Autores
da Silva Neta, M.F.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; Guimarães, A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; Barbosa, C.D.E.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; Anunciação, D.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS)
Resumo
As nanopartículas de selênio (SeNPs) têm sido utilizadas como agentes
antioxidante, anticâncer, anti-inflamatório, antimicrobiano e antidiabético,
trazendo novas perspectivas quanto ao campo terapêutico, medicinal e
biotecnológico. Este trabalho avaliou a capacidade antioxidante, fotoprotetora e
a fotoestabilidade de SeNPs estabilizadas em PVA (SeNPs_PVA). As SeNPs_PVA
exibiram IC de 0,28 e 0,51µg mL para os métodos ABTS
e DPPH, respectivamente e para o método FRAP uma sensibilidade
de 1,62. As SeNPs_PVA também exibiram boa fotoestabilidade (por um período de
120 minutos) e propriedades fotoprotetoras cerca de 5 a 6 vezes maior que o do
padrão estabelecido. Os dados evidenciaram o potencial desse material para
aplicações em cosméticos fotoprotetores.
Palavras chaves
Nanopartículas de selênio; Fotoproteção; Capacidade antioxidante
Introdução
A nanotecnologia é um campo da ciência que se encontra em constante
desenvolvimento, em especial a área de nanomateriais, os quais possuem
características únicas quando comparados com seus materiais macroscópicos, como
maior área superficial, alta reatividade e sensibilidade (EALIAS, SARAVANAKUMAR,
2017; KHAN, et al., 2019). Esses materiais têm despertado interesse de
pesquisadores devido às suas contribuições no desenvolvimento científico e
tecnológico, com propriedades que proporcionam uma diversidade de aplicações,
que vão desde os campos ópticoeletrônico, catalítico, eletroquímico, ambiental,
biomédico até o alimentício (DHAN, et al., 2015; EALIAS, SARAVANAKUMAR, 2017;
JEEVANANDAM, et al., 2018). Dentre esses materiais, as nanopartículas de selênio
(SeNPs) merecem atenção especial, pelo seu potencial biotecnológico (KHURANA, et
al., 2019).
O selênio é um micronutriente presente em proteínas e enzimas essenciais para o
crescimento e manutenção do corpo humano (QIU, et al., 2015; SKALICKOVA, 2017).
Seus efeitos biológicos se devem à sua presença como grupo prostético em algumas
metaloproteínas. Nas proteínas glutationa peroxidase (GPx), tiorredoxina
redutase-1 (TrxR-1) e selenoproteína P, atua como centro redox, desempenhando
uma de suas principais funções, a capacidade antioxidante, relacionada ao
estímulo do sistema imune e à prevenção e/ou auxílio no tratamento de doenças
associadas ao estresse oxidativo (SIGUERO, 2016; ZHU, et al., 2017; KHURANA, et
al., 2019). O selênio pode ser encontrado sob as formas inorgânicas como
seleneto (Se(II)), selenito (Se(IV)) e selenato (Se(VI)), sob as formas
orgânicas, a exemplo da selenometionina (-2), metilselenometionina (-2) e
selenocisteína (-2), dentre outros e ainda, sob a forma de nanopartículas (como
o nox 0, para nanopartúculas monoelementares) (SAKR, KORANY, KATTI, 2018).
As características singulares das SeNPs como baixa toxicidade,
biocompatibilidade e biodisponibilidade têm sido exploradas para diversas
finalidades terapêuticas em doenças como câncer, diabetes e distúrbios
inflamatórios (SAKR, KORANY, KATTI, 2018; KHURANA, et al., 2019). Essa
versatilidade se deve em grande parte aos seus efeitos pró e antioxidantes
(MATES, et al., 2019; KHURANA, et al., 2019). Além disso, são avaliadas para
utilização como carreadores de fármacos (MENON, et al., 2018) e estão presentes
em alguns estudos sobre suplementação e segurança alimentar (BARTŮNĚK, et al.,
2015; SKALICKOVA, 2017; HOSNEDLOVA, et al., 2018).
A despeito do vasto uso na área da saúde, a temática de fotoproteção relacionada
à SeNPs ainda é pouquíssimo explorada, sendo encontrado apenas um estudo
envolvendo um cosmético com efeito fotoprotetor contendo selênio (KAUR, RATH,
2019) revelando assim a necessidade de estudos como o apresentado nesse
trabalho.
