京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第23248号 / 農博第2455号 / 新制||農||1084(附属図書館) / 学位論文||R3||N5338(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科農学専攻 / (主査)教授 松村 康生, 教授 丸山 伸之, 教授 谷 史人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM

L’utilisation des nanoparticules Janus pour la délivrance de médicaments suscite un grand intérêt depuis quelques années. Cependant, beaucoup d’aspects sont encore à comprendre dans la préparation de tels systèmes, notamment en présence de principes actifs.Le but de cette thèse était d’étudier des nanoparticules compartimentées Janus (JNP) constituées d’excipients lipidiques, et principalement de glycérides polyoxyéthylénés. Les objectifs étaient, d’une part, une meilleure compréhension de la structure et de la physico-chimie de ces objets puis, d’autre part, leur utilisation contre Helicobacter pylori (H. pylori).Ces JNP sont produites facilement par un procédé d’homogénéisation haute pression qui a permis de fabriquer des lots allant de 10 mL à 1 L. Elles ont été caractérisées par cryo-microscopie, calorimétrie, diffraction des rayons X, diffusion quasi-élastique de la lumière notamment et ont montrées une très grande stabilité physique sur plus d’un an. Les résultats les plus intéressants ont été obtenus avec une formulation contenant 20% de phase lipidique (Labrafil® M1944CS ou Labrafil® M2125CS) et 3% d’un mélange de tensioactifs (Gelucire® 50/13 – Phospholipon® 90G 2:1 en masse). Diverses expériences autour de la formulation et du procédé ont permis d’identifier certains paramètres critiques, notamment la nature de la phase lipidique, l’ordre d’incorporation des excipients ou le taux de diesters de PEG 1500.Des essais d’encapsulation dans ces JNP et de protection d’un principe actif instable en milieu acide, l’érythromycine, ont également été menés. Les nanodispersions formées, physiquement stable pendant au moins 6 mois, avaient une taille de l’ordre de 150 nm et une distribution de taille unimodale. Des tests in vitro ont montré que l’érythromycine encapsulé gardait son efficacité anti-microbienne et était plus stable en milieu acide. Par contre, les nanoparticules ont perdu leur compartimentation en présence d’érythromycineEnfin, des études ont été menées pour comprendre l’influence de l’incorporation de principes actifs (API) sur le procédé. Ainsi, il a été montré que l’ajout de caféine, chloroxylénol, quercétine et tricloasan dans la formulation n’altérait pas la morphologie des JNP contrairement à l’érythromycine et à la dioxybenzone dans une moindre mesure.L’ensemble de ces résultats a montré que les nanoparticules compartimentées Janus sont des systèmes prometteurs de transport et de protection de principes actifs. / The use of Janus nanoparticles (JNPs) as constituent of drug delivery formulations has been a topic of considerable interest for the past several years. However, the formation of vesicles and nanoparticle-associated drug/active are still unclear.The aim of the present study was a physicochemical characterization of lipid nanodispersions based on polyoxylglycerides, especially focused on lipid-based JNPs. The experiments should lead to a better understanding of structure and behavior of the very interesting carrier system on Helicobacter pylori (the abbreviation is H. pylori).The multicompartment lipid-based JNPs were produced easily at small (10 to 50 ml/batch) and large scale (1 liter/batch) by hot high pressure homogenization method. Samples were very well long-time stable for at least over 12 months with respect to particle size, DSC, XRD, and special particle morphology characteristics. Especially for particles containing 20% of lipid phase (Labrafil® M1944CS or Labrafil® M2125CS) and surfactant mixture of Gelucire® 50/13 – Phospholipon® 90G (2:1), strong adhesion could be observed in the studies by cryo-TEM technique. By changing the formulation components and process parameters, data showed that the formation of the multicompartment lipid-based JNPs depended on the using of suitable oil phase with the surfactant mixture and the method to produce the vesicles under the identified conditions.We also successfully prepared the stable nanodispersions to protect a labile antibiotic, erythromycin. The mean diameter of the ERY-loaded nanodispersions was found approximately 150 nm, and the size distribution was unimodal. The system was physically stable at room temperature for over six months. The test of antimicrobial activity in vitro on H. pylori showed that not only the preparation process did not reduce the antimicrobial activity of erythromycin, but also the stability of erythromycin was also improved in acidic environment.Furthermore, the properties of APIs loaded into the blank vesicles also affected their particle morphologies. We achieved the nanoparticles like JNPs when loading caffeine, chloroxylenol, quercetin, and triclosan into the vesicles. These results demonstrated that the multicompartment lipid-based JNPs are a promising carrier to protect unstable APIs and enhance their stability and solubility, despite the changes in the structure of the JNPs when incorporating with erythromycin or dioxybenzone.

