Co-encapsulação de ácido 5-aminosalicílico e probióticos em micropartículas cólon-específicas de amido retrogradado/pectina e otimizadas com nanofibras de celulose para o tratamento de colite ulcerativa - Lopes, Silvio André [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
A retocolite ulcerativa (RCU) é uma doença inflamatória intestinal (DII) crônica que acomete o cólon e o reto, cuja causa ainda não é completamente conhecida. Redução do pH, aceleração do trânsito colônico, diarreia e desequilíbrio na microbiota intestinal (disbiose) são os principais sintomas. Os probióticos (PROB), quando sobrevivem ao ambiente estomacal ácido e alcançam o intestino, podem ajudar a minimizar a disbiose e modular a resposta imunológica local. O tratamento medicamentoso convencional da RCU é baseado no anti-inflamatório mesalazina (5-ASA), o qual é rápida e extensamente absorvido no trato gastrointestinal (TGI) superior, causando diversos efeitos colaterais e baixa concentração no órgão-alvo (cólon), reduzindo sua eficácia terapêutica. Dessa maneira, a co-encapsulação de PROB e 5-ASA em micropartículas (MPs) para liberação cólon-específica através da técnica de secagem por pulverização (spray-drying) deve oferecer proteção aos compostos encapsulados e vetorização da sua liberação no cólon, visando tratamento localizado. O amido retrogradado (AR), uma fração do amido que escapa da digestão nas porções superiores do TGI e é degradado pela microbiota colônica, tem sido utilizado com sucesso para o desenvolvimento de sistemas cólon-específicos. Além disso, a pectina (P) e nanofibras de celulose (NFC) foram usadas para garantir resistência em meio ácido e evitar o burst de liberação do 5-ASA. O objetivo desse trabalho foi co-encapsular o PROB Lactobacillus rhamnosus GG (Culturelle®) e 5-ASA por spray-drying usando AR/P/NFC. O AR foi obtido por retrogradação da alta amilose em associação à P. As dispersões obtidas foram acrescidas de NFC, PROB e 5-ASA, e submetidas a 18 diferentes condições de secagem (CS), variando-se a temperatura de entrada, taxa de aspiração e fluxo de alimentação. As MPs obtidas foram avaliadas quanto à eficiência de encapsulação (EE) por espectrofotometria UV/VIS, viabilidade probiótica por contagem de colônias em meio MRS e morfologia por microscopia eletrônica de varredura. Na sequência, avaliou-se as propriedades dos materiais por difração de raiosX (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), mucoadesão in vitro e perfil de liberação in vitro do 5-ASA. As MPs obtidas mostraram-se com forma aproximadamente esférica e com tamanho entre 1 e 10 µm. O ajuste fino das variáveis de processo, tais como temperatura de entrada e taxa de aspiração e fluxo de alimentação, permitiram a obtenção de MPs com elevada EE (até 81,5%) e manutenção da viabilidade do PROB (5,74 ± 0,01 log UFC/g de amostra), inclusive após 30 dias de estocagem a 4°C. As análises por DRX indicaram que as CS não alteraram as propriedades estruturais dos componentes da formulação, porém a análise por DSC mostrou uma redução no pico de fusão do 5-ASA, sugerindo uma diminuição de cristalinidade. O ensaio in vitro de mucoadesão revelou que a CS aplicada durante a síntese das MPs modula a força de mucoadesão, sendo essa maior com o emprego de menores temperaturas de secagem. Além disso, o perfil de liberação in vitro mostrou menores taxas de liberação (abaixo de 15%) em meio ácido, fazendo com que a maior massa de 5-ASA fosse liberada em meio intestinal e colônico. Assim, o desenvolvimento dessas MPs representa uma promissora estratégia para promover a liberação específica no cólon, minimizando os efeitos colaterais associados ao tratamento convencional e potencialmente melhorando a eficácia terapêutica no contexto da retocolite ulcerativa.

Ulcerative colitis (UC) is a chronic inflammatory bowel disease (IBD) that affects the colon and rectum, the cause of which is not yet completely known. Reduction in pH, acceleration of colonic transit, diarrhea and imbalance in the intestinal microbiota (dysbiosis) are the main symptoms. Probiotics (PROB), when they survive the acidic stomach environment and reach the intestine, can help minimize dysbiosis and modulate the local immune response. Conventional drug treatment for UC is based on the anti-inflammatory mesalazine (5-ASA), which is rapidly and extensively absorbed in the upper gastrointestinal tract (GIT), causing several side effects and low concentration in the target organ (colon), reducing its therapeutic efficacy. Thus, the co-encapsulation of PROB and 5-ASA in microparticles (MPs) for colon-specific release through the spray-drying technique should offer protection to the encapsulated compounds and vectorization of their release in the colon, aiming to localized treatment. Retrograded starch (RS), a fraction of starch that escapes digestion in the upper portions of the GIT and is degraded by the colonic microbiota, has been successfully used for the development of colon-specific systems. Furthermore, pectin (P) and cellulose nanofibers (CNF) were used to guarantee resistance in acidic environments and avoid burst release of 5-ASA. The objective of this work was to co-encapsulate PROB Lactobacillus rhamnosus GG (Culturelle®) and 5-ASA by spray-drying using RS/P/CNF. RS was obtained by retrogradation of high amylose in association with P. The dispersions obtained were added with CNF, PROB and 5-ASA, and subjected to 18 different drying conditions (CS), varying the inlet temperature, drying rate, suction and supply flow. The MPs obtained were evaluated for encapsulation efficiency (EE) by UV/VIS spectrophotometry, probiotic viability by colony counting in MRS medium and morphology by scanning electron microscopy. Next, the properties of the materials were evaluated by X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), in vitro mucoadhesion and in vitro release profile of 5-ASA. The MPs obtained were approximately spherical in shape and between 1 and 10 µm in size. The fine adjustment of process variables, such as inlet temperature and aspiration rate and feed flow, allowed obtaining MPs with high EE (up to 81.5%) and maintaining PROB viability (5.74 ± 0. 01 log CFU/g of sample), including after 30 days of storage at 4°C. XRD analysis indicated that CS did not alter the structural properties of the formulation components, however DSC analysis showed a reduction in the melting peak of 5-ASA, suggesting a decrease in crystallinity. The in vitro mucoadhesion test revealed that the CS applied during the synthesis of MPs modulates the mucoadhesion strength, which is greater with the use of lower drying temperatures. Furthermore, the in vitro release profile showed lower release rates (below 15%) in acidic environments, causing the greater mass of 5-ASA to be released in intestinal and colonic environments. Thus, the development of these MPs represents a promising strategy to promote specific release in the colon, minimizing side effects associated with conventional treatment and potentially improving therapeutic efficacy in the context of ulcerative colitis.
Co-encapsulation of 5-aminosalicylic acid and probiotics in colon-specific retrograded starch/pectin microparticles optimized with cellulose nanofibers for the treatment of ulcerative colitis
Keywords: colite ulcerativa; liberação cólon-específica; 5-ASA; probióticos; amido retrogradado; micropartículas; ulcerative colitis; colon-specific delivery; probiotics; retrograded starch; microparticles