode afetar suas propriedades farmacêuticas. Neste estudo, utilizamos dióxido de carbono supercrítico com temperatura amena para a extração do óleo essencial de patchouli, a fim de evitar qualquer possível desnaturação de seus compostos ativos. O óleo essencial extraído foi carregado pela primeira vez em hidrogéis de amido–Carbopol. Dois amidos diferentes foram utilizados: o amido de milho convencional e o amido ceroso, para investigar suas propriedades de viscosidade e espalhabilidade e a liberação do óleo essencial.
- Resultados e Discussão
2.1. Extração e Caracterização do Óleo Essencial de Patchouli
A extração do óleo essencial de patchouli foi realizada utilizando uma abordagem com dióxido de carbono supercrítico, com o rendimento atingindo 8,37 ± 1,2% em peso (amostra úmida) sob as condições de temperatura de 80 °C e pressão de 10 MPa. Os espectros de FT-IR da planta de patchouli bruta (folhas) e do seu óleo essencial extraído são apresentados na Figura 1a.
Geralmente, mais de 20 componentes químicos estão frequentemente presentes no óleo essencial de patchouli, embora alguns estudos tenham relatado até 50 compostos químicos.
As vibrações no patchouli bruto em 3327 cm−1 correspondem ao estiramento OH, que está ausente no óleo essencial devido à pureza e alta concentração do óleo essencial preparado.
Duas bandas podem ser claramente observadas em 2922 e 2854 cm−1, que se deslocam ligeiramente para 2929 e 2866 no óleo essencial, e correspondem à vibração de estiramento do metil (–CH3) (assimétrica e simétrica).
C=O carbonila aldeído em 1730 cm−1 também se deslocou para 1645 cm−1; a presença desse estiramento vibratório confirma a alta quantidade de compostos aldeídicos no patchouli.
Um pico em 1445 cm−1, presente apenas no óleo essencial, corresponde a um estiramento da ligação C-H e estiramento C=C do alcano e anel aromático, respectivamente.
Outros picos também podem ser encontrados na faixa de 1051 a 885 cm−1, o que indica outros grupos funcionais, incluindo éter (C–O) e acetileno (–HC=CH–).
O óleo essencial de patchouli também exibiu forte atividade antibacteriana contra bactérias gram-positivas (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis) e gram-negativas (Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa.). A Figura 1b apresenta os resultados da atividade antibacteriana de diferentes concentrações de óleo essencial de patchouli. Pode-se observar que as bactérias gram-negativas foram mais sensíveis ao óleo, em comparação com as gram-positivas, o que pode ser atribuído às espessas camadas de peptidoglicano, que dificultaram a penetração do óleo nas células bacterianas. As bactérias gram-negativas são conhecidas por suas finas camadas de peptidoglicano; assim, a E. coli foi a bactéria mais sensível ao óleo essencial, com uma zona de inibição de 29 mm, seguida pela P. aeruginosa (26 mm). Surpreendentemente, o S. aureus foi a bactéria mais resistente, com uma zona de inibição de apenas 23 mm. Tipicamente, a atividade antibacteriana do óleo essencial diminuiu com a redução da concentração do óleo. A CIM e a CBM variaram entre as espécies bacterianas: E. coli e P. aeruginosa tiveram uma CIM semelhante de 3 mg/mL, mas CBM diferentes (3 mg/mL para E. coli e 4 mg/mL para P. aeruginosa), o que é inferior ao alcançado por Yang et al., que relataram CIM e CBM de 4 e 5,5 mg/mL, e 2 e 10 mg/mL para E. coli e P. aeruginosa, respectivamente. Devido à presença de vários compostos ativos no óleo essencial, a ampla atividade antimicrobiana do patchouli também foi confirmada por Thoppil et al.. Nosso estudo descobriu que a CIM para S. aureus e B. subtilis foi de 5 e 4 mg/mL, enquanto a CBM foi ligeiramente maior para ambas as espécies (6,5 e 5 mg/mL). Peng et al. relataram uma atividade anti-estafilocócica mais forte para o óleo essencial de patchouli, o que pode ser devido às diferentes espécies geográficas da planta, conforme confirmado por Sufriadi et al..
