Otimização da metodologia de preparação de emulsões do tipo A/O/A integrando nanogotas lipídicas com núcleo aquoso, para estabilização proteica

Introdução: A estabilização de entidades bioativas assume particular relevância em função das diversas aplicações em distintas áreas como a farmacêutica, a alimentar, a de cosméticos, a (bio)médica e a biotecnológica. Especificamente, a estabilização de entidades proteicas com vista à preservação tanto da estrutura como da funcionalidade durante o armazenamento, sendo essa estabilização conseguida principalmente através do estabelecimento de um equilíbrio termodinâmico entre as (bio)entidades e o seu (micro)ambiente. Um sistema nanoestruturado do tipo emulsão A/O/A preparado com vista a estabilização de entidades proteica é por natureza um sistema termodinamicamente instável. A otimização, por via de um planejamento fatorial estatístico, das várias variáveis processuais que permita a produção de tal sistema com características estáveis ao longo de um período alargado de armazenamento é, por isso, de suma importância. Existe um delicado equilíbrio entre a estabilidade e a flexibilidade necessárias à função das biomoléculas, a que se soma o aumento do conhecimento da importância da superfície das moléculas proteicas para a sua estabilidade, uma vez que é através desta interface que a entidade proteica interage com o "mundo externo". É geralmente aceito que a importância funcional dos resíduos de aminoácidos está relacionada com a sua acessibilidade a solventes na superfície da proteína, enquanto que a importância estrutural desses resíduos de aminoácidos está relacionada com a sua localização como parte do núcleo (hidrofóbico) da proteína. Objetivos: O objetivo principal deste trabalho de pesquisa aplicada consistiu no desenvolvimento de um sistema nanoestruturado do tipo emulsão água-em-óleo-em-água (A/O/A) e na sua otimização estatística para encapsulação de uma entidade proteica, uma vez que, devido à sua estrutura interna compartimentalizada, as nanoemulsões do tipo A/O/A apresentam claras vantagens para a estabilização estrutural e funcional dessas biomoléculas. Métodos: Foi desenhado um planejamento fatorial experimental completo do tipo 23x31 (3 fatores em 2 níveis, inferior e superior, e 1 fator em três níveis), para avaliar a influência de quatro fatores nas propriedades físicoquímicas de emulsões do tipo A/O/A. Os fatores (variáveis independentes) sob escrutínio foram (i) concentração de proteína modelo (colágeno) em dois níveis, baixo (-1) e alto (+1); concentração de surfactante lipofílico (lecitina de soja) em dois níveis, baixo (-1) e alto (+1); concentração de surfactante hidrofílico (poloxâmero 188) em dois níveis, baixo (-1) e alto (+1); e velocidade de homogeneização em três níveis, baixo (7500 rpm), médio (10000 rpm) e alto (12500 rpm). As variáveis dependentes avaliadas foram o tamanho hidrodinâmico (HS) médio de partícula, o índice de polidispersão (PI) e o Potencial Zeta (ZP). A combinação dos quatro fatores resultou num total de 24 “tratamentos” (24 misturas). Adicionalmente, os pontos centrais dos três primeiros fatores foram também inseridos, os quais, combinados com os três níveis de velocidade de homogeneização, resultaram em três tratamentos adicionais que foram replicados três vezes cada. O planejamento fatorial desenhado originou assim a produção de um total de 33 emulsões do tipo A/O/A, por combinação dos quatro fatores, as quais foram caracterizadas fisico-quimicamente através da determinação, ao longo do tempo de armazenamento, do tamanho hidrodinâmico de partícula (HS), distribuição de tamanhos de partícula (PI) e carga superficial das partículas através da determinação do Potencial Zeta (ZP). As variáveis HS, PI e ZP foram medidas em triplicata, para cada mistura, e os valores médios foram considerados para as análises estatísticas dos resultados. Para a formulação ótima, foram ainda realizadas análises por FTIR, DRX, crio-MET, TGA e DSC. Foi ainda determinada a eficiência de encapsulação da emulsão otimizada estatisticamente, bem como analisada estatisticamente a sua estabilidade ao longo de um período de armazenamento de um ano. Resultados e Discussão: As concentrações de proteína e dos emulsificantes lipofílico e hidrofílico, e a velocidade de homogeneização, foram estabelecidas como as quatro variáveis independentes, enquanto que HS, ZP e PI foram estabelecidas como variáveis dependentes. O desenho fatorial 23x31 construído levou à otimização dos níveis alto (+1) e baixo (-1), com testes em triplicata para o nível central (0), produzindo assim trinta e três formulações e levando à seleção dos parâmetros processuais otimizados como sendo 0,015% (m/m) de entidade proteica (nível alto, +1), 0,75% (m/m) de emulsificante lipofílico (lecitina de soja) (nível alto, +1) e 0,50% (m/m) de emulsificante hidrofílico (poloxâmero 188) (nível baixo, -1). Assim, o planejamento fatorial estatístico levou à produção de uma emulsão ótima possuindo partículas essencialmente homogêneas com tamanho hidrodinâmico médio (n=3) de (186,2 ± 2,6) nm e potencial Zeta médio igual a (-36,5 ± 0,9) mV, e exibindo um índice de polidispersividade igual a 0,206 ± 0,014. Estes valores foram obtidos para um parâmetro processual de velocidade de homogeneização de 12500 rpm. Estas variáveis foram críticas para a produção de dispersões estáveis de nanogotas lipídicos com núcleo aquoso, permitindo a estabilização da emulsão por 180 dias em armazenamento a 4 °C. As variáveis de resposta HS, PI e ZP não exibiram qualquer correlação entre elas, como pode ser concluído a partir dos coeficientes de correlação e p-valores obtidos para PI vs. ZP (r = 0,205, p-valor = 0,338; p-valor > 0,05, pelo que não existe correlação significativa entre PI e ZP), PI vs. HS (r = 0,277, p-valor = 0,191; p-valor > 0,05, pelo que não existe correlação significativa entre PI e HS) e HS vs. ZP (r = -0,360, p-valor = 0,084; p-valor > 0,05, pelo que não existe correlação significativa entre HS e ZP). Desta forma, estas variáveis puderam ser analisadas individualmente, isto é, uma análise de variância (ANOVA) foi realizada para cada uma delas. Caso contrário, se tivessem sido encontradas quaisquer correlações estre estas variáveis de resposta, teria de ser realizada uma análise de variância multivariada (MANOVA). Conclusões: A partir das análises estatísticas realizadas, pode ser concluído que a formulação ótima para a encapsulação de entidades proteicas foi a emulsão ME25 (ou ME03/12500rpm).