Partículas híbridas responsivas ao pH para entrega folicular sob demanda de inibidores da enzima 5-Alfa-Redutase extraídos do barbatimão

Abstract

Resumo: O aumento da ação biológica dos andrógenos na pele resulta em hirsutismo, acne e alopecia androgenética. As opções atuais de tratamento desses distúrbios são limitadas e ainda podem gerar efeitos colaterais indesejáveis. Desta forma, este trabalho tem como objetivo preparar produtos inovadores para tratar esses distúrbios, ou seja, formulações tópicas em gel contendo partículas híbridas estímulo-responsivas ao pH de sílica/quitosana (Q) ou de sílica/alginato de sódio (Alg), ambas encapsulando a fração acetato de etila (FAE) obtida a partir do extrato da casca de Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville (Barbatimão), planta nativa do cerrado brasileiro. O extrato de Barbatimão mostrou ser capaz de inibir a atividade da enzima 5-alfa-redutase, reduzindo o hirsutismo e acne em mulheres. A encapsulação da FAE aparece como uma estratégia de aumentar a penetração folicular e permitir sua liberação sob demanda na unidade pilossebácea. Os métodos Layer by Layer (LbL) e Sol-emulsão-Gel (SEG) foram usados para obter as partículas híbridas. A FAE foi avaliada por CLAE/UV-Vis e quanto a atividade antioxidante. A investigação da atividade inibitória da enzima 5-alfa-redutase pelos principais compostos presentes na FAE foi realizada através de estudo in silico de Docagem Molecular. As partículas foram caracterizadas ao nível físico-químico. O conteúdo de FAE encapsulado e liberado das partículas em resposta ao pH foi determinado por espectroscopia UV-Vis. A citotoxicidade das partículas foi avaliada quanto a densidade/proliferação celular utilizando os métodos vermelho neutro, cristal violeta e MEV. Formulações tópicas em gel contendo as partículas híbridas foram preparadas e avaliadas quanto as características físico-químicas, reológicas e organolépticas. Os teores de epigalocatequina-3-O-galato (EGCG), epigalocatequina e galocatequina encontrados na FAE foram de 32,0 ± 0,2 pg/mL, 30,0 ± 0,1 pg/mL e 27,5 ± 0,2 pg/mL, respectivamente. EGCG mostrou ter maior afinidade de ligação com a enzima 5-alfa-redutase em comparação com a finasterida, tratamento padrão ouro, sugerindo maior atividade inibitória da enzima. FAE demostrou ter uma alta atividade antioxidante. NSiQFAE(LbL) e NSiAlgFAE(LbL) apresentaram partículas com tamanho (200-600 nm) adequado para entrega de FAE a região mais profunda dos folículos pilosos (bulbo) e às glândulas sebáceas, além de boa eficiência de encapulação de FAE, acima de 80% . Por sua vez, NSíqFaE(SEG) e NSiAlgFAE(SEG) apresentaram partículas com tamanho (2 0 0 -2 0 0 0 nm) adequado para entrega de FAE á diferentes estruturas-alvo dentro dos folículos pilosos: região infundibular ou superior, glândulas sebáceas e bulbo. As partículas apresentaram responsividade ao pH, com FAE sendo liberada mais eficientemente pela NSiAlgFAE(LbL), NSiQFAE(SEG) e NSiAlgFAE(SEG), no pH 7,4, que é o pH da área mais profunda dos folículos pilosos, liberando, respectivamente, 61,9% , 100% e 97,9 % até o final do ensaio. Além disso, NSiAlgFAE(LbL) e NSiAlgFAE(SEG) provaram ser menos citotóxicas em comparação com a fA e, NSiQFAE(LbL) e NSiQFAE(SEG), por isso NSiAlgFAE(LbL) e NSiAlgFAE(SEG) foram selecionadas para compor as formulações tópicas finais. Gel-NSiAlgFAE(LbL) e Gel-NSiAlgFAE(SEG) mostraram um pH aceitável (próximo o pH da pele), boa aparência (não aglomeração das partículas) e características reológicas adequadas a aplicação tópica, exibindo comportamento de fluido não newtoniano e pseudoplástico. As partículas híbridas de sílica/alginato de sódio marcadas com FITC, NSiAlgFITC(LbL) e NSiAlgFITC(SEG), demonstraram a capacidade de penetrar no folículo piloso sem e com aplicação de massagem manual. A massagem manual parece ter facilitado também a penetração cutânea de NSiAlgFITC(SEG).