2.2. Propriedades Físicas das Amostras de Hidrogel
Seis amostras de hidrogéis foram preparadas usando os dois amidos puros como controles (CS e WS) e quatro misturas de hidrogéis, conforme mencionado na seção de métodos. A Tabela 1 apresenta as características físicas e a aparência das amostras de hidrogel. Todas as amostras exibiram cor branca intensa e os controles eram inodoros, ao contrário das amostras carregadas, que apresentavam o forte odor característico do óleo essencial de patchouli. Devido à mistura muito completa durante a preparação, todas as amostras pareceram homogêneas e apresentaram pH natural variando de 6,81 a 7,23. As características físicas das amostras preparadas indicaram sua adequação para aplicações em curativos de feridas. A viscosidade do hidrogel é determinada por vários fatores, incluindo o tipo e a concentração do(s) material(is) precursor(es), além da reticulação entre os materiais. Uma diferença significativa na viscosidade pode ser observada entre as amostras de hidrogel puro; o hidrogel convencional de milho apresentou um valor de viscosidade de apenas 3973 ± 81 cP, em comparação com o hidrogel de amido de cera (5321 ± 37 cP). Carbopol foi utilizado neste estudo como agente reticulante e emulsificante, sendo fixado em todas as amostras, deixando a concentração de amido desempenhando o papel principal nas propriedades do hidrogel. A amostra CWS6 apresentou a maior viscosidade, de 15.016 ± 59 cP, seguida por CCS6 com 13.008 ± 29 cP. Curiosamente, a amostra CWS3 teve um valor de viscosidade muito semelhante ao CCS6, o que pode ser atribuído às melhores propriedades do amido de cera na reticulação com Carbopol e moléculas de óleo. A espalhabilidade das amostras de hidrogel variou de 7,71 ± 0,94 g·cm/s (o controle) a 4,02 ± 0,34 g·cm/s em CWS6, o que indica uma boa espalhabilidade. O baixo valor de espalhabilidade no hidrogel de amido de cera pode ser explicado pelo fato de que a espalhabilidade é inversamente proporcional à viscosidade; embora a amostra CWS6 tenha apresentado a maior viscosidade, sua espalhabilidade ainda é altamente adequada para aplicações em curativos de feridas. Carregar o amido e o óleo essencial no hidrogel aumentou significativamente a viscosidade e, portanto, limitou a espalhabilidade. Na verdade, alta viscosidade e espalhabilidade média em um hidrogel são ideais para curativos de feridas, o que imobiliza o fármaco por mais tempo em comparação com hidrogéis de alta espalhabilidade.
Um teste de evaporação de água foi realizado à temperatura ambiente, colocando um determinado peso de cada amostra ao ar livre e monitorando sua redução de peso diária por duas semanas. A Figura 2 apresenta a evaporação de água de todas as amostras preparadas, na qual se pode observar que os hidrogéis de amido puro tiveram uma taxa de evaporação mais rápida em comparação com as amostras carregadas. O CWS6 apresentou a melhor estabilidade, com redução de peso de 30,4 g para 7,2 g. A maioria das formulações farmacêuticas sofre evaporação rápida e, portanto, foram mantidas em recipientes fechados. A partir da Figura 2, a taxa de evaporação rápida e a instabilidade dos dois controles podem ser claramente observadas; em comparação com as amostras carregadas, a reticulação que ocorreu entre as moléculas de amido e o Carbopol e entre o Carbopol e o óleo essencial de patchouli aumenta a estabilidade do hidrogel e impede a evaporação de sua água. Essa característica é muito importante em aplicações de cicatrização de feridas, pois pode preservar um ambiente úmido na ferida e, assim, fornecer as condições ideais para o processo de cicatrização. Colocar a formulação em recipientes fechados pode aumentar significativamente a vida útil da formulação, o que é altamente desejado na indústria farmacêutica.
2.3. Propriedades Morfológicas das Amostras de Hidrogel
A Figura 3 indica imagens de MEV das amostras de hidrogel preparadas, mostrando a estrutura da rede interna e os compósitos de cada amostra. A falta de rede entre os dois controles (CS e WS) pode ser observada em comparação com as amostras carregadas. As amostras de amido ceroso têm uma estrutura porosa melhor do que aquelas com amido convencional. As amostras com amido convencional pareciam mais aquosas e com menos rede em comparação com as de amido ceroso, que apresentaram mais particularidade e porosidade. Resultados semelhantes para hidrogéis de amido puro foram obtidos por, que prepararam hidrogéis a partir de amido de farelo de arroz e obtiveram hidrogéis não porosos. A falta ou porosidade limitada dos hidrogéis pode ser vantajosa, pois impede a penetração bacteriana que pode levar à infecção da ferida. As amostras carregadas mostraram que o óleo essencial se misturou perfeitamente com o sistema de uma maneira melhor no amido ceroso (CWS3 e CWS6) em comparação com o amido convencional (CCS3 e CCS6). Os hidrogéis desenvolvidos, com sua porosidade limitada e atividade antibacteriana, podem servir efetivamente como uma barreira para microrganismos.