Orientador: Marcelo Cristianini / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:29:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tribst_AllineArtigianiLima_D.pdf: 1785489 bytes, checksum: 6848066190ebdb2206bd7329e40f6f35 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma operação unitária capaz de alterar a conformação e, consequentemente a funcionalidade de polissacarídeos,proteínas e enzimas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da HAP na atividade e estabilidade de cinco enzimas comerciais com aplicação na indústria de alimentos (x-amilase de Aspergillus niger, protease neutra de Bacillus subtilis, b-galactosidase de Kluyveromyces lactis, amiloglicosidase de A. niger e glicose oxidase de A. niger). Para cada enzima, a atividade foi avaliada antes e após a HAP (até 200 MPa) em diferentes temperaturas e pH. Além disso, a reversibilidade dos efeitos do processo foi determinada indiretamente através da medida de atividade da enzima após um período de repouso. Os resultados de x-amilase demonstraram que a enzima é altamente estável ao processo de HAP (em pressões de até 150 MPa), independentemente do pH e temperatura de processo e da ausência de cálcio no tampão de diluição da enzima. Os resultados da b-galactosidase, por outro lado, mostraram que a enzima é pouco estável, apresentando redução da atividade (~30%) após HAP a 150 MPa quando processadas em pH não ótimo para atividade da enzima. Os resultados obtidos para a protease neutra, amiloglicosidase e glicose oxidase indicaram que o efeito da HAP foi dependente dos parâmetros utilizados no processo (pH, temperatura e pressão de homogeneização) e das condições utilizadas na medida de atividade (pH, temperatura e tempo de estocagem). Para estas três enzimas, significativos ganhos de atividade e/ou estabilidade foram observados para pelo menos uma das condições avaliadas, sendo que os mais importantes foram: (i) redução da temperatura ótima de atividade da protease neutra de 55 para 20ºC após HAP a 200 MPa, (ii) aumento da atividade da glicose-oxidase à 75ºC após HAP a 150 MPa, (iii) aumento da atividade residual entre 100 e 400% após armazenamento refrigerado de glicose-oxidase homogeneizada em diferentes pressões, (iv) aumento da atividade de amiloglicosidase à 80ºC após a HAP a 100 MPa. A reversibilidade das alterações observadas foi inferida pela avaliação da atividade da enzima após um período de repouso, sendo as alterações determinadas como reversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, amiloglicosidase) ou irreversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, b-galactosidase) em função dos parâmetros de processo. O efeito de processamentos sequenciais sobre a glicose oxidase, a protease e a amiloglicosidase também foi avaliado e os resultados demonstraram que, para a maioria das condições estudadas, a atividade da enzima se manteve igual à obtida após o primeiro ciclo de homogeneização ou apresentou uma redução. Uma exceção foram os resultados da glicose oxidase homogeneizada a 150 MPa por 3 vezes, que apresentou aumento de atividade de aproximadamente 150% em relação à enzima nativa. A partir dos resultados, conclui-se que o efeito da HAP é diferente para cada enzima e que as maiores alterações ocorrem em condições de atividade não ótima e para enzimas de estruturas mais complexas, como é o caso da glicose oxidase. Os resultados obtidos apresentam aplicação direta, para modificação e melhoria do desempenho de enzimas comerciais, e preenchem uma lacuna científica importante sobre o conhecimento dos efeitos do processo de HAP em enzimas / Abstract: High pressure homogenization (HPH) is a unitary operation capable to alter the conformation and, consequently, the functionality of polyssacharides, proteins and enzymes. This work aimed to study the HPH effects on activity and stability of five commercial enzymes intensively applied in food industry (x-amylase from Aspergillus niger, b-galactosidase from Kluyveromyces lactis, neutral protease from Bacillus subtilis, amyloglucosidase from A. niger and glucose-oxidase from A. niger). The activity of each enzyme was studied before and after HPH process (up to 200 MPa) at different temperatures and pH. Moreover, the process reversibility was indirectly determined by the activity measured after a rest period under refrigeration (8ºC).The results revealed that x-amylase was highly stable to HPH up to 150 MPa,independent on the pH or temperature used in the HPH process or the presence of calcium in buffer. On the other hand, the results of b-galactosidase indicated that enzyme was partially inactivated (~ 30%) after homogenization at 150 MPa when processed at non optimum pH. The HPH effects on neutral protease, amyloglucosidase (AMG) and glucose oxidase (GO) were dependent on the process parameters (pH, temperature and homogenization conditions) and the activity measurement conditions (pH, temperature and storage time). For these enzymes, it was observed activity and/or stability improvement after some process. The main improvements were: (i) change of the optimum temperature of neutral protease from 55 to 20ºC after HPH at 200 MPa, (ii) improvement of GO activity at 75ºC after HPH at 150 MPa, (iii) enzyme activity improvement between 100 and 400% after GO refrigerated storage, (iv) improvement on amyloglucosidase activity at 80ºC after HPH at 100 MPa. The reversibility of the HPH effects was evaluated after a rest period.The reversibility was dependent on the process parameters; but, in general, neutral protease, GO and AMG were reversible, while the results of neutral protease, GO and b-galactosidase were irreversible. The effects of sequential homogenization processes (sequential passes) on GO, AMG and neutral protease were evaluated and the results showed that the enzyme activity remained equal or reduced after 2 or 3 cycles of homogenization. An exception was the result obtained for GO homogenized at 150 MPa, which showed an activity improvement of 150% after three passes. The results evaluation of this research showed that HPH effects on enzymes were different for each enzyme. The main alterations occured at non optimum condition of enzyme activity and for enzymes with complex structure as the GO. The obtained results can be directly applied for improvement of enzyme industrial production. Also, the results enriched the scientific knowledge about the HPH effects on enzymes / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutora em Tecnologia de Alimentos

