Processo de obtenção de nanopartículas biopoliméricas contendo óleo e extratos de azadirachta indica a. juss (neem), nanopartículas biopoliméricas e micropartículas em pó

  • Número do pedido da patente:
  • BR 10 2013 021210 5 A2
  • Data do depósito:
  • 25/01/2013
  • Data da publicação:
  • 29/10/2014
Inventores:
  • Classificação:
  • A01N 25/34
    Biocidas, repelentes ou atrativos de pestes ou reguladores do crescimento de plantas, caracterizados por suas formas ou por seus ingredientes inativos ou por seus m?todos de aplica??o; Subst?ncias para reduzir o efeito nocivo dos ingredientes ativos para outros organismos que n?o sejam pestes; / Formas configuradas, p. ex. folhas, n?o mencionadas em qualquer outro subgrupo deste grupo principal;
    ;
    A01P 7/04
    Artropodicidas; / Inseticidas;
    ;
    A01N 65/26
    Biocidas, repelentes ou atrativos de pestes ou reguladores do crescimento de plantas contendo material obtido de algas, l?quens, bri?fita, plantas ou fungos multicelulares ou extratos destes; / Magnoliopsida [dicotiled?neas]; / Meliaceae [fam?lia do lil?s da ?ndia ou mogno], p. ex. mogno, lansium ou nim;
    ;

PROCESSO OE OBTENÇÃO DE NANOPARTÍCULAS BIOPOLIMÉRICAS CONTENDO ÓLEO E EXTRATOS DE AZADIRACHTA INDICA A. JUSS (NEEM), NANOPARTÍCULAS BIOPOLIMÉRICAS E MICROPARTICULAS EM PÓ. É descrito um processo de obtenção de nanopartículas biopoliméricas contendo óleo e extratos de Azadirachta Indica A. Juss (Neem) que compreende na Fase 1, em (10), o preparo de uma emulsão aquosa do óleo e extratos de Neem, na Fase II, em (20), o preparo de uma solução de biopolímero em solvente orgânico, seguido da mistura das duas Fases 1 e II, e na Fase til, em (30), o preparo de uma emulsão aquosa de um tensoativo e adição da mesma à mistura das Fases 1 e II, obtendo uma suspensão de nanopartículas que é estabilizada. São também descritas as nanopartículas biopoliméricas e as micropartículas em pó obtidas.

Página de 6

Documento

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE NANOPARTÍCUIAS BIOPOLIMÉRICAS CONTENDO ÓLEO E EXTRATOS DE AZADIRACHTA INDICA A. JUSS (NEEM), NANOPARTÍCULAS BIOPOLIMÉRICAS E MICROPARTÍCULAS EM PÓ 5 CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção pertence ao campo dos processos de preparação de nanopartículas para encapsulamento de extratos e óleos de Azadirachta indica (Neem), mais especificamente, a um tal processo para encapsulamento de Neem em matrizes biopoliméricas, em 10 suspensão coloidal e em pó.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Produtos derivados da Azadirachta indica (A. Juss) (Neem) possuem uma posição de destaque num seleto grupo de produtos naturais, ambientalmente corretos, disponíveis comercialmente para o 15 controle de insetos e pragas. O Neem é uma planta tolerante às mais adversas condições de cultivo, se expandindo rapidamente ao redor do globo. Relatos na literatura identificam 500 espécies de insetos sensíveis a algum tipo de ação aos extratos de Neem.

Atualmente, as nanopartículas poliméricas constituem uma 20 abordagem mais sofisticada de formulação agroquímica podendo ser aplicadas na busca de novas propriedades para o correto uso de Neem. Entre suas principais vantagens ao setor podem se destacar sua capacidade de controlar a taxa e as condições de liberação dos ingredientes ativos, aumentar a solubilidade, reduzir o contato dos 25 ingredientes ativos com os trabalhadores rurais e vantagens ambientais como a redução das taxas de escorrimento.

Esta tecnologia permite manipular as propriedades do envoltório exterior de uma cápsula, a fim de controlar o momento da liberação da substância ativa.

Vários trabalhos descrevem o uso do Neem na obtenção de nanopartículas metálicas e no preparo de micropartículas em pó formuladas com Neem. Os trabalhos que utilizam o Neem na obtenção de nanopartículas metálicas apenas usam o Neem no processo, contudo, o 5 objetivo é preparar produtos metálicos, totalmente desconexos ao presente processo.