2.4. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR)
A análise de espectroscopia FT-IR neste estudo foi realizada para avaliar os grupos funcionais de superfície dos materiais precursores (Figura 4a), incluindo óleo essencial de patchouli, amido ceroso e convencional, além de Carbopol e das amostras de hidrogel desenvolvidas (Figura 4b), para indicar a existência de grupos funcionais particulares em cada amostra. Nenhuma diferença significativa pode ser observada nos picos entre o amido ceroso e o convencional. No entanto, uma leve vibração pode ser vista nas amostras de hidrogéis de amido ceroso, o que indica uma possível interação entre os três materiais. Picos largos podem ser claramente observados em torno de 3300 cm−1 em todas as amostras de hidrogel e nos dois precursores de amido, correspondentes aos grupos –OH. Esses grupos são responsáveis pela capacidade de inchamento das amostras de hidrogel. Assim, as amostras carregadas apresentaram picos ligeiramente alterados, mas ainda exibindo alta capacidade de inchamento. Curiosamente, apenas as amostras carregadas apresentaram cadeias de hidrocarbonetos hibridizadas sp3 em 2940 cm−1, o que confirma a reticulação entre os três materiais. O pico no espectro do Carbopol em 1703 cm−1 corresponde ao estiramento C=O de cetona ou aldeído; este pico está ausente em todas as amostras carregadas, devido à reticulação e à quantidade significativamente baixa de Carbopol nas amostras. No entanto, o pico em 1450 cm−1 nos materiais de Carbopol e nos hidrogéis carregados pode ser claramente observado, associado ao dobramento CH2 além do dobramento CH3.
2.5. Estudo de Degradação In Vitro
O comportamento de degradação de todas as amostras neste estudo foi caracterizado pela porcentagem de perda de massa (Figura 5). Após algumas horas de imersão dos hidrogéis na solução tampão de fosfato, os hidrogéis se degradaram e dissolveram de diferentes maneiras. Hidrogéis puros de amido convencional e ceroso tiveram uma taxa de degradação rápida, com degradação completa em 9 h. No entanto, as amostras carregadas que continham tanto o óleo essencial quanto o Carbopol exibiram uma taxa de degradação mais lenta. Em geral, pode-se observar que as amostras de amido ceroso tiveram uma taxa de degradação mais lenta, especialmente CWS6, que permaneceu com 2% do seu peso mesmo após 24 h. Em aplicações de curativos para feridas, o hidrogel estará em contato com a pele úmida da ferida (e não no sangue), portanto, a degradação das nossas amostras preparadas permanecerá por mais de 15 dias ao ar livre, conforme descrito anteriormente em um experimento de evaporação. Hidrogéis úmidos têm a vantagem de fácil espalhabilidade, ao contrário de hidrogéis secos, filmes ou aerogéis. Embora os materiais mencionados possam ter um tempo de degradação mais longo, conforme relatado, os hidrogéis úmidos são conhecidos por sua melhor atividade de curativo e atividade antibacteriana mais forte.
2.6. A Taxa de Liberação do Óleo Essencial
O perfil de liberação do óleo essencial de patchouli dos hidrogéis carregados para a solução tampão é apresentado na Figura 6. O pH da solução tampão foi ajustado para 5,5, que é o pH da pele conforme relatado em estudos anteriores. Pode-se observar claramente que ambos os hidrogéis convencionais à base de amido apresentaram uma liberação rápida do óleo essencial, com liberação completa em 9 e 12 h para CCS3 e CCS6, respectivamente. A concentração do(s) material(is) polimérico(s) no interior do hidrogel tem grande impacto na taxa de liberação; nosso estudo descobriu que as amostras com 6% de amido apresentaram liberação mais lenta do fármaco em comparação com as de 3%, o que pode ser atribuído à mudança na área específica resultando em uma alteração na taxa de dissolução do óleo essencial e sua absorção no sistema de hidrogel. Curiosamente, os hidrogéis à base de amido ceroso apresentaram uma liberação sustentada e mais lenta do óleo essencial, que durou 21 h. Isso pode ser atribuído à interação e ligação química entre o óleo essencial, o amido ceroso e o Carbopol, que retardou sua liberação e aumentou a hidrofobicidade do hidrogel. Como material semissólido, os hidrogéis são adequados para curativos e aplicações de cicatrização de feridas; isso pode preencher a lacuna resultante da ferida, prevenindo infecção microbiana e melhorando a proliferação de células. A liberação lenta do óleo essencial proporciona uma ação antibacteriana sustentada, que é altamente necessária no tratamento de feridas.
