Desenvolvimento, caracterização e avaliação da atividade antimicrobiana de nanocápsulas e nanoemulsões contendo óleo essencial de Melaleuca alternifolia Cheel

Abstract

O óleo essencial de Melaleuca alternifolia é um óleo volátil obtido a partir de uma espécie nativa da Austrália conhecida como árvore do chá. Estudos pré-clínicos têm demonstrado que este óleo volátil possui um amplo espectro de atividades biológicas, no entanto já é bem conhecido que óleos voláteis tipicamente apresentam baixa solubilidade e alta volatilidade, limitando o uso como agente terapêutico. A associação de óleos voláteis e sistemas nanoestruturados é uma alternativa promissora para contornar as limitações relacionadas a óleos voláteis e sua utilização como agentes terapêuticos. Dentre os sistemas nanoestruturados, destacam-se as nanoemulsões e nanocápsulas. Nanoemulsões (NE) são compostas de óleo vegetais, sintéticos ou semissintéticos estabilizados por surfactantes. Nanocápsulas (NC) consistem em um núcleo oleoso ou aquoso cercado por uma parede polimérica. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar NE e NC contendo óleo essencial de Melaleuca alternifolia visando obter um produto fitoterápico com atividade antimicrobiana. As técnicas de emulsificação espontânea e nanoprecipitação foram utilizadas para preparação das nanoemulsões e nanocápsulas, respectivamente. Dois estudos de formulação foram realizados para seleção dos componentes das formulações. As nanoemulsões preparadas com o surfactante hidrofílico Pluronic® F68 a 1,5% (m/V) apresentaram-se promissoras, com tamanho de partícula de 146,76 ± 0,2 nm, índice de polidispersão de 0,171 ± 0,1 e potencial zeta de -38,3 ± 0,1 mV. Em um segundo estudo de formulação, foram preparadas nanocápsulas a partir do polímero Eudragit® RS100 ou policaprolactona (PCL). Nanocápsulas preparadas com Eudragit® RS100 apresentaram tamanho médio de partícula de 197 ± 0,5 nm, índice de polidispersão de 0,181 ± 0,1 e potencial zeta de +33 ± 0,3 mV e, portanto, menores, menos dispersas e potencialmente mais estáveis que as nanocápsulas obtidas com PCL (tamanho 335 ± 1,0 nm, PDI 0,2 ± 0,1 e potencial zeta -22 ± 0,3 mV). As nanoemulsões e nanocápsulas não apresentaram modificações significativas de tamanho, índice de polidispersão, potencial zeta e pH ao final de 60 dias a 4 e 25 ºC e no índice de instabilidade durante o estudo de estabilidade acelerada. No estudo de fotoestabilidade, as NE permaneceram estáveis durante os primeiros cinco dias e as NC até o final do experimento, demonstrando o efeito protetor do polímero. Em estudo de citotoxicidade em células RAW e HEK não foram observadas diferenças significativas entre o óleo essencial de Melaleuca alternifolia livre e os sistemas nanoestruturados. O efeito de NE-TTO e NC-TTO na sepse foi avaliado por modelo ligação e perfuração cecal. Foi observado efeito preventivo do estresse oxidativo no rim e pulmão e redução da inflamação no foco da infecção (lavado peritoneal). Na avaliação da ação antimicrobiana dos sistemas, ambos reduziram significativamente o crescimento bacteriano. A determinação da atividade anti-herpética, contra o Herpes Simplex Virus-1 (HSV-1) foi avaliada por ensaio de redução do número de placa viral. A citotoxicidade de NE-TTO e NCTTO e óleo essencial de Melaleuca alternifolia livre foi determinada em células Vero por ensaio Sulforrodamina por 48 h. NE-TTO e NC-TTO apresentaram efeito anti-herpético maior contra o vírus HSV-1 em comparação ao óleo essencial de Melaleuca alternifolia livre.

Abstract: The tea tree oil (TTO), which is extracted from Melaleuca alternifolia, has shown potential anti-inflammatory, antibacterial, and antiviral activities. On the other hand, essential oils typically exhibit low solubility and high volatility, limiting its use as a therapeutic agent. Colloidal drug delivery carrier present advantages such as drug release control, improved efficacy and physicochemical stability. Nanoemulsions (NE) are composed of vegetal, synthetic, or semisynthetic oils stabilized by surfactants. Nanocapsules (NC) consist of an oily or aqueous core surrounded by a polymeric wall. The aim of the present study was to develop and characterize NE and NC formulations containing TTO and evaluate the antimicrobial activity. NE-TTO and NC-TTO were prepared by spontaneous emulsification and nanoprecipitation method, respectively. Two pre-formulation study was performed for selected the composition the NE-TTO. The NE-TTO prepared with the surfactant Pluronic® F68 showed satisfactory results with a particle size of 146.76 ± 0.2 nm, polydispersity index of 0.171 ± 0.1 and zeta potential of -38.3 ± 0.1 mV. The two pre-formulation study indicated that the nanocapsules prepared from the Eudragit® RS100 polymer were more promising with particle size of 197 ± 0.5, polydispersity index of 0.2 ± 0.1 and zeta potential of 33 ± 0.3 mV. The nanoemulsions and nanocapsules were stable at the two temperatures tested at end of 60 days and and instability index during the accelerated stability study. In the photostability study the NE remained stable for the first 5 days and the NC remained at the end of the experiment. Cytotoxicity of both systems and free TTO in RAW and HEK cells were also evaluated. The results showed no significant difference between free TTO and nanostructured systems. The effect of NE-TTO and NC-TTO on sepsis was evaluated by model cecal ligation puncture. A preventive effect of oxidative stress on the kidney and lung and reduction of inflammation in the peritoneal lavage and kidney was observed. In assessing the antimicrobial action of the systems, both significantly reduced bacterial growth. The determination of anti-herpetic activity against Herpes Simplex Virus-1 (HSV-1) was evaluated by a viral plaque reduction test. The cytotoxicity of NE-TTO and NC-TTO and free TTO was determined in Vero cells by Sulforrodamine assay for 48 h. NE-TTO and NC-TTOV showed a greater anti-herpetic effect against the HSV-1 virus compared to free TTO.