A agricultura normalmente é vista como consistindo de três tipos de sistemas: econômico, social e ecológico (ou meio ambiente). Os três são interligados, e as interações entre a agricultura e o meio ambiente são 10 complexas. Problemas ambientais como a degradação de solos, desertificação, destruição de florestas tropicais e a conseqüente diminuição da vida selvagem e poluição de mananciais hídricos relacionam-se com práticas agrícolas inadequadas ou com o uso intensivo de insumos.

15    Desde os tempos romanos (1 ° século A.C.) até a metade do século

XX, o controle de insetos era realizado por produtos derivados de plantas como a piretrina, a rotenona e nicotina (bioinseticidas ou inseticidas naturais). A descoberta do DDT (diclorodifeniltriclorometano), inicialmente acreditado como sendo a solução contra os ataques de insetos, após um 20 período prolongado de uso, demonstrou-se desastroso. Isto ocasionou uma busca por compostos sintéticos seguros à base de hidrocarbonetos clorâdos. Esses compostos, todavia, apenas provaram ser excessivamente tóxicos e ecologicamente desastrosos além de propiciar ' que os insetos adquirissem resistência a tais produtos.

25    O uso de pesticidas sintéticos vem sendo utilizado há mais de 50

anos, tornando-se a principal ferramenta inseticida. Embora sua utilização tenha sido eficiente no controle de algumas espécies de praga, possibilitando incrementos significativos na produção de alimentos, seu uso extensivo e algumas vezes indiscriminado tem provocado diversos 30 problemas de repercussão social e ambiental, incluindo contaminações do

solo, do ar, da água, dos peixes, animais e do próprio homem, redução da biodiversidade, da população de inimigos naturais, da população e do número de espécies de abelhas e polinizadores, além da resistência das pragas e o surgimento de pragas secundárias.

5    Estima-se que o prejuízo causado pelas pragas na produção

mundial de alimentos, apesar dos esforços, ainda seja de pelo menos um terço da produção.

Outro problema a ser destacado são as barreiras fitossanitárias existentes. Elas são de grande importância para a soberania dos países, . 10 face à proteção das lavouras e a segurança alimentar da população. As restrições de caráter fitossanitário vêm impondo aos países exportadores de alimentos à necessidade do domínio da tecnologia da produção agrícola e do controle de todas as etapas da cadeia agro-produtiva. O Brasil como um dos grandes produtores de alimentos do mundo tem nos 15 produtos fitossanitários um dos instrumentos imprescindíveis à promoção da defesa vegetal.    1

Hoje, os inseticidas naturais constituíram-se como uma opção e/ou complemento ao controle pragas, reduzindo ou eliminando o uso de agrotóxicos sintéticos. Estas propriedades fazem dos inseticidas naturais 20 uma importante ferramenta para muitos programas de gerenciamento de pragas. Entretanto, produção significante, regulamentação e problemas de aplicação, armazenamento e reprodutibilidade da eficácia devem ser primeiramente solucionados permitindo que tais produtos possam ser adquiridos com confiabilidade pelo mercado.

25    Entre os principais problemas limitantes ao uso de inseticidas

naturais podem se destacar necessidades de identificação e estudo de espécies vegetais que permitam a exploração sustentável, a influência de fatores sazonais e intempéries da natureza, a falta de controle de qualidade e reprodutibilidade da ação inseticida e a carência de mecanismos de estabilização para o correto uso e manipulação dos compostos ativos.

Diversos fatores podem alterar a estabilidade de um produto ou composto ativo de origem natural. Cada componente, quer ativo ou 5 inativo, dependendo da quantidade pode afetar a estabilidade.

Outros fatores, chamados extrínsecos como temperatura, radiação, luz, ar (especificamente o oxigênio, dióxido de carbono e vapores de água), umidade, local e hora da coleta e de acondicionamento também alteram a estabilidade e o conteúdo de compostos ativos.

10    Há ainda os fatores intrínsecos como: incompatibilidades, pH,

hidrólise, racemização e oxidação. Por exemplo, a rápida degradação dos compostos de A. indica a inviabiliza para alguns cultivos, como a fruticultura e para a horticultura (já que o efeito residual é normalmente de 4 a 8 dias apenas). Estudos demonstraram que a atividade da 15 azadiractina pode ser reduzida a quase 60% após 4 horas de exposição ao sol podendo chegar próximo a 50% após 15 horas. Resultados obtidos no campo indicaram que extratos do A. indica aplicados sobre as culturas podem permanecer ativos por cerca de três dias apenas.