2.7. Atividade Antibacteriana e Biocompatibilidade das Amostras de Hidrogel
A atividade antibacteriana das amostras de hidrogéis foi avaliada de forma semelhante à do óleo essencial de patchouli, sem qualquer diluição das amostras. A Figura 7a mostra os resultados da atividade antibacteriana dos hidrogéis contra duas bactérias gram-positivas (S. aureus e B. subtilis) e duas bactérias gram-negativas (E. coli e P. aeruginosa). Como esperado, os hidrogéis de amido puro não apresentaram qualquer atividade antibacteriana, devido à ausência de óleo essencial de patchouli. Curiosamente, o CWS6 apresentou uma atividade antibacteriana 10 a 20% maior do que as outras amostras, o que pode ser explicado pelo aumento da viscosidade do hidrogel, que levou a uma liberação sustentada e lenta do óleo essencial. Embora todas as amostras tivessem a mesma concentração de óleo, o alto teor de amido (CCS6 e CWS6) apresentou melhor atividade, o que confirma nossa hipótese de liberação sustentada. O mesmo óleo essencial puro, anteriormente, apresentou uma atividade ligeiramente maior contra todas as bactérias, mas a incorporação do óleo essencial no hidrogel o torna adequado para a cicatrização de feridas, o que evitará sua fácil evaporação e evitará o uso de um solvente tóxico para diluir o óleo essencial. Em um estudo anterior, Namazi et al. utilizaram hidrogel de amido oxidado carregado com nanopartículas de ZnO como material antibacteriano. Apesar de usar um material químico como agente antibacteriano, os autores relataram uma zona de inibição menor do que a relatada neste estudo. Outro estudo utilizou uma mistura de óleos essenciais, com uma porção maior no hidrogel e uma zona de inibição relatada variando de 14 a 20 mm. A forte atividade antibacteriana do óleo essencial de patchouli e a mistura ideal do hidrogel promoveram nossa amostra preparada para aplicações em cicatrização de feridas.
Para confirmar a adequação dos hidrogéis desenvolvidos para aplicação médica, foram realizados ensaios de biocompatibilidade e proliferação de fibroblastos murinos. A Figura 7b apresenta os resultados da viabilidade celular em diferentes amostras após um período de incubação de 24, 48 e 72 horas. Não foi observada toxicidade significativa em todas as amostras testadas; mesmo após três dias, as amostras contendo 6% de amido apresentaram melhor crescimento celular em comparação com as de 3% e os controles. Surpreendentemente, também não foi observada diferença significativa entre o amido convencional e o ceroso em termos de proliferação celular, sugerindo que as amostras preparadas são biocompatíveis e aplicáveis para cicatrização de feridas e aplicações médicas. Resultados semelhantes foram obtidos em vários extratos de plantas e outros óleos essenciais. Esses estudos relataram que os compostos ativos presentes no óleo essencial estimulam tanto a proliferação quanto a migração de fibroblastos e, portanto, podem ser usados para promover a atividade de cicatrização de feridas. A atividade dos hidrogéis carregados com óleo essencial de patchouli pode ser resultado dos efeitos sinérgicos dos compostos associados presentes, como α e β-Patchouleno, Patchoulol, Pogostol e álcool de patchouli, que são relatados na literatura como possuindo potencial atividade anti-inflamatória e antimicrobiana. Em um estudo semelhante conduzido por Seyed Ahmadi et al., os autores relataram que o óleo essencial de canela aumenta a liberação do fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF-1), que também participa do processo de cicatrização de feridas ao aumentar a proliferação de fibroblastos. Nossos dados mostraram um aumento na proliferação celular quando tratados com óleo essencial de patchouli de maneira semelhante à relatada neste estudo, o que também pode ser atribuído à expressão de IGF-1. Este estudo demonstrou claramente que os hidrogéis de amido carregados com óleo essencial de patchouli possuíam boa atividade antibacteriana contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Além disso, as amostras foram totalmente biocompatíveis e aumentaram a proliferação de fibroblastos murinos, o que indica sua adequação para estudos adicionais em animais e ensaios clínicos.
