Formation of naringin and naringenin particles in supercritical medium and evaluation of biological activities in vitro and in vivo

Abstract

Os flavonoides naringina e seu derivado naringenina apresentam várias propriedades biológicas notáveis, destacando-se por suas atividades anti-inflamatórias, antioxidantes, neuroprotetoras, antiapoptóticas e potencial antipsicótico. Porém, possuem baixa solubilidade e biodisponibilidade, o que dificulta a sua aplicação farmacológica. Sabe-se que a cocristalização e a micronização de substâncias podem alterar propriedades físico-químicas como solubilidade, dissolução, biodisponibilidade, estabilidade, podendo ocasionar a redução de efeitos colaterais. Além disso, o uso de fluidos supercríticos no processamento destas partículas apresenta como vantagens a redução do estresse térmico e mecânico; utilização de temperaturas moderadas e atmosfera inerte que evita a degradação dos produtos; eliminação ou redução no uso de solventes orgânicos em comparação aos métodos tradicionais. Diante disso, o objetivo deste trabalho é micronizar os compostos bioativos naringina e naringenina e cocristalizar naringenina utilizando fluidos supercríticos, e avaliar a sua atividade in vitro e in vivo. A micronização de naringenina e naringina pela técnica GAS (gás antissolvente) foi realizada com sucesso obtendo partículas com menor tamanho e aumento na área superficial e taxa de dissolução comparada às formas comerciais. Além disso, as formas micronizadas de naringina e naringenina, quando testadas in vivo, mostraram potencial antipsicótico contra sintomas positivos de esquizofrenia utilizando o modelo de hiperlocomoção induzida por cetamina em camundongos. A cocristalização naringenina:betaína (NRG:BTN) utilizando a técnica GAS apresentou melhor taxa de dissolução da naringenina, se comparada com a forma comercial e mistura física. O teste in vitro de permeabilidade através de células intestinais (IEC-6) mostraram que o cocristal NRG:BTN deve seguir administração oral com baixas doses e doses frequentemente administradas. A permeação do cocristal em células da barreira hematoencefálica (ECV 304) sugerem um efeito sinérgico de NRG e BTN para o cocristal e a mistura física que possibilitam um aumento da permeação de NRG através do BBB. Portanto, este trabalho abre um potencial para a aplicação de naringenina e naringina micronizada e cocristal NRG:BTN na área farmacêutica, bem como outras aplicações a serem exploradas.

Abstract: The flavonoids naringin and its derivative naringenin have several notable biological properties, standing out for their anti-inflammatory, antioxidant, neuroprotective, anti-apoptotic, and antipsychotic potential activities. However, they have low solubility and bioavailability, which makes their pharmacological application difficult. It is known that cocrystallization and micronization of substances can alter physical-chemical properties such as solubility, dissolution, bioavailability, and stability, which can reduce side effects. Furthermore, the use of supercritical fluids in processing these particles has the advantages of reducing thermal and mechanical stress, use of moderate temperatures, and an inert atmosphere that prevents product degradation, elimination, or reduction in the use of organic solvents compared to traditional methods. Therefore, this work aims to micronize the bioactive compounds naringin and naringenin, and cocrystallize naringenin using supercritical fluids and evaluate its activity in vitro and in vivo. The micronization of naringenin and naringin using the GAS (anti-solvent gas) technique was successfully carried out, obtaining particles with smaller sizes and increased surface area and dissolution rate compared to commercial forms. Furthermore, micronized forms of naringin and naringenin, when tested in vivo, showed antipsychotic potential against positive symptoms of schizophrenia using the ketamine-induced hyperlocomotion model in mice. Naringenin: betaine (NRG:BTN) cocrystallization using the GAS technique showed a better naringenin dissolution rate than the commercial form and physical mixture. The in vitro permeability test through intestinal cells (IEC-6) showed that the NRG:BTN cocrystal should follow oral administration with low doses and frequently administered doses. Cocrystal permeation in blood-brain barrier cells (ECV 304) suggests a synergistic effect of NRG and BTN for the cocrystal and the physical mixture that increases NRG permeation across the BBB. Therefore, this work opens up the potential for the application of naringenin and micronized naringin, and NRG:BTN cocrystal in the pharmaceutical area, as well as other applications to be explored.