Na procura por inseticidas naturais, a família Meliaceae foi 20 identificada como um dos grupos mais promissores uma vez que grande parte de suas espécies apresenta múltiplas ações no controle de pragas. Dentro da família Meliaceae, uma espécie em especial se destaca, a Azadirachta indica de A. Jussieu, popularmente conhecida por Nim ou Neem.

25    O Neem, planta nativa de Myanmar e das regiões áridas do

subcontinente indiano, presente da índia à Indonésia tem sido introduzida por toda a região tropical do globo. Atualmente, pode ser encontrada desde os países asiáticos aos africanos, na Austrália, região tropical da América do Norte, América Central e América do Sul.

O Neem é uma planta que tem sido extensamente usada em diversas áreas como na medicina, medicina veterinária, agricultura, farmacêutica, indústria de cosméticos, moveleira, reflorestamento vegetal entre outras. É uma árvore tolerante às mais adversas condições de 5 cultivo (altas temperaturas, solos pobres e salinos, etc.) sendo um dos fatores que justifica sua rápida expansão mundial. Destas propriedades, o grande interesse atual nas pesquisas envolvendo o Neem, principalmente no mundo ocidental, são suas propriedades inseticidas. Atualmente, cerca de 500 espécies de insetos foram relatadas como sensíveis a algum tipo 10 de ação aos extratos de Neem.

As propriedades do Neem se devem a um grande número de metabólitos secundários, principalmente triterpenos e limonóides, disponíveis em diversas partes da planta. Entre esses compostos merece destaque a azadiractina (Figura 1), principal constituinte da planta e de 15 formulações comerciais.

A azadiractina é um limonóide que se concentra principalmente nos frutos, contudo, pode ser encontrado em menores teores em toda a planta.

Essa substância apresenta diversas oxidações biossintéticas 20 formando vários grupos funcionais contendo oxigênio que tende a tornar esse composto mais reativo tanto química quanto biologicamente.

Estudos prévios vêm demonstrando diversos problemas de estabilidade e degradação em compostos ativos de origem natural. Por exemplo, mesmo quando armazenado sob condições ideais, ao abrigo da 25 umidade, luz e temperatura, o conteúdo da azadiractina em óleos comerciais de Neem decai em função do tempo.

A Figura 2 ilustra a curva de decaimento da azadiractina.

Amostras de óleos de Neem submetidas ao processo de envelhecimento acelerado por radiação UV permitem observar a 30 degradação constante da azadiractina. Num sistema fechado, realizado

sob radiação ultravioleta, a velocidade de degradação em amostras de óleo/água foi aproximadamente 108 vezes maior do que aquele observado para amostras de óleo isento de água.

Estes resultados demonstraram a ação degradativa da umidade 5 sobre o produto natural num mecanismo de hidrólise catalisado por radiação ultravioleta. O mecanismo está ilustrado na Equação 1 a seguir.

Azadiractina + H 20    -—-> Produtos (1)

A presença de grupos funcionais nos metabólitos do Neem como,

por exemplo, os grupos epóxido, éter, éster, sistemas conjugados, etc.,

10 presentes na molécula da azadiractina são os principais responsáveis por

%

sua baixa persistência ambiental tendo como principal problema sua sensibilidade à fotodegradação. A rápida perda da atividade da azadiractina limita seu uso na agricultura. Um inseticida deve ser persistente o bastante para causar a morte ou controle dos insetos e 15 pragas.

A falta de métodos de monitoramento e controle de qualidade tornou-se outro fator limitante ao desenvolvimento e uso confiável dos produtos naturais. Na ausência de protocolos de produção e métodos de controle de qualidade torna se impossível garantir a reprodutibilidade da 20 ação esperada para um determinado produto.

Simultaneamente ao desenvolvimento dos biocidas (naturais ou sintéticos) tem havido a necessidade de uma ampla variedade de tipos de formulações, aditivos e processos tecnológicos capacitando a formulação de pesticidas de ingredientes ativos com diferentes propriedades físicas 25 e/ou químicas.