3. Conclusões
Neste trabalho, hidrogéis de amido de milho convencional e ceroso/Carbopol foram fabricados com sucesso e carregados com óleo essencial de patchouli. A viscosidade e a espalhabilidade do hidrogel foram altamente afetadas pelo tipo e concentração de amido. O amido ceroso mostrou-se melhor misturado tanto com o óleo essencial de patchouli quanto com o Carbopol, produzindo um hidrogel de maior porosidade e viscosidade aprimorada. O óleo essencial de patchouli extraído exibiu alta atividade antibacteriana contra todas as cepas selecionadas. Devido aos compostos ativos únicos no óleo essencial de patchouli e sua alta atividade antioxidante, as amostras carregadas possuíam boa atividade antibacteriana e maior biocompatibilidade. A presença de cadeias de hidrocarbonetos com hibridização sp3 em 2940 cm⁻¹ confirma a reticulação homogênea entre os três materiais. No geral, os méritos de boa atividade antibacteriana e biocompatibilidade aprimorada tornam essas formulações candidatos biomédicos promissores para aplicações em cicatrização de feridas.
4. Materiais e Métodos
4.1. Materiais
Neste estudo, Pogostemon cablin (Patchouli) foi adquirido de Aceh Jaya, 24784 Banda Aceh, Indonésia. O óleo essencial de patchouli foi extraído em laboratório usando uma abordagem de hidrodestilação com dióxido de carbono supercrítico (ScCO₂) por meio de um aparelho Clevenger. Amidos de milho convencional e ceroso foram obtidos da Agricore CS Sdn Bhd (Penang, Malásia). Outros produtos químicos, incluindo Carbopol, glicerol e trietanolamina, foram fornecidos pela Sigma Aldrich (Selangor, Malásia).
4.2. Extração do Óleo Essencial de Patchouli
O óleo essencial de patchouli foi extraído de folhas secas de patchouli usando o aparelho de extração com fluido ScCO₂ pelo mesmo método descrito em, com as seguintes modificações: a temperatura foi aumentada para 80 °C e a pressão para 10 MPa para melhorar o desempenho da extração. O óleo essencial de patchouli extraído foi hidrodestilado por 4 h em um aparelho Clevenger circulatório e, em seguida, caracterizado por FT-IR e atividade antibacteriana.
4.3. Preparação dos Hidrogéis Carregados e Não Carregados
A Tabela 2 apresenta a composição química de cada amostra de hidrogel. Elas foram preparadas misturando duas fases, a fase de amido e a fase de Carbopol, e então carregadas com o óleo essencial. Um preparo similar foi empregado para ambos os tipos de amido: solução de 3 e 6% de cada tipo foi aquecida a 90 °C por 1 h com agitação constante para plasticizar as moléculas de amido. Por outro lado, uma solução de 0,25% de Carbopol foi preparada e agitada por 4 h até que uma solução clara se formasse. Quantidades semelhantes de amido e Carbopol foram misturadas e agitadas por alguns minutos até que uma solução homogeneizada se formasse. Em seguida, 3 mL de óleo essencial de Patchouli foram dissolvidos em 5 mL de glicerol e adicionados lentamente à mistura com agitação contínua por 30 min. Finalmente, para ajustar a viscosidade e o pH, 0,05 mL de trietanolamina foram adicionados como reticulante para o Carbopol, e hidrogéis espessos foram formados. Um hidrogel de amidos de milho convencional e ceroso sem óleo essencial de patchouli também foi preparado como amostra controle.
4.4. Atividade Antibacteriana, CIM e CBM do Óleo Essencial de Patchouli
O método de difusão em disco foi aplicado para determinar a atividade antibacteriana do óleo essencial, conforme descrito em. Quatro microrganismos, nomeadamente Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa, foram utilizados juntamente com dimetilsulfóxido para as diluições do óleo essencial. A concentração inibitória mínima (CIM) para o óleo essencial contra cada tipo de bactéria foi calculada utilizando a abordagem de diluição seriada e monitorando o crescimento bacteriano no meio de caldo Mueller-Hinton. A concentração bactericida mínima (CBM) foi então determinada retirando 20 μL dos tubos claros das CIMs e inoculando-os em um meio de ágar nutriente fresco.
