Nanopartículas de óleo de palma bruto: estabilidade e citotoxicidade

Abstract

O óleo de palma bruto (OPB) é o mais produzido no mundo, e apresenta alto teor de bioativos, como carotenoides, que tem baixa estabilidade na presença de oxigênio, luz e temperatura elevada. A nanotecnologia tem apresentado efeitos positivos na preservação e aplicabilidade de óleos vegetais, embora pouco se saiba sobre sua segurança. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi investigar em base científica e de patentes o potencial tecnológico de nanoemulsões, e na literatura os aspectos relacionados à toxicidade de nanopartículas de óleos (NPO), bem como produzir e caracterizar nanopartículas de OPB (NP-OPB) com farinha do albedo do maracujá (FAM) como encapsulante, avaliando sua estabilidade e citotoxicidade. Foram utilizadas as bases de dados Scopus, Espacenet® e Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI) para a prospecção e Pubmed/Medline, Scopus e Science Direct para o levantamento bibliográfico. Foram recuperados 7411 trabalhos científicos sobre nanoemulsões na base de dados Scopus, e 56 e 66 documentos de patentes nas bases Espacenet®? e INPI, respectivamente. Os dados demonstraram crescimento expressivo e superior de artigos científicos sobre o tema (2001-2020) em relação às patentes. Na área de alimentos, a técnica de nanoemulsificação é utilizada, principalmente, com o intuito de preservar compostos bioativos. O Brasil, tem apenas 2 patentes depositadas, demonstrando uma lacuna na proteção da propriedade intelectual nesta área. No levantamento bibliográfico, foram encontrados apenas 14 trabalhos com NPO para aplicação em alimentos, que avaliavam a toxicidade, sendo 11 com óleos essenciais, 3 com óleos vegetais e 1 de óleo de alga marinha. O ensaio de viabilidade celular através do método de redução do brometo de 3-(4, 5-dimetiltiazol-2-il) -2, 5- difeniltetrazólio (MTT) foi o mais usado (12). As NPO apresentaram efeito anticâncer em 6 estudos e antioxidante em 7. O levantamento evidenciou a necessidade de mais estudos, tanto in vivo, quanto com óleos vegetais, a fim de compreender melhor a segurança de NPO. Nos experimentos laboratoriais, foram produzidas NP-OPB por nanoemulsificação e caracterizadas quanto à morfologia, tamanho de partícula, índice de polidispersibilidade (PDI), potencial zeta (PZ), pH, cor e carotenoides totais. A estabilidade das características de tamanho, PDI, PZ, pH e cor das NP-OPB (60 dias/4 ± 2oC) foi verificada quinzenalmente, e sua citotoxicidade foi avaliada através dos ensaios MTT e incorporação do iodeto de propídeo (IP) em células imortalizadas do hipocampo de camundongos (HT22). As NP-OPB produzidas apresentaram morfologia esférica, tamanho inicial de 232,17 ± 0,84 nm, PDI de 0,25 ± 0,01, PZ de -43,67 ± 3,16 mV, pH de 5,04 ± 0,02, e tendência ao amarelo, indicando tamanho adequado (< 1000 nm), boa estabilidade (|PZ| > 30) e uniformidade (PDI < 0,3). O nanoencapsulamento preservou 55,85% dos carotenoides totais do OPB. Na avaliação de estabilidade, houve redução do valor do pH e da pigmentação amarela, mas os parâmetros de tamanho, PDI e PZ mantiveram-se estáveis. No ensaio MTT, as NP-OPB não diminuíram a viabilidade celular das células HT22 em nenhuma concentração testada (2,5 x 10-6 mg/mL a 2,5 x 10-1 mg/mL), porém, o ensaio IP detectou citotoxicidade na maior concentração (2,5 x 10-1 mg/mL). Dessa forma, concentrações = 2,5 x 10-2 mg/mL foram consideradas seguras para as células HT22. O presente estudo demonstrou o potencial de uso de NPO no âmbito nacional e internacional e apontou lacunas que precisam ser preenchidas para a melhor compreensão sobre a segurança desta tecnologia. Além disso, as NP-OPB formuladas com FAM através da técnica de nanoemulsificação foram estáveis em 60 dias de armazenamento refrigerado e mostraram-se seguras em células HT22, em concentrações = 2,5 x 10-2 mg/mL, sendo consideradas promissoras para aplicação como corante natural em alimentos que tenham pH próximo à faixa de 4-5, em que as NP-OPB permaneceram ao longo do armazenamento.