Abstract: The increased biological action of androgens in the skin results in hirsutism, acne, and androgenetic alopecia. Current treatm ent options for these disorders are limited and may still cause undesirable side effects. Therefore, this work aims to prepare innovative products to treat these disorders, specifically topical gel formulations containing pH-responsive hybrid particles of silica/chitosan (O) or silica/sodium alginate (Alg), both encapsulating the ethyl acetate fraction (EAF) obtained from the bark extract of Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville (Barbatimão), a native plant of the Brazilian cerrado. The Barbatimão extract has been shown to inhibit the activity of the enzyme 5-alpha-reductase, reducing hirsutism and acne in women. Encapsulation of EAF appears as a strategy to increase follicular penetration and allow its on-demand release in the pilosebaceous unit. The Layer by Layer (LbL) and Sol-emulsion-Gel (SEG) methods were used to obtain the hybrid particles. EAF was evaluated by HPLC/UV-Vis and for antioxidant activity. The investigation of the inhibitory activity of the enzyme 5-alpha-reductase by the main compounds present in EAF was conducted through an in silico molecular docking study. The particles were characterized at the physicochemical level. The content of EAF encapsulated and released from the particles in response to pH was determined by UV-Vis spectroscopy. The cytotoxicity of the particles was assessed in terms of cell density/proliferation using the neutral red, crystal violet, and SEM methods. Topical gel formulations containing the hybrid particles were prepared and evaluated for physicochemical, rheological, and organoleptic characteristics. The contents of epigallocatechin-3-O-gallate (EGCG), epigallocatechin, and gallocatechin found in EAF were 32.0 ± 0.2 ug/mL, 30.0 ± 0.1 ug/mL, and 27.5 ± 0.2 ug/mL, respectively. EGCG showed a higher binding affinity to the enzyme 5-alphareductase compared to finasteride, the gold standard treatment, suggesting higher inhibitory activity of the enzyme. EAF demonstrated high antioxidant activity. NSiOFAE(LbL) and NSiAlgFAE(LbL) presented particles with sizes (2 00-600 nm) suitable for delivering EAF to the deeper regions of hair follicles (bulb) and sebaceous glands, as well as good EAF encapsulation efficiency, above 80% . In turn, NSiOFAE(SEG) and NSiAlgFAE(SEG) presented particles with sizes (2 0 0 -2 0 0 0 nm) suitable for delivering EAF to different target structures within the hair follicles: infundibular or upper region, sebaceous glands, and bulb. The particles exhibited pH responsiveness, with EAF being more efficiently released by NSiAlgFAE(LbL), NSiOFAE(SEG), and NSiAlgFAE(SEG) at pH 7.4, which is the pH of the deeper area of the hair follicles, releasing, respectively, 61.9% , 100% , and 97.9% by the end of the assay. Additionally, NSiAlgFAE(LbL) and NSiAlgFAE(SEG) proved to be less cytotoxic compared to EAF, NSiOFAE(LbL), and NSiOFAE(SEG), hence NSiAlgFAE(LbL) and NSiAlgFAE(SEG) were selected for the final topical formulations. Gel-NSiAlgFAE(LbL) and Gel-NSiAlgFAE(SEG) showed an acceptable pH (close to the skin's pH), good appearance (no particle agglomeration), and suitable rheological characteristics for topical application, exhibiting non- Newtonian and pseudoplastic fluid behavior. Silica/sodium alginate hybrid particles labeled with FITC, NSiAlgFITC(LbL), and NSiAlgFITC(SEG), demonstrated the ability to penetrate the hair follicle both with and without manual massage application. Manual massage also seemed to facilitate the skin penetration of NSiAlgFITC(SEG).