4.5. Caracterização dos Hidrogéis
4.5.1. Análise Física e Morfológica
Um fundo preto foi usado para determinar a cor das amostras de hidrogel; o odor foi determinado misturando cada amostra em água destilada e sentindo o cheiro. Um pHmetro digital (HANNA Ltd., Eden Way, Pages Industrial Park, Leighton Buzzard, Bedfordshire LU7 4AD, UK) foi utilizado para medição de pH, enquanto um viscosímetro Brookfield (modelo DV-11+ Pro, Mecomb Malaysia Sdn Bhd, Puchong Utama 47100 Puchong, Selangor) mediu a viscosidade usando uma agulha girando à temperatura ambiente e a 50 RPM. A espalhabilidade dos hidrogéis preparados também foi avaliada medindo o diâmetro de espalhabilidade de 1 g de cada amostra entre duas placas de vidro, no mesmo método descrito em. A morfologia da superfície foi examinada por Microscópio Eletrônico de Varredura de alta resolução (Carl Zeiss Group, Oberkochen, Alemanha).
4.5.2. Grupos Funcionais de Superfície
Os grupos funcionais de superfície do óleo essencial de patchouli e dos hidrogéis foram investigados por espectroscopia FT-IR (RAffinity-1S equipado com AIM-9000, Shimadzu Corp. Ltd., Kyoto, Japão) utilizando a abordagem de reflexão total atenuada (ATR) na faixa de número de onda de 4000–400 cm⁻¹.
4.5.3. Atividade Antibacteriana
A atividade antibacteriana de todas as amostras de hidrogéis preparadas foi determinada pelo método de difusão em disco, da mesma forma que o óleo essencial de patchouli. O experimento foi realizado três vezes e o valor médio foi considerado como resultado.
4.5.4. Biodegradação In Vitro
O comportamento de biodegradação de todos os hidrogéis preparados foi avaliado em estado úmido, seguindo o mesmo método descrito em, com as seguintes modificações. Um peso conhecido de cada amostra foi colocado em um tubo selado contendo soluções tampão fosfato (pH = 7,4) a 37 °C. Após isso, os hidrogéis foram removidos e pesados em intervalos regulares, após remover a água superficial com papel filtro. Esse processo foi repetido até que os hidrogéis fossem completamente biodegradados.
4.5.5. Liberação de Óleo Essencial In Vitro
A liberação dos óleos essenciais dos hidrogéis preparados foi realizada seguindo o mesmo método descrito por Quintanilla de Stéfano et al. Resumidamente, um peso conhecido de cada hidrogel carregado foi transferido para soluções tampão fosfato de pH 5,5 (pH da pele) à temperatura ambiente. Em intervalos de tempo específicos, as amostras de hidrogel da solução tampão foram retiradas e a concentração do óleo essencial liberado na solução tampão foi determinada por espectrofotômetro UV-Vis (Shimadzu Corp. Ltd., Kyoto, Japão). Todos os experimentos foram realizados em triplicata para cada amostra e o valor médio foi considerado como resultado. A porcentagem de liberação do óleo essencial de patchouli foi finalmente calculada usando a seguinte equação: onde Mo é a massa inicial de óleo essencial de patchouli carregada no hidrogel e Mt é a massa do óleo essencial liberado no tempo t.
4.5.6. Ensaio de Biocompatibilidade
Os experimentos de biocompatibilidade de todas as amostras preparadas foram realizados medindo a proliferação de fibroblastos murinos (L929, ATCC) seguindo a mesma abordagem descrita por Villamizar-Sarmiento et al., utilizando 0,3 × 10⁵ células/mL e condição de incubação de 5% (v/v) CO₂ a 37 °C por 24 e 48 h.
Nota do Editor: A MDPI se mantém neutra em relação a reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.
