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Publicação
Natural products nanoparticles : exploring the potential of application in health and well-being
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
O aumento da esperança média de vida tem como consequência uma população mais
envelhecida, o que traz vários desafios, especialmente no que diz respeito à necessidade de manter a
saúde e o bem-estar. Nomeadamente, o envelhecimento é um fator de risco para várias doenças, como
as doenças cardiovasculares (CVDs). As CVDs são atualmente consideradas a primeira causa de morte
mundialmente e, diversos fatores contribuem para o seu desenvolvimento, sendo a hipercolesterolemia
um dos principais. Esta condição é caracterizada pela presença de elevados níveis de colesterol no
sangue, o que pode favorecer o desenvolvimento de aterosclerose, aumentando assim o risco de eventos
cardiovasculares. Deste modo, regular o valor de colesterol no sangue é essencial para diminuir o risco
de CVDs. Esta regulação pode ser realizada a diferentes níveis, nomeadamente através da biossíntese
endógena do colesterol no fígado, da absorção intestinal do colesterol proveniente da dieta e da sua
circulação pelo organismo. Contudo, nem sempre é possível manter os níveis de colesterol dentro dos
parâmetros recomendados e, quando estes se encontram elevados certas medidas são tomadas, como por
exemplo o uso de fármacos ou suplementos juntamente com a adoção de um estilo de vida mais
saudável.
Os dois fármacos mais usados no tratamento da hipercolesterolemia são as estatinas e a
ezetimiba. As estatinas são inibidoras da enzima reguladora da síntese endógena do colesterol, a 3-
hidroxi-3-metillglutaril coenzima A redutase (HMGR). A ezetimiba é responsável por inibir a absorção
do colesterol proveniente da dieta no intestino. Apesar destes fármacos serem frequentemente utilizados,
existem efeitos secundários associados ao seu uso crónico, com relatos de indivíduos que apresentam
problemas musculares e, consequentemente, alguns têm de descontinuar este tratamento. Assim sendo,
a procura de alternativas a estes fármacos tem vindo a aumentar, em particular tratamentos com base em
produtos naturais. Dentro destes, destacam-se os suplementos alimentares como estratégia
complementar aos fármacos convencionais. O aumento da consciencialização sobre a saúde e o bemestar, aliado ao envelhecimento da população, contribui para o aumento da procura por suplementos que
ajudem a controlar o colesterol e a promover a saúde cardiovascular.
Os suplementos alimentares são utilizados para complementar a dieta, contribuindo para o
tratamento e prevenção de doenças, assim como a promoção da saúde. Os suplementos alimentares
podem ser uma fonte importante de compostos bioativos, alguns derivados de plantas, como os
compostos fenólicos. Estes compostos são uma classe de metabolitos secundários, encontrado em várias
partes das plantas. Os compostos fenólicos têm sido alvo de inúmeros estudos, pois apresentam várias
propriedades benéficas, destacando-se pela sua elevada capacidade antioxidante que contribui para a
proteção celular contra o stress oxidativo. Os suplementos alimentares para a saúde cardiovascular e o
tratamento da hipercolesterolemia frequentemente incluem compostos fenólicos derivados de plantas,
no entanto, a evidência científica sobre a eficácia e a segurança de alguns desses produtos ainda é
limitada.
APersea americana, conhecida como abacate, tem vindo a ganhar bastante popularidade devido
aos seus efeitos benéficos para a saúde. O aumento da procura por este fruto é acompanhado por um
crescimento da sua indústria. Contudo, esta indústria gera um grande volume de resíduos, uma vez que
as cascas e as sementes deste fruto são frequentemente descartadas. Por outro lado, estudos relataram
que extratos obtidos à base de cascas e/ou sementes de abacates demonstraram altos teores de compostos
fenólicos e atividade antioxidante (AA), além de um grande potencial para diminuir os teores do
colesterol no sangue. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo estudar um extrato feito com base na P.
americana do tipo Hass e desenvolver um sistema de veiculação desse extrato em nanopartículas (NPs)
de albumina de soro bovino (BSA) e avaliar o seu potential para a incorporação num suplemento
alimentar. A utilização de NPs apresenta várias vantagens, como a capacidade de proteger o extrato de
ambientes mais agressivos, como o trato gastrointestinal, além de serem biocompatíveis e
biodegradáveis no organismo humano. O extrato e as formulações de NPs foram caracterizadas e
avaliadas quanto à sua segurança e à sua capacidade de interferir na absorção do colesterol no trato
gastrointestinal.