Orientadores: Flavia Maria Netto, Ricardo de Lima Zollner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T22:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morais_JanainaMadruga_M.pdf: 1775595 bytes, checksum: 5ee1d5b4bacec45d3dfff615d49f7ca8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O leite bovino contém várias proteínas capazes de induzir resposta alérgica, sendo que a ß-lactoglobulina (ß-Lg) e a a-lactalbumina (a-La), proteínas mais abundantes do soro, estão entre as principais proteínas antigênicas. A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma tecnologia emergente que pode alterar a estrutura das proteínas do soro de leite (IPS) e, portanto, seu caráter alergênico. Estudos anteriores apontam que a polimerização com a enzima transglutaminase (TG) reduziu o potencial antigênico da ß-Lg. O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito da HAP associada à polimerização por TG na suscetibilidade à digestão gástrica e gastrointestinal e na resposta antigênica da ß-Lg e a-La antes e após a digestão gástrica. Soluções de IPS (1% m/v), tratadas termicamente (72 °C/22 min) ou não, foram homogeneizadas a diferentes níveis de pressão (0, 100, 180 MPa) ou multiprocessadas por 3 ciclos consecutivos a 180 MPa. As amostras foram caracterizadas por turbidez, pelo teor de grupos sulfidrila reativos e livres e por eletroforese em sistema nativo e em SDS-PAGE em condições redutoras e não-redutoras. As amostras processadas foram polimerizadas com TG (25 U g-1 de proteína) e caracterizadas por eletroforese SDS-PAGE em sistema redutor e densitometria dos géis. Foi avaliada a suscetibilidade da ß-Lg e da a-La à digestão gástrica e gastrointestinal após tratamento térmico, HAP e polimerização, associados ou não. As condições de digestão foram: 182 U de pepsina g-1 de proteína e a relação 1:25 (enzima:proteína) para a pancreatina. A caracterização dos digeridos foi realizada por eletroforese SDS-PAGE/Tricina e cromatografia líquida de alta eficiência de fase reversa (CLAE-FR). A antigenicidade das proteínas foi avaliada pelo método ELISA, utilizando soro anti-ß-Lg ou anti-a-La de camundongos BALB/c imunizados com as proteínas nativas. A homogeneização das soluções de IPS, previamente tratadas termicamente ou não, resultou na diminuição da turbidez e do teor de grupos sulfidrila reativos e livres com o aumento dos níveis de pressão. A polimerização com TG resultou na formação de polímeros com massa molecular (MM) acima de 97,4 kDa, principalmente nas amostras tratadas termicamente e homogeneizadas a 180 MPa por 1 e 3 ciclos, alcançando aproximadamente 20% de polímeros de alta MM. As amostras pré-tratadas e polimerizadas foram mais suscetíveis à digestão gástrica e gastrointestinal, resultando em menor residual de proteína intacta em relação às amostras homogeneizadas pré-tratadas termicamente ou não. Foi observado aumento (P< 0,05) da capacidade de ligação à IgE anti-a-La para a amostra de IPS tratado termicamente e homogeneizado a 180 MPa (IPS-TT-180, 27,88 µg IgE mL-1), em relação ao IPS nativo (IPS-N, 12,80 µg IgE mL-1), sugerindo que a associação do tratamento térmico e HAP aumentou a exposição de seus epítopos. Após a digestão gástrica, não foi observada redução da atividade antigênica da a-La em nenhuma das amostras analisadas. Já para a ß-Lg verificou-se que após a digestão gástrica a amostra de IPS tratado termicamente, homogeneizado a 180 MPa e polimerizado (IPS-TT-180 TG) apresentou diminuição (P< 0,05) da resposta antigênica para IgE anti-ß-Lg (13,59 µg IgE mL-1) em relação ao IPS-N (34,21 µg IgE mL-1). Em conclusão, os tratamentos utilizados alteraram a estrutura das principais proteínas do IPS, resultando na diminuição moderada da resposta antigênica da ß-Lg e no aumento da antigenicidade da a-La / Abstract: Bovine milk contains several proteins, which can induce allergic response. The most abundant whey proteins, â-lactoglobulin (â-Lg) and á-lactalbumin (á-La) are among the major antigenic proteins of cow¿s milk. High pressure homogenization (HPH) is an emergent technology which can alter whey proteins (WPI) structures and possibly WPI antigenicity. Previous studies indicated that polymerization with transglutaminase enzyme (TG) reduced the antigenic potential of â-Lg. The objective of the present study was to evaluate the effect of HPH associated to polymerization by TG on the susceptibility to simulated gastric and gastrointestinal digestion and on antigenic response of â-Lg and á-La before and after gastric digestion. Solutions of WPI (1% w/v) previously heat treated (72 °C/22 min) or without heat treatment were homogenized at several pressure levels (0, 100 and 180 MPa) or at 180 MPa for three consecutive cycles. The samples were characterized by turbidity, content of exposed and free sulfhydryl groups and by electrophoresis on native system and SDS-PAGE under non-reducing and reducing conditions. The processed samples were polymerized with TG enzyme (25 U g-1 of protein) and characterized by SDS-PAGE under reducing conditions followed by densitometry of gels. The susceptibility of â-Lg and á-La to gastric and gastrointestinal digestion was evaluated after heat treatment, HPH and polymerization, associated or not with each other. The digestion conditions were: 182 U pepsin g-1 protein and pancreatin:protein ratio of 1:25. Characterization of the digests was carried out by SDS-PAGE/Tricine and reversed-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). Protein antigenicity was evaluated by ELISA assay, using serum from BALB/c mouse immunized with native â-Lg and á-La. The homogenization of the WPI solutions, previously heat treated or without heat treatment, resulted in reducing both turbidity and exposed and free sulfhydryl group content as the pressure levels