Contribuições dos Autores
Conceitualização, H.P.S.A.K. e E.B.Y.; software, L.K.M.A. e C.K.A.; validação, S.M. e S.R.; análise formal, H.P.S.A.K. e M.M.; recursos, H.P.S.A.K.; redação—preparação do rascunho original, E.B.Y.; visualização, S.M., S.A.B. e A.R.A.; supervisão, H.P.S.A.K.; administração do projeto, H.P.S.A.K. e E.B.Y.; aquisição de financiamento, H.P.S.A.K. Todos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.
Declaração do Comitê de Revisão Institucional
Não aplicável.
Declaração de Consentimento Informado
Não aplicável.
Declaração de Disponibilidade de Dados
Não aplicável.
Conflitos de Interesse
Os autores declaram não haver conflito de interesses.
Referências
Hidrogéis de amido: A influência do teor de amilose e do método de gelatinização
Hidrogel híbrido incorporado em agregado polimérico para sequestro de óxido nítrico e liberação sequencial de fármacos para tratamento combinatório da artrite reumatoide
Hidrogéis lubrificados por fronteira à base de lipídios inspirados na cartilagem
Comportamento eletromecanoquímico de uma nanocápsula metal-fenólica para liberação controlada de hóspedes em adesivos autossuficientes e géis injetáveis
Micropartículas de hidrogel para aplicações biomédicas
Uma visão geral sobre hidrogéis sustentáveis à base de amido: Aplicações potenciais e aspectos
Aplicações farmacêuticas e biomédicas do amido nativo e modificado: Uma revisão
O papel dos materiais à base de biopolímeros em aplicações obstétricas e ginecológicas: Uma revisão
Estrutura e propriedades funcionais de amidos cerosos
O óleo essencial de patchouli, Pogostemon cablin: Uma revisão
Avaliação de cultivares de patchouli (Pogostemon cablin Benth.) para parâmetros de crescimento, rendimento e qualidade
Nanocompósito de filme antibacteriano de longo prazo incorporado com óleo essencial de patchouli preparado por impregnação cíclica com CO2 supercrítico para curativos
Análise por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) de óleos essenciais de patchouli com base em diferentes áreas geográficas em Aceh
Análise e avaliação dos componentes do óleo essencial de cascas de canela usando GC-MS e espectroscopia FTIR
Espectros de reflectância total atenuada-FTIR combinados com calibração multivariada e análise de discriminação para análise de adulteração do óleo de patchouli
Os efeitos citotóxicos de vesículas da membrana externa isoladas de cepas hospitalares e laboratoriais de Pseudomonas aeruginosa em linhagem celular de queratinócitos humanos
Avaliação da atividade antibacteriana do óleo de patchouli
Atividade antimicrobiana dos óleos essenciais de três espécies de Pogostemon
Atividade antibacteriana in vitro e in vivo da Pogostona
Métodos para aceitação de implantes e cicatrização de feridas: A seleção de materiais e a localização do implante modulam os fenótipos de macrófagos e fibroblastos
Hidrogel carregado com extrato de cerne de Pterocarpus marsupium Roxburgh/nanopartículas de quitosana como agente inovador de cicatrização de feridas em modelo de rato diabético
Uma revisão abrangente sobre hidrogéis
Hidrogéis funcionais como curativos para melhorar a cicatrização de feridas
Desenvolvimento de hidrogel a partir de amido de farelo de arroz
Ligação resistente de hidrogéis a diversas superfícies não porosas
Hidrogel nanocompósito antibacteriano de amido oxidado/ZnO: Síntese e avaliação de seus comportamentos de inchamento em vários pHs e soluções salinas
Formulação e caracterização de gel de folha de mamão
Modulação da degradação do hidrogel de alginato de sódio/biovidro para melhorar a infiltração tecidual e promover a cicatrização de feridas
Hidrogéis multifuncionais para cicatrização de feridas: Foco especial em hidrogéis à base de biomacromoléculas
Papel do valor do pH no diagnóstico clinicamente relevante
Síntese e avaliação de membranas de hidrogel à base de polietilenoglicol-4000-co-poli(AMPS) para liberação controlada de mupirocina para cicatrização eficiente de feridas
