dissertação

Physicochemical and biomedical evaluation of bisabolol oil-loaded polysaccharide- based hydrogel systems

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Universidade Federal de Lavras

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Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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Cultura
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Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação

Dados abertos

Resumo

O complexo processo biológico de cicatrização de feridas é frequentemente afetado por infecções, desidratação e restrição da proliferação celular. Biocompatibilidade, controle de infecções e um ambiente úmido são essenciais. Biopolímeros naturais com capacidade de formar matrizes de hidrogel estáveis e significativas incluem a quitosana (CS) e as nanofibras de celulose (CNF), reconhecidas por sua biocompatibilidade e biodegradabilidade. Fortes propriedades anti-inflamatórias e antibacterianas foram descobertas para o α-bisabolol (BIS), um álcool sesquiterpênico natural. Isso o torna uma opção promissora para o tratamento de feridas. Este estudo investiga o efeito da adição de diferentes proporções de óleo de α-bisabolol em um precursor de hidrogel à base de quitosana/nanofibras de celulose e em seu hidrogel final. As propriedades reológicas foram medidas em suspensões de óleo de α-bisabolol em CS/CNF no estado líquido, antes da gelificação, para investigar os efeitos da incorporação do óleo no comportamento de fluxo e nas interações da rede. Testes reológicos revelaram que todas as formulações exibiram comportamento pseudoplástico e não newtoniano, com características viscoelásticas semelhantes a gel. Hidrogéis híbridos de quitosana/nanofibras de celulose enriquecidos com α-bisabolol foram formulados utilizando o método de criocongelamento. Concentrações variáveis de óleo de α-bisabolol foram incorporadas e estabilizadas com Tween 80. A morfologia da superfície foi examinada por microscopia eletrônica de varredura. A espectroscopia Raman confirmou as interações estruturais e químicas nos hidrogéis. Um teste de retenção de umidade revelou que os hidrogéis enriquecidos com bisabolol retiveram até 97% de sua hidratação e puderam absorver água até 10 vezes o seu peso original. A taxa de transição de vapor de água ideal foi obtida em B1 (0,1 mL de bisabolol) com um valor de 68,9 g/m2·h. O teste de degradação in vitro mostrou a melhor taxa de degradação de 31% em B3 (0,3 mL de bisabolol) após 21 dias. Os hidrogéis formulados apresentaram zonas de inibição, sendo as maiores zonas de inibição encontradas em B2 (0,2 mL de bisabolol) (10,1 mm) contra S. aureus e em B3 (0,3 mL de bisabolol) (10,5 mm) contra P. aeruginosa. O experimento da Membrana Corioalantóide (CAM) verificou o potencial angiogênico e biocompatível das formulações, demonstrando aumento da vascularização sem quaisquer sinais de embriotoxicidade ao longo de um período de incubação de 14 dias. Esses resultados indicam que os hidrogéis de CS/CNF com óleo de α-bisabolol são candidatos promissores para curativos, podendo promover a regeneração do tecido cutâneo.

Abstract

The complex biological process of wound healing is frequently interfered with by infection, dehydration, and restricted cell proliferation. Biocompatibility, infection control, andawet environment are all necessary. Natural biopolymers with the capacity to formsignificant stablehydrogel matrices are chitosan (CS) and cellulose nanofibers (CNF), which are recognizedfor their biocompatibility and biodegradability. Strong anti-inflammatory and antibacterial properties have been discovered for α-bisabolol (BIS), a naturally occurring sesquiterpenealcohol. This enables it as a promising option for wound treatment. This study investigates theeffect of adding varying proportions of α-bisabolol oil in a chitosan/cellulose nanofiber-basedhydrogel precursor and its hydrogel form. Rheological properties were measured in CS/CNF- bisabolol oil suspensions in the liquid state, prior to gelation, to investigate oil incorporationeffects on flow behavior and network interactions. Rheological tests revealed that all formulations exhibited shear-thinning, non-Newtonian behavior, with viscoelastic gel-likecharacteristics. α-Bisabolol-enriched chitosan/cellulose nanofiber hybrid hydrogels wereformulated using the freeze-casting method. Varying concentrations of α-bisabolol oil wereincorporated, which were stabilized by Tween 80. The surface morphology was examinedusingscanning electron microscopy. Raman spectroscopy confirmed the structural and chemical interactions in the hydrogels. A moisture retention test revealed that bisabolol-enrichedhydrogels retained up to 97% of their hydration and could absorb water up to 10 times their original weight. The optimal water vapor transition rate was obtained at B1 (0.1 mLbisabolol) with a value of 68.9 g/m²·h. The in vitro degradation test showed the best degradationrateof 31% at B3 (0.3 mL bisabolol) after 21 days. The formulated hydrogels showed inhibitoryzones, and the largest inhibitory zones were found at B2 (0.2 mL bisabolol) (10.1 mm) against S. aureus and B3 (0.3 mL bisabolol) (10.5 mm) against P. aeruginosa. The ChorioallantoicMembrane (CAM) experiment verified the formulations' angiogenic and biocompatiblepotentials, showing increased vascularization without any signs of embryotoxicity across a14- day incubation period. These results imply that CS/CNF hydrogels with α-bisabolol oil arepromising candidates for wound dressings, which can promote skin tissue regeneration.

Descrição

Área de concentração

Engenharia e Aplicação de Biomateriais

Linha de pesquisa

Desenvolvimento e caracterização de biomateriais para aplicações biomédicas

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

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Objetivo

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Resumen

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DOI

Citação

AKINNIBI, Opeyemi Barnabas. Physicochemical and biomedical evaluation of bisabolol oil-loaded polysaccharide- based hydrogel systems. 2026. 109 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Biomateriais) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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