increased. The polymerization with TG enzyme resulted in polymers with molecular mass (MM) above 97.4 kDa, mainly in the samples heat treated and homogenized at 180 MPa for 1 or 3 cycles, forming around 20% of high MM polymers. Either polymerized samples previously treated with heat and/or HPH were more susceptible to gastric and gastrointestinal digestion, resulting in less residual intact protein as compared to the homogenized samples previously heat treated or without heat treatment. It was observed higher (P< 0.05) binding capacity to anti-á-La IgE for the sample heat treated and homogenized at 180 MPa WPI (WPI-TT-180, 27.88 ìg IgE mL-1) than for native WPI (WPI-N, 12.80 ìg IgE mL-1) suggesting that the association of heat treatment and HPH increased the exposition of á-La epitopes. After gastric digestion it was not observed a reduction of á-La antigenic activity. In relation to â-Lg antigenicity, after gastric digestion, the WPI sample heat treated, homogenized at 180 MPa and polymerized (WPI-TT-180 TG) showed reduction (P< 0.05) of anti-â-Lg IgE response (13.59 ìg IgE mL-1) as compared to WPI-N (34.21 ìg IgE mL-1). In conclusion, the treatments studied altered the structure of major protein of WPI, resulting in moderate reduction of â-Lg antigenic response and increased á-La antigenicity / Mestrado / Nutrição Experimental e Aplicada à Tecnologia de Alimentos / Mestra em Alimentos e Nutrição

Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T10:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_MiguelMeirellesde_M.pdf: 1688064 bytes, checksum: 7da6b05069a8467a053c06082ae009f5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Leites fermentados probióticos são considerados alimentos funcionais, devendo conferir proteção às culturas. A alta pressão dinâmica (APD) vem sendo investigada como alternativa na produção de leite fermentado, pois altera a funcionalidade de alguns constituintes. Este trabalho objetivou avaliar o uso de leite submetido à APD na cinética de fermentação de S. thermophilus e L. acidophilus, bem como a viabilidade das culturas, as características físico-químicas e reológicas durante a estocagem refrigerada do leite fermentado probiótico.Leite (3% de gordura) foi submetido ao processo de APD (100MPa e 200MPa) e comparados com controle (15/5MPa), e avaliada a cinética de fermentação (pH), atividade proteolítica e a viabilidade durante a fermentação do L. acidophilus (Cap.2). Outro experimento foi realizado com leite (2% de gordura) submetido à APD (50/5MPa, 100/5MPa, 150/5MPa e 180/5MPa) e comparado com o controle (15/5MPa), no qual foi avaliada a cinética de fermentação de S. thermophilus em co-cultura com L. acidophilus (Cap.3), bem como o comportamento reológico (Cap.3) e as características físico-químicas (Cap.4) do leite fermentado probiótico durante a estocagem refrigerada. A cinética de fermentação de Lactobacillus acidophilus foi alterada pela APD (100MPa e 200MPa) em comparação com o controle (15/5MPa), aumentando consideravelmente o tempo de fermentação com o aumento da pressão, sendo que após 24 horas de fermentação as amostras apresentaram valores de pH 4,49 (15/5MPa), pH 4,72 (100MPa) e 4,93 (200MPa). A atividade proteolítica foi alterada, sendo que pressões elevadas reduziram a atividade, atingindo no final da fermentação uma redução de 21,39% (100MPa) e 35,89% (200MPa), quando comparadas com o controle. Além disso, as amostras submetidas à APD apresentaram menor número de células viáveis de L. acidophilus no fim da fermentação em relação ao controle (0,28 ciclos log) (p<0,05). A cinética de fermentação do Streptococcus thermophilus e Lactobacillus acidophilus não foi alterada pela APD. O comportamento reológico durante a fermentação de leite processado à 100/5MPa e 180/5MPa apresentou correlação positiva entre a pressão usada com a consistência do leite fermentado, gerando um produto com maior consistência. Além disso, o processo de APD aumentou a capacidade de retenção de água (CRA) em 9,15% e reduziu a sinérese espontânea do produto em 31%, entre o controle e a amostras processada a 180/5MPa. A viabilidade do S. thermophilus não foi (p<0,05) influenciada pela APD (50/5MPa, 100/5MPa, 50/5MPa e 180/5MPa) em comparação com a homogeneização convencional (15/5MPa) durante a estocagem refrigerada, reduzindo a contagem em aproximadamente 0,2 ciclos log em todos os tratamentos estudados. A viabilidade do L. acidophilus foi maior na amostra processada a 180/5MPa a partir do 14° dia, em comparação ao controle (15/5MPa). O pH apresentou uma pequena redução (p<0,05) somente na amostra processada a 180/5MPa no ultimo dia. A atividade proteolítica das culturas não foi influenciada pela ADP. Os resultados demonstraram que a APD pode melhorar a textura de leite fermentado, aumentar a capacidade de retenção de água, reduzir a sinérese e alterar a cinética de fermentação, dependendo da cultura utilizada. No entanto, a viabilidade das culturas, a redução do pH e a atividade proteolítica não sofreram alterações expressivas pela APD, apesar de apresentar diferenças significativas / Abstract: Probiotics fermented milk are considered functional food, should provide protection to cultures. Dynamic high pressure (DHP) is being investigated as an alternative in the production of fermented milk, because changing the functionality of some constituents. This study evaluated the use of milk submitted to DHP in fermentation kinetics of S. thermophilus and L. acidophilus, as well as the viability of the cultures, the physico-chemical and rheological during refrigerated storage of fermented milk probiotic. Milk (3% fat) was subjected to the process of DHP (100MPa and 200MPa) and compared with control (15/5MPa), and evaluated the kinetics of fermentation (pH), proteolytic activity and viability during fermentation of L. acidophilus (Cap.2). Another experiment was performed with milk (2% fat) subject to DHP (50/5MPa, 100/5MPa, and 150/5MPa 180/5MPa) and compared with the control (15/5MPa), in which was evaluated the kinetics fermentation of S. thermophilus in co-cultured with L. acidophilus (Cap.3), and rheological behavior (Cap.3) and the