Nanotechnology in veterinary medicine: a review / Nanotecnologia em medicina veterinária: uma revisão

The purpose of this review was to address the applicability of nanotechnology in veterinary medicine, with an emphasis on research in Brazil from 2013 to 2020. Firstly, we introduced to the general aspects of applicability of nanotechnology in veterinary medicine, and lately we pointed the research involving nanoscience performed in Brazil, in the studied period. Nanotechnology is the field of science that has the capacity to organize matter in nanoscale structures (1 to 100 nm), enabling innovations in different areas including biotechnology, agriculture, disease diagnosis, food and clothing industry, electronics, and pharmacological therapies. In veterinary medicine, several studies are being carried out in the world, mainly in the areas that involve search of new treatment options and the development of immunotherapy, as well as in the diagnosis of diseases. In Brazil, it is clear that the use of nanotechnology in veterinary medicine is still incipient, but it can be considered a growing area. In addition, several points have to be reflected and researched, including some adverse effects and implications to validate the safe use of nanotechnology in veterinary medicine. Therefore, this review highlighted the nanotechnology as a promise alternative in the current context of Brazilian technological innovation involving animal health, as well as a possible diagnostic tool and highlighting its potential therapeutic use in disease control in veterinary medicine. Regarding future perspectives, we believed that greater investment in science and technology could contribute to the advancement and strengthening of nanotechnology in Brazil.

O objetivo desta revisão foi abordar a aplicabilidade da nanotecnologia na medicina veterinária, com ênfase nas pesquisas no Brasil de 2013 a 2020. Primeiramente, apresentam-se os aspectos gerais da aplicabilidade da nanotecnologia em medicina veterinária e, posteriormente, apontam-se as pesquisas envolvendo nanociência realizadas no Brasil, no período estudado. A nanotecnologia é o campo da ciência capaz de organizar a matéria em estruturas de nanoescala (1 a 100 nm), permitindo inovações em diferentes áreas, incluindo biotecnologia, agricultura, diagnóstico de doenças, indústria de alimentos e vestuário, eletrônica e terapias farmacológicas. Na medicina veterinária, diversos estudos estão sendo realizados no mundo, principalmente nas áreas que envolvem a busca de novas opções de tratamento e o desenvolvimento de imunoterapia, bem como no diagnóstico de doenças. No Brasil, está claro que o uso da nanotecnologia na medicina veterinária ainda é incipiente, mas pode ser considerada uma área em crescimento. Além disso, vários pontos devem ser refletidos e pesquisados, incluindo alguns efeitos adversos e implicações para validar o uso seguro da nanotecnologia na medicina veterinária. Nesta revisão, destaca-se a nanotecnologia como uma alternativa promissora no atual contexto de inovação tecnológica brasileira, envolvendo saúde animal, o diagnóstico e o potencial uso terapêutico no controle de doenças em medicina veterinária. Em relação às perspectivas futuras, acredita-se que maiores investimentos em ciência e tecnologia são fatores fundamentais a contribuir para o avanço e fortalecimento da nanotecnologia no Brasil.

Development, characterization and viability study of probiotic microcapsules produced by complex coacervation followed by freeze-drying / Desenvolvimento, caracterização e estudo da viabilidade de microcápsulas probióticas produzidas por coacervação complexa seguida de liofilização

Technique of complex coacervation was used to produce microcapsules of Lactobacillus acidophilus La-5 encapsulated in gelatin and gum arabic which were then freeze-drying. Microcapsules were characterized using scanning electron and optical microscopy, and resistance of probiotics was evaluated during release into a simulated gastrointestinal tract and storage at different temperatures. The complex coacervation process produced microcapsules with a high encapsulation efficiency (77.60% and 87.53%), ranging from 127.14-227.05 m with uniform distribution. Microencapsulation was an efficient approach to achieve significant protection of probiotics against simulated gastrointestinal conditions compared with free cells. Encapsulation also improved the viability of probiotics during storage at either 18 ºC for 120 days, 7 ºC for 105 days or 25 ºC for 45 days. Therefore, complex coacervation was demonstrated to be adequate and promising for encapsulation of probiotics.(AU)