Dessa maneira, o objetivo do presente trabalho foi sintetizar e caracterizar
nanopartículas de selênio estabilizadas em PVA, avaliando suas fotoestabilidade
e seus potenciais antioxidante e fotoprotetor, tendo em vista as possíveis
aplicações biotecnológicas. Estudos dessa natureza são imprescindíveis, uma vez
que focam em novas possibilidades de aplicação de um nanomaterial, de forma a
contribuir para o desenvolvimento da área de cosméticos com vistas à obtenção de
um produto de ampla utilização para proteção da saúde da população.
Material e métodos
A síntese das nanopartículas de selênio estabilizadas em PVA (SeNPs_PVA) foi
realizada com base na adaptação de um procedimento já estabelecido na literatura
(KHALID, et al., 2016), na qual uma solução de selenito de sódio (50 mmol L
) e uma solução de PVA 20 mg mL, foram misturadas em uma
proporção 1:1 (v v). Em seguida, sob agitação, acrescentou-se uma
solução de ácido ascórbico (100 mmol L), numa proporção 3:20 (v
v). A suspensão de NPs foi mantida sob agitação à temperatura de 25
°C por 2 horas para a redução completa do selenito pelo ácido ascórbico. Após a
síntese, foi feita uma diálise durante 8 h, para remover o excesso de ácido
ascórbico. A cada 4 horas a água de diálise foi trocada, e foram realizadas
medidas de pH antes e após a síntese, para confirmar a remoção do ácido.
Posteriormente, o material foi caracterizado por meio da técnica de microscopia
eletrônica de transmissão (TEM), a fim de investigar o tamanho médio e forma do
material. Juntamente com as análises de microscopia foi utilizada a
espectrometria de raios X por energia dispersiva (EDX), para investigar a
composição das SeNPs_PVA. Para verificar a distribuição e tamanho do raio
hidrodinâmico das nanopartículas sintetizadas, utilizou-se a técnica de
espalhamento dinâmico de luz (DLS). A fim de investigar as possíveis interações
entre as SeNPs e o polímero estabilizante utilizado (PVA), bem como determinar a
presença dos grupos funcionais em sua superfície, foram registrados espectros de
FTIR. Por fim, o comprimento de onda de máxima absorção das SeNPs_PVA foi
avaliado por meio da espectroscopia de absorção molecular no UV-vis. Após a
caracterização, a capacidade antioxidante (CAO) das SeNPs_PVA foi determinada
pelos métodos ABTS (GRANJA et al., 2016), DPPH (OLIVEIRA,
et al., 2020) e FRAP (YEFRIDA, et al., 2018), utilizando como padrões o ácido
ascórbico, trolox® e quercetina. Para os métodos DPPH e ABTS
, a determinação da CAO foi realizada a partir da construção de curvas
analíticas das NPs e dos padrões em triplicata e os valores foram expressos em
função do IC (em µg L), para o método FRAP, a avaliação
foi feita em função da sensibilidade das curvas analíticas. A capacidade
fotoprotetora das SeNPs_PVA, foi avaliada com base nos valores do fator de
proteção solar na região UVB (FPS_UVB), determinado mediante o método de Mansur
e colaboradores (1986), utilizando como padrão a 2-hidroxi-4-metoxibenzofenona
(BZF-3), composto fotoprotetor presente em formulações comerciais. A fim de
avaliar a estabilidade das NPs quando expostas à radiação ultravioleta, foi
realizado o ensaio de fotoestabilidade, onde as SeNPs_PVA foram submetidas à
radiação UVA/UVB em uma câmara de simulação da radiação solar nos tempos de
exposição de 30, 60, 90 e 120 minutos (FREITAS, et al., 2015; OLIVEIRA, 2019).
