Materiales de sílice mesoporosa bioinspirados para la liberación controlada de moléculas naturales bioactivas

Abstract

[ES] La actividad antimicrobiana de los componentes de los aceites esenciales (CAEs) es bien conocida. Sin embargo, su alta volatilidad y su potente aroma limitan su aplicación en la formulación de una amplia gama de productos alimenticios. Este estudio tiene como objetivo desarrollar nuevos sistemas biocompatibles y bioinspirados para la liberación controlada de CAEs y comparar su actividad antimicrobiana frente a la de los compuestos libres. Para esto, se cargaron cuatro CAEs diferentes (carvacrol, timol, cinamaldehído y eugenol) en nanopartículas de sílice mesoporosa, y, posteriormente la superficie de las partículas se funcionalizó con derivados de azúcar para que actuaran como puertas moleculares. A continuación, se estudió la actividad antibacteriana de los CAEs libres y encapsulados frente a Escherichia coli y Staphylococcus aureus. Los resultados mostraron que en presencia de los estímulos las puertas se "abrieron" y, permitieron la liberación de CAEs. También se demostró que la encapsulación en los materiales de sílice mesoporosa bioinspirados mejoró la actividad antimicrobiana de los CAEs libres de manera que se necesitaron concentraciones más bajas para conseguir el mismo efecto inhibitorio. Esto concluye la eficacia de la encapsulación en la preservación de las sustancias bioactivas y en su liberación en el tiempo y lugar adecuado con la adición de puertas moleculares, superando los principales problemas en la aplicación de los CAEs y mejorando su actuación. En cambio, en la mayoría de los tests no se consiguió demostrar una diferencia clara entre los resultados obtenidos de los CAEs en su forma libre y encapsulados en las partículas mesoporosas sin funcionalizar, por lo que la funcionalización para la liberación controlada se presenta como una tecnología ventajosa y necesaria. Por otro lado, se reafirmó la variación de resultados en función del aceite utilizado, su forma de aplicación y el microorganismo objetivo, sugiriendo que para presentar cifras y para optimizar la futura utilización de los CAEs como conservantes hay que realizar estudios concretos según objetivos y condiciones de uso.

[EN] The antimicrobial activity of essential oils components (EOCs) is well-known. However, their high volatility and powerful aroma limit their application in the formulation of a wide range of food products. In this study, we aimed the development of new biocompatible and bioinspired systems for the controlled release of EOCs and the comparison of its antimicrobial activity with those of pure compounds. With this purpose, four different EOCs (carvacrol, thymol, cinnamaldehyde and eugenol) were loaded into mesoporous silica nanoparticles, which were then capped with sugar derivatives acting as molecular gates. Then the antibacterial activity of free and encapsulated EOCs was studied against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Results showed that in the presence of the stimuli the gates were ¿opened¿ and allowed the release of the EOCS. It was also demonstrated that encapsulation in the bio-inspired capped-mesoporous silica materials improved the antimicrobial activity of EOCs being able to achieve the inhibitory effect in a lower concentration. Therefore, the efficiency of encapsulation process has been proved as much as for the preservation of biomolecules as for its controlled release with the addition of molecular gates, solving the main problems of EOCs and improving their activity. On the other hand, most of the completed tests didn¿t show differences between the results obtained from the free and the encapsulated but not capped EOCs. For these reasons, functionalization of the particles was confirmed as an advantageous and necessary technology. Furthermore, it was confirmed the variation of results depending on the essential oil type, its application and the target microorganism. This suggests that in order to present figures and for the future application of EOCs as food preservatives, a study must be done for the specific case according to the objectives and conditions to stablish the most accurate form of use.