Micronização e cocristalização de berberina utilizando o método gás antissolvente (GAS)

Abstract

A berberina, um composto amplamente empreendedor na fitoterapia, constitui o principal componente em diversas plantas de uso tradicional na medicina chinesa. Demonstra potencial terapêutico no tratamento de condições como diabetes, hipercolesterolemia, transtornos mentais, incluindo depressão e ansiedade, bem como atividade antimicrobiana. No entanto, a sua aplicação encontra-se restrita devido à sua insolubilidade em água, o que compromete a sua biodisponibilidade. Como resposta a essas limitações, diversas estratégias foram exploradas, tais abordagens incluem técnicas como micronização e cocristalização, as quais têm a capacidade de modificação das propriedades físico-químicas das emissões por meio de alterações na morfologia das partículas, aumento da área superficial por meio da redução do tamanho e alteração da estrutura cristalina. O uso de fluidos supercríticos tem surgido como uma alternativa promissora às técnicas convencionais, proporcionando temperaturas mais brandas para a preservação de compostos termolábeis e evitando a necessidade de solventes orgânicos. Uma das técnicas que se vale do uso de fluidos supercríticos é o GÁS (Gás antissolvente), no qual o fluido supercrítico atua como um antissolvente, proporcionando a solubilidade do soluto no solvente. Neste contexto, o presente estudo tem como propósito aprimorar a taxa de dissolução da berberina através da aplicação da técnica GAS antissolvente, com o intuito de reduzir o tamanho das partículas e promover alterações na estrutura cristalina para a formação de cocristais. As partículas micronizadas e os cocristais obtidos foram submetidos à análise por calorimetria diferencial de varredura, difração de raios-X de pó e espectroscopia no infravermelho. Adicionalmente, foram conduzidos estudos do sistema binário líquido-vapor entre o solvente e o CO2 supercrítico (antissolvente) para determinar as condições de temperatura e pressão ideais para a micronização. Como resultado, a micronização comprovada em uma redução do tamanho das partículas, de 13,24 µm para 6,34 µm, e uma nova estrutura polimórfica da berberina pode ter sido obtida nas partículas produzidas com etanol. Além disso, observou-se um aumento na taxa de dissolução das partículas micronizadas em comparação com a amostra comercial. Sem o intuito de determinar coformadores com potencial para a formação de cocristais com a berberina, foi realizada uma investigação utilizando a técnica de moagem assistida por líquido. Ácido ascórbico e resveratrol foram os coformadores selecionados para a produção de cocristais com a berberina por meio da técnica supercrítica. A formação dos cocristais foi confirmada por meio da análise de calorimetria diferencial de varredura, que revelou um novo evento endotérmico, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), que indicou interações entre os compostos, e difração de raios-X (PDRX) , que apresentou a formação de novos planos cristalinos na amostra,diferenciando-a de ambos os compostos originais. Nesse contexto, o emprego da técnica GAS antissolvente demonstrou seu potencial tanto na micronização de compostos quanto na formação de cocristais de berberina, contribuindo para o aprimoramento das taxas de dissolução dos compostos em meio aquoso. Dessa forma, esta abordagem representa uma alternativa promissora para melhorar as propriedades de compostos bioativos.

Abstract: Berberine, a compound widely used in traditional Chinese herbal medicine, is the predominant constituent in various plants with established use in traditional Chinese medicine. It exhibits therapeutic potential in the treatment of conditions such as diabetes, hypercholesterolemia, mental disorders, including depression and anxiety, and antimicrobial effects. However, its application is constrained due to its pronounced insolubility in water, limiting its bioavailability. In response to this limitation, several strategies have been explored, particularly concerning the presence of the quaternary ammonium cation in its structure. These approaches encompass techniques such as micronization and cocrystallization, which have the capability to modify the physicochemical properties of substances by altering particle morphology, increasing surface area through particle size reduction, and modifying the crystalline structure. The utilization of supercritical fluids has emerged as a promising alternative to conventional techniques, providing milder temperatures for the preservation of thermolabile compounds and reducing the need for organic solvents. One such technique utilizing supercritical fluids is the GAS (Gas Antisolvent) method, in which the supercritical fluid acts as an antisolvent, reducing the solubility of the solute in the solvent. In this context, the present study aims to enhance the dissolution rate of compounds through the application of the GAS antisolvent technique, with the objective of reducing particle size and inducing alterations in the crystalline structure for cocrystal formation. Micronized particles and cocrystals obtained were subjected to differential scanning calorimetry, X-ray powder diffraction, and infrared spectroscopy analysis. Additionally, binary liquid-vapor system studies were conducted between the anti-solvent and supercritical CO2 to determine the optimal temperature and pressure conditions for micronization. Successfully, micronization led to a reduction in particle size from 13.24 µm to 6.34 µm, and a new polymorphic structure of berberine was achieved in particles produced with ethanol. Furthermore, an increase in the dissolution rate was observed for micronized particles compared to the commercial sample. In order to identify coformers with potential for cocrystal formation with berberine, an investigation was conducted using the liquid-assisted grinding technique. Ascorbic acid and resveratrol emerged as the selected coformers for cocrystal production with berberine using the supercritical technique. The formation of cocrystals was confirmed through differential scanning calorimetry, revealing a new endothermic event, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) indicating interactions between the compounds, and X-ray diffraction (PDRX) demonstrating the formation of new crystalline planes in the sample, distinguishing it from both original compounds. In this context, the utilization of the GAS antisolvent technique demonstrated its potential in both the micronization of compounds and the formation of berberine cocrystals, contributing to the enhancement of dissolution rates of compounds in aqueous media. Thus, this approach represents a promising alternative for improving the properties of bioactive compounds.