Resultado e discussão
A formação SeNPs_PVA foi comprovada, inicialmente, por meio da mudança de
coloração, SeNPs possuem coloração laranja avermelhado conforme tem sido
relatado na literatura (ZHANG, et al., 2015; XIAO, et al., 2017; SINGH, et al.,
2019). De acordo com as imagens de TEM, foi possível verificar que as SeNPs_PVA
possuem formato esférico e distribuição uniforme de tamanho, com um tamanho
médio de partícula de 78 nm (Figura 1a), o qual está de acordo com outros
trabalhos da literatura para esta nanopartícula (Cao, et al., 2019; Boroumand,
et al., 2019). Conforme os histogramas de DLS (Figura 1c), verificou-se que as
SeNPs apresentam uma distribuição uniforme de tamanho, assim como observado nos
dados de TEM, as SeNPs_PVA exibem raio hidrodinâmico médio de 97,7 nm. De acordo
com o gráfico de EDX, constatou-se a presença de selênio nas SeNPs_PVA (Figura
1b), os sinais característicos do Se encontrados foram semelhantes aos
encontrados por Chen e colaboradores (2015) e Cavalu e colaboradores (2018) ao
caracterizar SeNPs. Também foram observados, alguns sinais de C e O, devido ao
agente estabilizante presentes nas NPs e os picos de Ni e Fe, são oriundos do
grid e da estrutura metálica do próprio equipamento. Foram feitos espectros de
FTIR tanto para o PVA quanto para as SeNPs_PVA, a fim de confirmar sua presença
na superfície das NPs e averiguar as possíveis interações dos grupos funcionais
presentes no polímero com esse material. O PVA e as SeNPs_PVA, Figura 1d,
exibiram bandas de estiramento O-H em 3745, 3730 e 3720 cm,
estiramento C-H em 3220 cm, estiramento C-C em 1890 cm,
deformação C-H metilênico em 1390 cm, conforme verificado na
literatura (RAHIMAN, SETHUMANICKAM, 2017). Os espectros obtidos para as
SeNPs_PVA apresentaram as mesmas bandas características dos principais grupos
funcionais presentes no polímero, indicando a presença desses grupos na
superfície das SeNPs. Outrossim, as SeNPs_PVA exibiram um deslocamento nas
bandas de O-H em comparação ao PVA, de 3750 para 3730 cm, tal
deslocamento é relatado na literatura (CHEN, et al., 2015; QIU, et al., 2018;
BOROUMAND, et al., 2019), e sugerem a interação entre os grupos O-H de
estabilizantes na superfície de NPs, sendo importante para a estabilização e
dispersão desses materiais. Segundo Khan e colaboradores (2019), grupos
hidroxila impedem a agregação de NPs por interações intermoleculares de
hidrogênio. Ao avaliar o espectro de absorção, verificou-se que o comprimento de
onda de máxima absorção das SeNPs_PVA (Figura 1e) é 250 nm. O comprimento de
onda de máxima absorção obtido está de acordo com dados da literatura, onde são
reportados uma máxima absorção em comprimentos de onda de 212 nm (SHEN, et al.,
2008), 260 nm (QIU, et al., 2018), 261 nm (KOKILA, et al., 2017), 263 nm
(KHIRALLA, EL-DEEB, 2015) e 267 nm (CHEN, et al., 2015). Com relação a
capacidade antioxidante, as SeNPs_PVA demonstraram alto potencial antioxidante.
Para o método do ABTS, observou-se que as SeNPs_PVA foram de 82 a 86%
mais eficientes que os padrões trolox® e ácido ascórbico, já para a quercetina
os valores de IC foram próximos, 0,28 ± 0,03 µg mL e 0,33
± 0,01 µg mL, para as SeNPs_PVA e a quercetina, respectivamente.