Inicialmente, o extrato foi caracterizado através de cromatografia líquida acoplada a
espetrometria de massa em tandem de alta resolução (UHPLC-ESI-QTOF-MS/MS), onde foram
identificados diversos compostos, incluindo compostos bioativos, como ácidos fenólicos, flavonoides e
taninos. Seguidamente, o extrato foi analisado por cromatografia líquida de alta eficiência com detetor
de diodo-array (HPLC-DAD), para a quantificação de três compostos fenólicos, nomeadamente o ácido
clorogénico, a catequina e a epicatequina. A quantificação do conteúdo em fenóis totais foi também
realizada, confirmando-se um elevado teor destes compostos no extrato.
Posteriormente, foi avaliada a AA do extrato, que demonstrou apresentar uma elevada atividade
e, adicionalmente, conseguiu reduzir o stress oxidativo induzido numa linha celular humana do fígado
(HepG2).
Em ensaios de segurança in vitro em duas linhas celulares, uma do intestino (Caco-2) e outra do
fígado (HepG2), assim como ensaios in vivo em Artemia salina, foi avaliada a segurança do extrato. Em
todos os casos o extrato revelou baixas taxas de mortalidade e portanto, foi classificado como não sendo
tóxico, podendo potencialmente ser usado para consumo humano.
De modo a simular o consumo humano, o extrato foi submetido a uma simulação da digestão
gástrica, onde se verificou que este foi degradado, tendo-se confirmado por HPLC-DAD que a
quantidade dos seus compostos constituintes e a sua AA diminuíram. De forma a avaliar a capacidade
do extrato interferir na permeabilidade do colesterol, foram realizados ensaios de permeabilidade da
barreira gastrointestinal num modelo celular dos enterócitos (Caco-2). Neste modelo de células do
intestino, verificou-se que o extrato foi capaz de reduzir a permeabilidade do colesterol e este foi capaz
de permear a barreira gastrointestinal.
Com base nos resultados anteriores, o extrato foi encapsulado em NPs de BSA. As NPs de BSA
foram formuladas contendo diferentes quantidades de extrato e caracterizadas por dispersão dinâmica
de luz (DLS) e microscopia de força atómica (AFM). Por DLS foi possível concluir que todas as NPs
de BSA preparadas apresentavam um tamanho médio inferior a 410 nm, um índice de polidispersão
inferior a 0,2 e uma carga superficial negativa. A partir das imagens das NPs de BSA obtidas por AFM,
verificou-se que as NPs apresentavam uma forma esférica.
A eficiência de encapsulação dos compostos bioativos nas NPs de BSA preparadas foi
determinada como sendo superior a 80 %. Nos ensaios preliminares de estabilidade realizados, as NPs
de BSA preparadas não apresentaram alterações significativas nos valores do tamanho médio e do índice
de polidispersão ao longo do tempo, demostrando a sua estabilidade.
Relativamente ao extrato livre, as NPs de BSA com extrato encapsulado revelaram ter menor
AA, o que demostra que o extrato está encapsulado e não acessível para os seus compostos bioativos
reduzirem o radical DPPH durante o ensaio. As NPs de BSA foram também sujeitas a ensaios de segurança in vitro contra as linhas celulares
Caco-2 e HepG2, e in vivo na A. Salina, confirmando em ambos os casos a segurança das
nanoformulações preparadas.
Seguidamente, quando as NPs de BSA foram submetidas a uma digestão gástrica verificou-se
que o extrato não foi degradado em comparação com o extrato livre.
Por último, nos ensaios de interferência das NPs de BSA sobre a permeabilidade do colesterol
em modelos das células Caco-2, verificou-se que as nanoformulações apresentaram uma redução maior
que a do extrato isolado. Verificou-se adicionalmente que a capacidade do extrato encapsulado nas NPs
de BSA de permear a barreira gastrointestinal foi inferior à do extrato livre.
Em suma, os resultados deste trabalho demonstraram que o extrato de abacate e as NPs de BSA
com extrato encapsulado, apresentam potencial para serem utilizados no desenvolvimento de um
suplemento alimentar para a saúde, em particular na prevenção e tratamento da hipercolesterolemia e
CVDs. A encapsulação do extrato demonstrou ser uma vantagem, uma vez que no geral aumentou a sua
estabilidade, eficácia no tratamento e prevenção da hipercolesterolemia e protegeu os seus compostos
bioativos durante a digestão gástrica.