physico-chemical (Cap.4) of probiotic fermented milk during refrigerated storage. The fermentation kinetics of Lactobacillus acidophilus was modified by DHP (100MPa and 200MPa), comparated to control (15/5 MPa) considerably increasing the fermentation time the higher the pressure used, and that after 24 hours of fermentation samples showed pH 4.49 (15/5MPa), pH 4.72 (100MPa) 4.93 (200MPa). The proteolytic activity was changed, with elevated pressures reducing proteolytic activity at the end of the fermentation, reaching a reduction of 21.39% (100MPa) and 35.89% (200MPa) compared with the control. In addition, the samples submitted to APD had lower number of viable probiotics in the end of fermentation compared to control (0,28 log cycles) (p<0.05). The fermentation kinetics of Streptococcus thermophilus and Lactobacillus acidophilus was not altered by DHP. The rheological behavior during fermentation in milk processed by DHP (100/5 MPa and 180/5 MPa) demonstrated a positive correlation between the pressure and consistency of the fermented milk. Moreover, the process of DHP favored water-holding capacity (WHC) in 10.13% and reduced syneresis spontaneous in 31% between the control and 180/5 MPa. The viability of S. thermophilus was not influenced by DHP (50/5MPa, 100/5MPa, 150/5MPa and 180/5MPa), comparated to conventional homogenization (15/5 MPa) during refrigerated storage, reducing the count in approximately 0.2 log cycles in all treatments. The viability of L. acidophilus was higher in the processed sample 180/5MPa from day 14, compared to the control (15/5 MPa). The pH showed a small reduction in sample subject to 180/5 MPa at the final day of storage. The proteolytic activity of the culture was not influenced by DHP. The results showed that the DHP may improve the texture of fermented milk, increase water-holding capacity, reduce syneresis and alter the kinetics of the fermentation. However, viability of cultures, the decrease in pH and proteolytic activity did not change by DHP, despite showing significant differences / Mestrado / Tecnologia de Alimentos / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Estudos in vitro de absorção percutânea são uma importante ferramenta para avaliação de formulações semissólidas e transdérmicas. Embora haja um grande número de agências reguladoras preocupadas com a harmonização metodológica, em muitos parâmetros elas permanecem flexíveis e isto é possível verificar na ampla variedade e divergências encontradas na literatura. O objetivo do trabalho foi avaliar parâmetros ainda flexíveis a respeito dos estudos in vitro como modo de separação das camadas da pele, permeabilidade da pele congelada (tempo de armazenamento) e diferença de permeabilidade dos locais anatômicos. Os estudos foram conduzidos utilizando células de Franz, pele suína como membrana e formulações (comercializada e inovadora) contendo penciclovir. Inicialmente, nanoemulsões foram preparadas utilizando técnica de homogeneização a alta pressão, caracterizadas, incorporadas em gel de carbômero 940 e avaliadas quanto à liberação tópica em pele suína. Simultaneamente ao desenvolvimento da formulação foi desenvolvido e validado método analítico para quantificação do fármaco nas formulações e nas camadas da pele suína. As nanoemulsões apresentaram-se monodispersas com diâmetro de gotícula em torno de 180-200 nm, potencial zeta de -27 mV e teor de penciclovir de 98% mantendo sua estrutura após a incorporação em carbômero 940. A metodologia analítica demonstrou ter alta sensibilidade (LoQ 0,05 μg/mL), especificidade e uma adequada recuperação do fármaco a partir das matrizes biológicas (90 – 104%). Quanto aos estudos in vitro de comparação de metodologias, foi possível observar que, dependendo da solubilidade do fármaco em água e das características da formulação, o método clássico de separação das camadas da pele por imersão em água não é o mais indicado. Já para permeabilidade da pele suína congelada, os resultados obtidos indicam um aumento significativo na penetrabilidade e permeabilidade após um mês de congelamento. Dentre os locais anatômicos testados, não houve diferença entre abdômen e orelha suína desde que obtidos antes do procedimento de escaldo. / In vitro percutaneous absorption studies are an important tool for evaluation of semisolid and transdermal formulations. Although there are a large number of official guides concerned with methodological harmonization in many parameters they remain flexible and it is possible to see the wide variety and differences reported in the literature. The aim of study was to evaluate some parameters regarding the in vitro studies as the mode of skin layers separation, skin frozen stability and permeability difference of anatomical sites. These studies were conducted with porcine skin and formulations (conventional and novel) using penciclovir as model drug. Initially, nanoemulsions were prepared using high pressure homogenization, characterized and incorporated into carbomer 940 gel and evaluated for topical delivery using porcine skin. Simultaneously with the development of the formulation, analytical method for quantification of the drug in the formulations and porcine skin layers was developed and validated. The nanoemulsions presented themselves monodisperse with droplet diameter of 180-200 nm, zeta potential of about -27 mV and penciclovir content of 98% maintaining their structure after incorporation into carbomer 940. The analytical methodology was shown to have high sensitivity (LOQ 0.05 μg/mL), specificity and adequate recovery of drug from the biological matrices (90-104%). Regarding the in vitro comparison methodologies, it was observed that, depending on the solubility of the drug in water and the characteristics of the formulation, the classical separation is not the most suitable for separation of the skin layers. For the stability of frozen porcine skin, the results indicate a significant increase in permeability and penetrability after one month of freezing. Within the anatomical sites tested, there was no difference between the abdomen and ear porcine skin since obtained before the scald procedure.