As formulações têm como objetivo promover o uso conveniente e seguro de um produto o qual não será deteriorado num período de tempo e obter a máxima a atividade inerente a um composto ativo.

Formulações mais sofisticadas à base de poderosos surfactantes e outros aditivos e um melhor entendimento dos princípios da química de colóides e de superfície em como aumentar a estabilidade da formulação e sua atividade biológica atende às necessidades do operador, aos 5 requisitos de segurança ambiental e melhora a atividade e persistência dos compostos ativos.

As formulações de ingredientes ativos de pesticidas mais comuns citadas pela GCPF - Global Crop Protection Federation (CropLife International) incluem granulados (GR), soluções concentradas (SL), 10 concentrados emulsionáveis (EC), pós molháveis (WP), suspensões concentradas (SC), emulsões Oléo/água (EW), microcápsulas (CS), etc.

Uma abordagem mais sofisticada à formulação de agrotóxicos em escala nanométrica envolve a nano e micro encapsulação. Entre suas principais vantagens ao setor podem se destacar a capacidade de 15 controlar e em que condições o ingrediente ativo é liberado, aumentar a solubilidade, reduzir o contato dos ingredientes ativos com os trabalhadores rurais, prorrogar a validade das patentes e vantagens ambientais como a redução das taxas de escorrimento. Esta tecnologia permite manipular as propriedades do envoltório exterior de uma cápsula, 20 a fim de controlar o momento da liberação da substância ativa.

Um grande número de diferentes estratégias tem sido proposto para modificar as características físico-químicas das nano e micro partículas e, assim, sua interação com o meio biológico. Por exemplo, já é possível modificar a natureza química da matriz polimérica das partículas alterando 25 certas características como bio-recognição, bio-distribuição, bio-adesão, bio-compatibilidade, mobilidade e bio-degradação.

As nanopartículas poliméricas podem ser definidas como partículas poliméricas coloidais contendo compostos ativos. As nanopartículas podem ser classificadas em duas categorias, nanocápsulas e 30 nanoesféras.

As nanocápsulas são compostos carregadores formados por um núcleo oleoso revestido por uma parede polimérica, podendo o composto ativo estar neste núcleo e/ou adsorvido à parede polimérica.

Por outro lado, as nanoesféras consistem de uma matriz polimérica sólida não apresentando óleo em sua composição, estando os compostos retidos e/ou adsorvidos.

Ambos os colóides são estabilizados por surfactantes na interface partículas/água.

Diferentes processos de produção de nano e micro partículas estão disponíveis e podem desenvolver e/ou melhorar características físico-químicas como tamanho, estrutura, morfologia, textura de superfície e composição. Vide a este respeito as publicações Soppimath, K.S., et al. Biodegradable polymeric nanoparticles as drug delivery devices. J. Control. Release 70, 1 - 20, 2001; Couvreur, P. et al., Nanocapsule technology. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 19, 99-134, 2002; Tice, T.R.; Gilley, R.M. Preparation of injectable controlled-release microcapsules by solvent-evaporation process. J. Control. Release 2, 343 -352, 1985; Ibrahim, H.; et al., Aqueous nanodispersions prepared by a salting-out process. Int. J. Pharm. 87:239-246, 1992; Caliceti, P. et al., Effective protein release from PEG/PLA nanoparticles produced by compressed gas anti-solvent precipitation techniques. J. Control Release 94, 195-205, 2004; Galindo-Rodriguez, S. et al., Physicochemical parameters associated with nanoparticle formation in the salting-out, emulsification-diffusion, and nanoprecipitation methods. Pharm Res 21, 1428-1439,2004.    '

Os sistemas de liberação coloidal demonstram um grande e eficiente potencial como meio de liberação de um ou de uma mistura de compostos ativos (extratos vegetais) em sites específicos de ação (sistemas de vetorização) e controle sobre a velocidade de liberação, minimizando assim efeitos tóxicos indesejáveis e melhorando suas estabilidades físico-químicas, vide Tse, G, et al., Thermodynamic prediction of active ingredient loading in polymeric microparticles. J. Control. Release 60, 77-100, 1999.

A biodegradação pode ocorrer num sistema biológico através do 5 relaxamento da cadeia polimérica, da quebra da unidade monomérica localizada na extremidade da cadeia (erosão) ou ainda através da cisão aleatória de uma ligação em alguma posição ao longo da cadeia polimérica (degradação).