Alginate-based film blended with propolis loaded sporopollenin exine microcapsules: unveiling the potential of natural substances for wound healing

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Healing a wound is one of the complex biological processes associated with tissue growth and regeneration, controlled by various biochemical and cellular mechanisms. In recent years, the creation of dressings using biopolymer-based materials with natural extracts has gained prominence. With this in mind, the ideal dressing should promote a moist environment while acting as a barrier against microorganisms. Its composition should include non-toxic, non-allergenic, and adherent substances, being essential to ensure easy removal and high effectiveness in protecting the wound against bacterial infections. Moreover, dressings should possess anti-inflammatory properties while promoting the overall healing process. This study explores the impact of extracts from two types of propolis on wound healing: red propolis and brown propolis. To produce the dressing, an alginate-based film was created, and propolis was incorporated into its composition through the vacuum-loading method in sporopollenin microcapsules, which are derived from bee pollen grains of Cytisus Shrub Species (Cytisus spp.). This incorporation into the film is essential for the controlled release of bioactive compounds into the wound. Spectrophotometric analyses determined that brown propolis achieved better inhibition results, which align with FTIR assays, where a higher composition of phenolic acids was observed in brown propolis samples compared to red propolis. Brown propolis films showed higher antioxidant activity (76.62% inhibition), outperforming red propolis (60.55%). The encapsulation efficiency of the microcapsules ranged from 67.35% to 74.48%, while the release rate of phenolic compounds reached up to 75% within 48 hours. Cytotoxicity tests indicated cell viability below 20% after 24 hours, evidencing toxicity at high concentrations. Therefore, it is noted that, for cellular analyses, the results were not satisfactory given that the dressings showed to be toxic to the cells because of the high value of propolis incorporated. Despite of these results, it is possible to conclude that the dressings have great potential as they are full of antioxidants and antibacterial substances. For better results less propolis and loaded SECs should be incorporated into the films. Ultimately, it was possible to develop a dressing with satisfactory quality, although broader studies are necessary for its practical use.

Reparar uma ferida é um dos processos biológicos complexos associados ao crescimento e regeneração dos tecidos, controlados por diversos mecanismos bioquímicos e celulares. Nos últimos anos, criação de curativos utilizando materiais à base de biopolímeros com extratos naturais tem se destacado. Tendo isso em vista, o curativo ideal deve promover um ambiente úmido, atuando como uma barreira contra micro-organismos. A sua composição deve ser com substâncias atóxicas, não alergênicas e aderentes; sendo essencial sua fácil remoção e grande eficácia em proteger a ferida contra infecções bacterianas. Além disso, os curativos devem possuir propriedades anti-inflamatórias, ao mesmo tempo em que promovem o processo geral de cicatrização. Este estudo explora o impacto do extrato de dois tipos de própolis na cicatrização de feridas, sendo elas: própolis vermelha e própolis castanha. Para a produção do curativo foi feito um filme à base de alginato e em sua composição incorporou-se própolis, pelo método de carregamento a vacuum, em microcápsulas de esporopolenina, que são fabricadas a partir de grãos de pólen de abelha de Cytisus Shrub Species (Cytisus spp.). Esta incorporação no filme é importante para a liberação controlada de compostos bioativos no ferimento. Definiu-se, após análises espectrofotométricas, que a própolis castanha obteve melhores resultados de inibição, o que compactua com os ensaios de FTIR, onde observa-se maior composição de ácidos fenólicos nas amostras de própolis castanha comparada à vermelha. Os filmes com própolis castanha apresentaram maior atividade antioxidante (76,62% de inibição), superior à vermelha (60,55%). A eficiência de encapsulamento das microcápsulas variou entre 67,35% e 74,48%, enquanto a taxa de liberação de compostos fenólicos foi de até 75% em 48 horas. Já os testes de citotoxicidade indicaram viabilidade celular inferior a 20% após 24 horas, evidenciando toxicidade em altas concentrações. Dessa forma, constata-se que, para análises celulares, os resultados não foram satisfatórios, pois os curativos mostraram-se tóxicos às células devido à alta quantidade de própolis incorporada. Apesar destes resultados, foi possível concluir que os curativos possuem um grande potencial devido à alta quantidade de substâncias antioxidantes e antimicrobianas encontradas. Para melhores resultados menos própolis e biocápsulas carregadas devem ser incorporadas ao filme. Por fim, foi possível obter um curativo de qualidade satisfatória, sendo necessário estudos mais amplos para que possa ser utilizado de fato.

This work is a association between Instituto Politécnico de Bragança (IPB) and Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). The study was partially funded by the Foundation for Science and Technology (FCT, Portugal) under the financial support to CIMO (UIDB/00690/2020 and UIDP/00690/2020) and SusTEC (LA/P/0007/2020) through national funds FCT/MCTES (PIDDAC).