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e validar um método analítico empregando microextração em fase sólida (SPME) para detecção e quantificação de isoflurano (ISO) na forma volátil e incluso em nanoemulsões intravenosas e, ainda, avaliar o efeito biológico destas. A detecção do ISO foi realizada através de cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama (CG/DIC). As condições ideais para realização da pré-concentração e extração de ISO através da técnica de SPME foram temperatura ambiente, agitação constante, 30 min de extração e 2 min de dessorção no injetor do CG. O método desenvolvido foi validado avaliando os parâmetros de especificidade, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão, exatidão e robustez. As nanoemulsões contendo ISO foram desenvolvidas através da homogeneização à alta pressão, e apresentaram diâmetro médio, índice de polidispersão, potencial zeta e pH de 150 ± 0,78 nm, 0,08 ± 0,01, - 18 ± 2,4 mV e 6,03 ± 0,04, respectivamente. O pH foi ajustado para 7,4 (valor fisiológico). O teor de ISO nas formulações foi de 98,4 %. Não houve modificação das características físico-químicas das nanoemulsões após 30 dias de armazenamento a 8 ºC. Análises de espalhamento de luz múltiplo não demonstraram tendência a fenômenos de instabilidade física para as formulações. Os estudos do efeito anestésico das nanoemulsões intravenosas contendo ISO em cães evidenciaram uma redução significativa (p < 0,05) na dose comparada com a administração de ISO volátil. Não houve alterações no débito cardíaco, saturação de oxigênio na hemoglobina e nos biomarcadores das funções renal, hepática e muscular. Uma queda na pressão arterial dos cães foi observada em todos os tratamentos devido ao efeito hipotensor do ISO. Após administração das nanoemulsões contendo ISO e branca, observou-se taquipnéia, edema, eritema, e baixas concentrações de dióxido de carbono expiradas. Assim, a nanoemulsificação do ISO foi realizada com sucesso e a aplicação na anestesia geral intravenosa foi demonstrada. / The aims of this work were to develop and validate an analytical method using solidphase microextraction (SPME) to detect and quantify isoflurane (ISO) inhalation liquid and loaded in intravenous nanoemulsions, and also evaluate the biological effect of the formulations. ISO detection was made by gas chromatography with flame ionization detector (GC/FID). The ideal conditions setting for the pre concentration and extraction of ISO through SPME were environmental temperature, constant stirring, 30 min for extraction and 2 min for analyte desorption in the GC inlet port. The developed method was validated by means of specificity, linearity, detection and quantification limits, precision, accuracy and robustness. The ISOloaded nanoemulsions were formulated by high-pressure homogenization, and presented average diameter, polydispersity index, zeta potential and pH of 150 ± 0.78 nm, 0.08 ± 0.01, -18 ± 2.4 mV and 6.03 ± 0.04, respectively. The pH was adjusted to 7.4 (physiological value). The drug content on the formulations was 98.4 %. After 30 days of storage at 8 ºC no changes on nanoemulsion’s physicalchemical characteristics were observed. Multiple light scattering analysis did not demonstrate any physical destabilization phenomena for the formulations. The anesthetic effect study for the intravenous ISO-loaded nanoemulsions in dogs highlighted a significant reduction (p < 0.05) in dosage regimen when compared to the volatile ISO administration. There were no alterations on cardiac rate, oxygen hemoglobin saturation and on biomarkers of the renal, hepatic and muscle functionalities. A decrease in dog’s arterial blood pressure in all treatments due the hypotensive effect caused by ISO was observed. After the administration of the nanomulsions, ISO-loaded and unloaded, occurred tachypnea, edema, erythema and low end tidal concentrations of carbon dioxide. Taking all above into account, the method was considered easy on execution and suitable for laboratory routines, the ISO nanoemulsification was made successfully and its application on general anesthesia was demonstrated.