Aerogel poroso e nanopartículas core/shell para liberação controlada de fármacos: Uma revisão
Uma revisão sobre aerogéis revolucionários à base de biopolímeros naturais para liberação antibacteriana
Atividade antibacteriana in vitro de hidrogéis de Carbopol-Óleos Essenciais
Aerogéis antibacterianos à base de celulose para aplicação em cicatrização de feridas: Uma revisão
Determinação do efeito cicatrizante de extratos de Calendula usando o ensaio de scratch com fibroblastos 3T3
Avaliações in vitro de segurança e eficácia de uma mistura botânica complexa de Eugenia dysenterica DC. (Myrtaceae): Perspectivas para o desenvolvimento de um novo produto dermocosmético
O álcool de patchouli, um óleo essencial de Pogostemon cablin, exibe atividade antitumorigênica em células de câncer colorretal humano
A aplicação tópica do óleo essencial de Cinnamomum verum acelera o processo de cicatrização de feridas infectadas ao aumentar a capacidade antioxidante tecidual e a biossíntese de queratina
Melhoria das propriedades funcionais do óleo de canela extraído com CO2 supercrítico em filmes de biopolímero de Eucheuma cottoni reforçados com nanofibras de celulose
Teste de suscetibilidade à levofloxacina contra Helicobacter pylori: Avaliação de um método modificado de difusão em disco comparado ao E test
Carbopol 940 vs. Carbol 904: Um polímero melhor para formulação de hidrogel
Hidrogel injetável, esticável, auto-regenerativo de rede dupla dinâmica como curativo adesivo antioxidante para eliminação fototérmica de bactérias e promoção da cicatrização de feridas infectadas por MRSA em movimento
Hidrogéis sensíveis ao pH à base de amido: Síntese e efeito dos componentes moleculares no comportamento de liberação de fármacos
Nanocomplexos iônicos de ácido hialurônico e polarginina para formar materiais sólidos: Uma metodologia verde para obter esponjas com potencial biomédico
Caracterização do óleo essencial de patchouli; (a) espectros de FT-IR e (b) atividade antibacteriana contra os microrganismos selecionados.
Evaporação de água e estabilidade ao ar das amostras de hidrogel; os gráficos mostram a redução de peso em cada amostra (a) CS, (b) WS, (c) CCS3, (d) CCS6, (e) CWS3 e (f) CWS6 por 15 dias.
Morfologia superficial das amostras de hidrogel preparadas sob MEV com ampliação de 15k; as setas vermelhas mostram as superfícies porosas e as amarelas mostram as superfícies lisas.
Espectros de FT-IR dos materiais precursores (a) e das amostras de hidrogel preparadas (b) em uma faixa de número de onda de 4000 a 500 cm−1.
Propriedades de degradação in vitro das amostras de hidrogel em soluções tampão fosfato a 37 °C e pH 7.
A taxa de liberação do óleo essencial de patchouli das amostras de hidrogel carregadas em diferentes intervalos de tempo; (a) CCS3, (b) CCS6, (c) CWS3 e (d) CWS6.
Os resultados da atividade antibacteriana (a) e da biocompatibilidade com fibroblastos murinos (b) das amostras de hidrogel preparadas.
Aparência física e propriedades das amostras de hidrogel preparadas.
Amostra Aparência Física e Odor Homogeneidade pH Espalhabilidade (g·cm/s) Viscosidade (cP) Fotografia do Hidrogel CS Branco intenso e inodoro Aquoso 6,81 ± 0,2 7,71 ± 0,94 3973 ± 81 WS Branco intenso e inodoro Aquoso 6,97 ± 0,2 6,94 ± 0,82 5321 ± 37 CCS3 Branco intenso com forte odor de patchouli Bom 7,13 ± 0,1 5,26 ± 0,64 10.917 ± 82 CCS6 Branco intenso com forte odor de patchouli Excelente 7,04 ± 0,2 4,59 ± 0,88 13.008 ± 29 CWS3 Branco intenso com forte odor de patchouli Bom 7,23 ± 0,1 4,87 ± 0,71 12.411 ± 91 CWS6 Branco intenso com forte odor de patchouli Excelente 7,19 ± 0,1 4,02 ± 0,34 15.016 ± 59
Composição da mistura e composição química das amostras de hidrogel.
Amostra Amido Convencional (%) Amido Ceroso (%) Carbopol (%) Óleo Essencial de Patchouli (%) Glicerol (%) Trietanolamina Água (%) CS 6 - - - - - 94 WS - 6 - - - - 94 CCS3 3 - 0,25 3 5 0,05 88,7 CCS6 6 - 0,25 3 5 0,05 85,7 CWS3 - 3 0,25 3 5 0,05 88,7 CWS6 - 6 0,25 3 5 0,05 85,7