Dessa maneira, a CAO das nanopartículas é comparável à do padrão quercetina,
para o método ABTS (Figura 2a). No trabalho desenvolvido por Chen e
colaboradores (2015), SeNPs estabilizadas com quitosana e carboximetilquitosana
em uma concentração de 1 mmol L inibiram 40% do radical ABTS
. No ensaio do DPPH as SeNPs_PVA apresentaram capacidade
antioxidante superior aos padrões, de 75 a 83% ((Figura 2b). Kong e
colaboradores (2014), obtiveram uma inibição de 85%, utilizando uma concentração
de 4 µg mL de SeNPs estabilizadas com goma arábica. Qiu e
colaboradores (2018), ao sintetizarem SeNPs estabilizadas com pectina, em uma
proporção de 1:2 (Se:pectina), atingiram uma inibição de cerca de 92% com uma
concentração de 400 μg mL. Dumore e Mukhopadhyay (2020) obtiveram
valores de IC≅ 54 µg mL, utilizando nanopartículas de
selênio aquosas. Para o ensaio do potencial de redução de Fe (FRAP),
as SeNPs_PVA apresentaram maior sensibilidade que os padrões, cerca de 3 a 9,5
vezes maior (Figura 2c). Vale ressaltar que, o estabilizante (PVA) e o precursor
das NPs (selenito de sódio), também foram avaliados, de forma individual, em
todos os métodos, entretanto, não apresentaram alterações com relação ao sinal
de referência a uma concentração de 200 mg L. Para a avaliação do FPS
das SeNPs_PVA, as concentrações utilizadas foram determinadas considerando o que
é preconizado pela legislação brasileira, que permite o máximo de 10 % de BZF-3
e 25 % de filtros inorgânicos, que é o caso das NPs, sendo assim, as
concentrações utilizadas no ensaio de fotoproteção foram de 10 µg mL
para o BZF-3 e de 15 e 25 µg mL para as SeNPs_PVA. De acordo com os
resultados, verificou-se que as nanopartículas exibiram valores de FPS
expressivos quando comparadas ao padrão (Figura 2d). Em ambas concentrações as
SeNPs_PVA apresentaram valores de FPS-UVB de aproximadamente 5 a 6 vezes maior
que o do padrão estabelecido. Comparando os resultados obtidos com os valores
preconizados pelos órgãos reguladores, as nanopartículas exibiram valores
superiores, constatando assim sua elevada atividade fotoprotetora. De acordo com
as normas da ANVISA, que regulamenta acerca dos fotoprotetores em cosméticos, os
protetores solares devem possuir um fator de proteção solar mínimo de 6 (ANVISA,
2012). No ensaio de fotoestabilidade (Figura 2e), observou-se que os valores de
FPS apresentaram discretas alterações após a irradiação das amostras por um
período de 120 minutos, do T0 min ao T120 min a variação foi de 13,6% para a
concentração de 15 µg mL-1 e de 9,5% para a concentração de 25 µg mL-1. Tais
resultados indicam que as SeNPs_PVA apresentam um certo grau de estabilidade. A
fotoestabilidade é um parâmetro fundamental para garantir a qualidade dos
filtros presentes em um fotoprotetor pois, além da eficácia, a fotoestabilidade
insuficiente pode promover a formação de produtos tóxicos e/ou indesejados no
tecido cutâneo (NASCIMENTO, et al., 2014) o que pode causar sérios danos à saúde
do indivíduo que faz uso desse protetor.
Caracterização das SeNPs_PVA: a) TEM, b) EDX, c) DLS, d) FTIR e e) UV-vis.
Capacidade antioxidante das SeNPs_PVA: a) ABTS●+, b) DPPH● e c) FRAP; d) FPS-UVB das SeNPs_PVA e do BZF- 3; e e) Fotoestabilidade das SeNPs_PVA.
Conclusões
As SeNPs_PVA possuem forma esférica e um tamanho médio de partícula de 78 nm. Seu
raio hidrodinâmico médio (97,7 nm) apresentou valor coerente para a técnica
utilizada. A presença dos estabilizantes PVA, na superfície das nanopartículas,
bem como a possível interação dos grupos OH com as NPs foi confirmada com o
auxílio da técnica de FTIR. As SeNPs_PVA exibiram uma banda de absorção em 250 nm.
Em se tratando da capacidade antioxidante, as nanopartículas apresentaram um
elevado potencial, com resultados equivalentes e, em sua maioria, superiores aos
padrões estabelecidos (trolox®, ácido ascórbico e quercetina). A resposta positiva
aos três métodos avaliados (ABTS●+, DPPH● e FRAP) indica que os possíveis
mecanismos de ação das NPs ocorrem via transferência de elétrons e de átomos de
hidrogênio. As nanopartículas sintetizadas apresentaram índices de FPS superiores
ao padrão e dentro das normas estabelecidas pelo órgão regulador brasileiro, a
ANVISA. No ensaio de fotoestabilidade foi possível comprovar que as NPs
demostraram estabilidade, frente a radiação UV. Sendo assim, o procedimento de
síntese simples, relativamente rápido e eficiente aliado às propriedades
promissoras comprovadas impulsionam estudos para além da química básica com vistas
à química aplicada de modo a avançar no nível de maturação tecnológica desta
temática envolvendo cosméticos fotoprotetores contendo SeNPs_PVA.
Agradecimentos
Ao Programa de Pós-graduação em Química e Biotecnologia (PPGQB) e a Fundação de
Amparo à Pesquisa do Estado de Alagoas (FAPEAL).
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