Estudos in vitro de absorção percutânea são uma importante ferramenta para avaliação de formulações semissólidas e transdérmicas. Embora haja um grande número de agências reguladoras preocupadas com a harmonização metodológica, em muitos parâmetros elas permanecem flexíveis e isto é possível verificar na ampla variedade e divergências encontradas na literatura. O objetivo do trabalho foi avaliar parâmetros ainda flexíveis a respeito dos estudos in vitro como modo de separação das camadas da pele, permeabilidade da pele congelada (tempo de armazenamento) e diferença de permeabilidade dos locais anatômicos. Os estudos foram conduzidos utilizando células de Franz, pele suína como membrana e formulações (comercializada e inovadora) contendo penciclovir. Inicialmente, nanoemulsões foram preparadas utilizando técnica de homogeneização a alta pressão, caracterizadas, incorporadas em gel de carbômero 940 e avaliadas quanto à liberação tópica em pele suína. Simultaneamente ao desenvolvimento da formulação foi desenvolvido e validado método analítico para quantificação do fármaco nas formulações e nas camadas da pele suína. As nanoemulsões apresentaram-se monodispersas com diâmetro de gotícula em torno de 180-200 nm, potencial zeta de -27 mV e teor de penciclovir de 98% mantendo sua estrutura após a incorporação em carbômero 940. A metodologia analítica demonstrou ter alta sensibilidade (LoQ 0,05 μg/mL), especificidade e uma adequada recuperação do fármaco a partir das matrizes biológicas (90 – 104%). Quanto aos estudos in vitro de comparação de metodologias, foi possível observar que, dependendo da solubilidade do fármaco em água e das características da formulação, o método clássico de separação das camadas da pele por imersão em água não é o mais indicado. Já para permeabilidade da pele suína congelada, os resultados obtidos indicam um aumento significativo na penetrabilidade e permeabilidade após um mês de congelamento. Dentre os locais anatômicos testados, não houve diferença entre abdômen e orelha suína desde que obtidos antes do procedimento de escaldo. / In vitro percutaneous absorption studies are an important tool for evaluation of semisolid and transdermal formulations. Although there are a large number of official guides concerned with methodological harmonization in many parameters they remain flexible and it is possible to see the wide variety and differences reported in the literature. The aim of study was to evaluate some parameters regarding the in vitro studies as the mode of skin layers separation, skin frozen stability and permeability difference of anatomical sites. These studies were conducted with porcine skin and formulations (conventional and novel) using penciclovir as model drug. Initially, nanoemulsions were prepared using high pressure homogenization, characterized and incorporated into carbomer 940 gel and evaluated for topical delivery using porcine skin. Simultaneously with the development of the formulation, analytical method for quantification of the drug in the formulations and porcine skin layers was developed and validated. The nanoemulsions presented themselves monodisperse with droplet diameter of 180-200 nm, zeta potential of about -27 mV and penciclovir content of 98% maintaining their structure after incorporation into carbomer 940. The analytical methodology was shown to have high sensitivity (LOQ 0.05 μg/mL), specificity and adequate recovery of drug from the biological matrices (90-104%). Regarding the in vitro comparison methodologies, it was observed that, depending on the solubility of the drug in water and the characteristics of the formulation, the classical separation is not the most suitable for separation of the skin layers. For the stability of frozen porcine skin, the results indicate a significant increase in permeability and penetrability after one month of freezing. Within the anatomical sites tested, there was no difference between the abdomen and ear porcine skin since obtained before the scald procedure.

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e validar um método analítico empregando microextração em fase sólida (SPME) para detecção e quantificação de isoflurano (ISO) na forma volátil e incluso em nanoemulsões intravenosas e, ainda, avaliar o efeito biológico destas. A detecção do ISO foi realizada através de cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama (CG/DIC). As condições ideais para realização da pré-concentração e extração de ISO através da técnica de SPME foram temperatura ambiente, agitação constante, 30 min de extração e 2 min de dessorção no injetor do CG. O método desenvolvido foi validado avaliando os parâmetros de especificidade, linearidade, limites de detecção e quantificação, precisão, exatidão e robustez. As nanoemulsões contendo ISO foram desenvolvidas através da homogeneização à alta pressão, e apresentaram diâmetro médio, índice de polidispersão, potencial zeta e pH de 150 ± 0,78 nm, 0,08 ± 0,01, - 18 ± 2,4 mV e 6,03 ± 0,04, respectivamente. O pH foi ajustado para 7,4 (valor fisiológico). O teor de ISO nas formulações foi de 98,4 %. Não houve modificação das características físico-químicas das nanoemulsões após 30 dias de armazenamento a 8 ºC. Análises de espalhamento de luz múltiplo não demonstraram tendência a fenômenos de instabilidade física para as formulações. Os estudos do efeito anestésico das nanoemulsões intravenosas contendo ISO em cães evidenciaram uma redução significativa (p < 0,05) na dose comparada com a administração de ISO volátil. Não houve alterações no débito cardíaco, saturação de oxigênio na hemoglobina e nos biomarcadores das funções renal, hepática e muscular. Uma queda na pressão arterial dos cães foi observada em todos os tratamentos devido ao efeito hipotensor do ISO. Após administração das nanoemulsões contendo ISO e branca, observou-se taquipnéia, edema, eritema, e baixas concentrações de dióxido de carbono expiradas. Assim, a nanoemulsificação do ISO foi realizada com sucesso e a aplicação na anestesia geral intravenosa foi demonstrada. / The aims of this work were