Em estudos futuros, poder-se-ão investigar as interações do extrato e das NPs de BSA com
proteínas de transporte do colesterol, assim como a interação entre os compostos do extrato com os
enterócitos. Adicionalmente, a capacidade do extrato de inibir enzimas da via da biossíntese do
colesterol endógeno que ocorre no fígado poderá ser avaliada, uma vez que os seus compostos bioativos
permeiam a barreira gastrointestinal.
Este estudo traz resultados inovadores ao desenvolver uma solução sustentável para a saúde
cardiovascular, utilizando um extrato derivado do abacate encapsulado em NPs de BSA, alinhando-se
aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Além disso, a encapsulação de compostos bioativos em
NPs de BSA é uma tecnologia inovadora que oferece uma nova perspetiva no tratamento da
hipercolesterolemia. Esta solução tecnológica enquadra-se no nível 3 do Nível de Maturidade
Tecnológica, uma vez que os conceitos científicos básicos foram estabelecidos e os primeiros passos na
avaliação da sua aplicação prática foram realizados.
Ensuring health and well-being of individuals is extremely important, especially for the elder population. Hypercholesterolemia, characterized by high levels of blood cholesterol, is a risk factor of cardiovascular diseases (CVDs). Current drug treatments available for this condition have several adverse side effects. Therefore, the research and market for alternatives based on natural products has been increasing. The aim of this work was to study an extract derived from Persea americana. The extract was characterized by high resolution mass spectrometry (UHPLC-ESI-QTOF-MS/MS) and highperformance liquid chromatography (HPLC-DAD). Several bioactive compounds were identified and, chlorogenic acid, catechin and epicatechin were quantified. A delivery system for the extract was selected and developed using bovine serum albumin (BSA) nanoparticles (NPs). The extract-loaded BSA NPs displayed a spherical shape, a mean size below 410 nm and an encapsulation efficiency greater than 80 %. The extract exhibited a strong antioxidant activity, however, this activity reduced after encapsulation. Additionally, the extract was able to protect liver cells from induced oxidative stress. The safety of the extract and extract-loaded BSA NPs was confirmed in both in vitro and in vivo models. Furthermore, in a Caco-2 cell model, the free extract reduced cholesterol’s permeability, with an effect more pronounced after encapsulation. The encapsulation also protected the extract from degradation during gastric digestion, a challenge observed in the free extract. In conclusion, the extract showed promising properties, with encapsulation enhancing its stability and effectiveness against hypercholesterolemia. The BSA NPs were able to protect the extract from the harsh environment of the gastric tract and boosted its potential to serve as a food supplement, a possible strategy to manage hypercholesterolemia and reduce the risk of CVDs.
Ensuring health and well-being of individuals is extremely important, especially for the elder population. Hypercholesterolemia, characterized by high levels of blood cholesterol, is a risk factor of cardiovascular diseases (CVDs). Current drug treatments available for this condition have several adverse side effects. Therefore, the research and market for alternatives based on natural products has been increasing. The aim of this work was to study an extract derived from Persea americana. The extract was characterized by high resolution mass spectrometry (UHPLC-ESI-QTOF-MS/MS) and highperformance liquid chromatography (HPLC-DAD). Several bioactive compounds were identified and, chlorogenic acid, catechin and epicatechin were quantified. A delivery system for the extract was selected and developed using bovine serum albumin (BSA) nanoparticles (NPs). The extract-loaded BSA NPs displayed a spherical shape, a mean size below 410 nm and an encapsulation efficiency greater than 80 %. The extract exhibited a strong antioxidant activity, however, this activity reduced after encapsulation. Additionally, the extract was able to protect liver cells from induced oxidative stress. The safety of the extract and extract-loaded BSA NPs was confirmed in both in vitro and in vivo models. Furthermore, in a Caco-2 cell model, the free extract reduced cholesterol’s permeability, with an effect more pronounced after encapsulation. The encapsulation also protected the extract from degradation during gastric digestion, a challenge observed in the free extract. In conclusion, the extract showed promising properties, with encapsulation enhancing its stability and effectiveness against hypercholesterolemia. The BSA NPs were able to protect the extract from the harsh environment of the gastric tract and boosted its potential to serve as a food supplement, a possible strategy to manage hypercholesterolemia and reduce the risk of CVDs.
Descrição
Tese de Mestrado, Bioquímica e Biomedicina, 2025, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Abacate Produtos naturais Nanopartículas Doenças Cardiovasculares Colesterol Teses de mestrado - 2025