Abstract: Crude palm oil (CPO) is the world most produced vegetable oil and has a high content of bioactive compounds, such as carotenoids, which have low stability in the presence of oxygen, light, and high temperature. Nanotechnology has shown positive effects on preservation and applicability of vegetable oils, although little is known about its safety. Thus, this work aims to investigate, on both scientific and patent basis, the technological potential of nanoemulsions and issues related to oil nanoparticles (ONP) toxicity, as well as to produce and characterize crude palm oil nanoparticles (CPO-NP) with passion fruit albedo flour (PAF) as an encapsulant, evaluating its stability and cytotoxicity. Scopus, Espacenet®, and National Institute of Industrial Property (INPI) databases were used for prospecting and Pubmed / Medline, Scopus, and Science Direct for the bibliographic research. On total, 7411 scientific papers about nanoemulsions were retrieved in the Scopus database, and 56 and 66 patent documents in the Espacenet®? and INPI databases, respectively. The obtained data showed an expressive and superior growth of scientific articles on the subject (2001-2020) over patents. The nanoemulsification technique is commonly used in the area, to preserve bioactive compounds. Brazil has only 2 patents filed, which demonstrates a gap in the intellectual property protection in this area. In the bibliographic research, only 14 studies with ONP were found in the literature, for food application, envolving toxicity evaluation: 11 with essential oils, 3 with vegetable oils, and 1 with seaweed oil. The cell viability assay using the 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5- diphenyltetrazolium bromide reduction method (MTT) was the most used (12). The ONP showed an anticancer effect in 5 studies and an antioxidant in 7. The research shows the need for more studies, both in vivo and with vegetable oils, to better understand the ONP safety. In the laboratory experiments, CPO-NP were produced by nanoemulsification and characterized in terms of morphology, particle size, polydispersity index (PDI), zeta potential (PZ), pH, color, and total carotenoids. The stability of CPO-NP (60 days/4 ± 2oC) was checked every two weeks for size, PZ, PDI, pH, and color, and its cytotoxicity was evaluated using both MTT assays and incorporation of propidium iodide (IP) in immortalized hippocampus cells of mice (HT22). The CPO-NP produced showed spherical morphology, initial size of 232.17 ± 0.84 nm, PDI of 0.25 ± 0.01, PZ of -43.67 ± 3.16 mV, pH of 5.04 ± 0.02, and yellow tendency, indicating adequate size (< 1000 nm), good stability (|PZ| > 30) and uniformity (PDI < 0.3). The nanoencapsulation preserved 55.85% of the total CPO carotenoids. In the stability evaluation, there was a reduction in the pH value and yellow pigmentation, but the parameters of size, PDI, and PZ remained stable. In the MTT assay, CPO-NP did not affect HT22 cells at any concentration tested (2, 5 x 10-6 mg/ml to 2.5 x 10-1 mg/ml), however, the IP assay detected cytotoxicity in the highest concentration (2.5 x 10-1 mg/ml). Thus, concentrations = 2.5 x 10-2 mg/mL were considered safe for HT22 cells. The present study demonstrated the potential for using ONP at the national and international levels and pointed out gaps that need to be filled to better understand this technology safety. Also, CPO-NP formulated with PAF through the nanoemulsification technique were stable in 60 days of cold storage and were safe in HT22 cells, in concentrations = 2.5 x 10-2 mg/mL, being considered promising for application as a natural dye in foods that have a pH close to the range 4-5, in which the CPO-NP remained stable.