to develop and validate an analytical method using solidphase microextraction (SPME) to detect and quantify isoflurane (ISO) inhalation liquid and loaded in intravenous nanoemulsions, and also evaluate the biological effect of the formulations. ISO detection was made by gas chromatography with flame ionization detector (GC/FID). The ideal conditions setting for the pre concentration and extraction of ISO through SPME were environmental temperature, constant stirring, 30 min for extraction and 2 min for analyte desorption in the GC inlet port. The developed method was validated by means of specificity, linearity, detection and quantification limits, precision, accuracy and robustness. The ISOloaded nanoemulsions were formulated by high-pressure homogenization, and presented average diameter, polydispersity index, zeta potential and pH of 150 ± 0.78 nm, 0.08 ± 0.01, -18 ± 2.4 mV and 6.03 ± 0.04, respectively. The pH was adjusted to 7.4 (physiological value). The drug content on the formulations was 98.4 %. After 30 days of storage at 8 ºC no changes on nanoemulsion’s physicalchemical characteristics were observed. Multiple light scattering analysis did not demonstrate any physical destabilization phenomena for the formulations. The anesthetic effect study for the intravenous ISO-loaded nanoemulsions in dogs highlighted a significant reduction (p < 0.05) in dosage regimen when compared to the volatile ISO administration. There were no alterations on cardiac rate, oxygen hemoglobin saturation and on biomarkers of the renal, hepatic and muscle functionalities. A decrease in dog’s arterial blood pressure in all treatments due the hypotensive effect caused by ISO was observed. After the administration of the nanomulsions, ISO-loaded and unloaded, occurred tachypnea, edema, erythema and low end tidal concentrations of carbon dioxide. Taking all above into account, the method was considered easy on execution and suitable for laboratory routines, the ISO nanoemulsification was made successfully and its application on general anesthesia was demonstrated.

Estudos in vitro de absorção percutânea são uma importante ferramenta para avaliação de formulações semissólidas e transdérmicas. Embora haja um grande número de agências reguladoras preocupadas com a harmonização metodológica, em muitos parâmetros elas permanecem flexíveis e isto é possível verificar na ampla variedade e divergências encontradas na literatura. O objetivo do trabalho foi avaliar parâmetros ainda flexíveis a respeito dos estudos in vitro como modo de separação das camadas da pele, permeabilidade da pele congelada (tempo de armazenamento) e diferença de permeabilidade dos locais anatômicos. Os estudos foram conduzidos utilizando células de Franz, pele suína como membrana e formulações (comercializada e inovadora) contendo penciclovir. Inicialmente, nanoemulsões foram preparadas utilizando técnica de homogeneização a alta pressão, caracterizadas, incorporadas em gel de carbômero 940 e avaliadas quanto à liberação tópica em pele suína. Simultaneamente ao desenvolvimento da formulação foi desenvolvido e validado método analítico para quantificação do fármaco nas formulações e nas camadas da pele suína. As nanoemulsões apresentaram-se monodispersas com diâmetro de gotícula em torno de 180-200 nm, potencial zeta de -27 mV e teor de penciclovir de 98% mantendo sua estrutura após a incorporação em carbômero 940. A metodologia analítica demonstrou ter alta sensibilidade (LoQ 0,05 μg/mL), especificidade e uma adequada recuperação do fármaco a partir das matrizes biológicas (90 – 104%). Quanto aos estudos in vitro de comparação de metodologias, foi possível observar que, dependendo da solubilidade do fármaco em água e das características da formulação, o método clássico de separação das camadas da pele por imersão em água não é o mais indicado. Já para permeabilidade da pele suína congelada, os resultados obtidos indicam um aumento significativo na penetrabilidade e permeabilidade após um mês de congelamento. Dentre os locais anatômicos testados, não houve diferença entre abdômen e orelha suína desde que obtidos antes do procedimento de escaldo. / In vitro percutaneous absorption studies are an important tool for evaluation of semisolid and transdermal formulations. Although there are a large number of official guides concerned with methodological harmonization in many parameters they remain flexible and it is possible to see the wide variety and differences reported in the literature. The aim of study was to evaluate some parameters regarding the in vitro studies as the mode of skin layers separation, skin frozen stability and permeability difference of anatomical sites. These studies were conducted with porcine skin and formulations (conventional and novel) using penciclovir as model drug. Initially, nanoemulsions were prepared using high pressure homogenization, characterized and incorporated into carbomer 940 gel and evaluated for topical delivery using porcine skin. Simultaneously with the development of the formulation, analytical method for quantification of the drug in the formulations and porcine skin layers was developed and validated. The nanoemulsions presented themselves monodisperse with droplet diameter of 180-200 nm, zeta potential of about -27 mV and penciclovir content of 98% maintaining their structure after incorporation into carbomer 940. The analytical methodology was shown to have high sensitivity (LOQ 0.05 μg/mL), specificity and adequate recovery of drug from the biological matrices (90-104%). Regarding the in vitro comparison methodologies, it was observed that, depending on the solubility of the drug in water and the characteristics of the formulation, the classical separation is not the most suitable for separation of the skin layers. For the stability of frozen porcine skin, the results indicate a significant increase in permeability and penetrability after one month of freezing. Within the anatomical sites tested, there was no difference between the abdomen and ear porcine skin since obtained before the scald procedure.