A técnica de coacervação complexa foi utilizada para a produção de microcápsulas contendo Lactobacillus acidophilus La-5 em gelatina e goma arábica seguida de secagem por liofilização. As microcápsulas foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, assim como a resistência dos probióticos frente à liberação in vitro ao trato gastrointestinal simulado e ao armazenamento em diferentes condições de temperatura também foram avaliados. O processo de coacervação complexa formou microcápsulas com alta eficiência de encapsulação (77,60% e 87,53%), tamanho compreendido entre 127,14 e 227,05 µm e distribuição uniforme. As microcápsulas foram eficientes em promover a proteção substancial dos probióticos frente às condições gastrointestinais simuladas, em comparação às células livres. A encapsulação também foi eficiente em manter a viabilidade dos probióticos durante o armazenamento em temperaturas de 18 ºC por 120 dias, 7 ºC por 105 dias e 25 ºC por 45 dias. Dessa forma, a coacervação complexa se mostra adequada e promissora para a encapsulação dos probióticos.(AU)

Improvement of the viability of probiotics (Lactobacillus acidophilus) by multilayer encapsulation / Melhoramento da viabilidade de probióticos (Lactobacillus acidophilus) por encapsulação em multicamadas

This study produced pectin microcapsules containing Lactobacillus acidophilus by external ionic gelation, followed by the adsorption of whey protein and pectin to form multilayers. The viability of free and microencapsulated lactobacilli was evaluated after in vitro exposure to gastrointestinal conditions. They were also assessed by heat treatment, and stability was examined at -18°C, 5°C and 25°C for 120 days. Exposure to different pHs, simulating passage through the gastrointestinal tract, showed that treatment of the microcapsules with only pectin (LA/P0) and with one and two layers of whey protein (treatments LA/P1 and LA/P3, respectively), were able to protect Lactobacillus acidophilus , with microcapsules increasing the release of probiotics from the stomach into the intestines. Free cells showed a decrease in their counts over the course of the simulated gastrointestinal system. Regarding heat treatments, microcapsules with a layer of whey protein (LA/P1) maintained the viability of their encapsulated Lactobacillus acidophilus (9.57 log CFU/g-1). The best storage viability was at -18°C, with a count of 7.86 log CFU/g-1at 120 days for microcapsule LA/P1,with those consisting of two layers of whey protein (LA/P3)having a 6.55 log CFU/g-1 at 105 days. This study indicated that external ionic gelation was effective and could be used for the production of pectin microcapsules, with multilayer whey protein promoting greater protection and viability of Lactobacillus acidophilus.(AU)

O objetivo deste trabalho foi produzir microcápsulas de pectina, contendo Lactobacillus acidophilus por gelificação iônica externa, seguida da adsorção de proteína de soro de leite e multicamadas formadoras de pectina. Além disso, a viabilidade de lactobacilos livres e microencapsulados, após exposição in vitro a condições gastrintestinais, foi avaliada após simulação de tratamentos térmicos e, finalmente, estabilidade a -18°C, 5°C e 25°C durante 120 dias de armazenamento. A exposição a diferentes pHs, simulando a passagem pelo trato gastrointestinal, mostrou que os tratamentos das microcápsulas com apenas pectina (LA/P0) e com uma e duas camadas proteína do soro (tratamentos LA/P1 e LA/P3, respectivamente), foram capazes de proteger o Lactobacillus acidophilus , enquanto as microcápsulas aumentaram a liberação de probióticos do estômago para o intestino. As células livres diminuíram suas contagens no curso do sistema. Em relação aos tratamentos térmicos aplicados, pode-se afirmar que a microcápsula com uma camada de proteína do soro (LA/P1) resistiu e manteve a viabilidade de Lactobacillus acidophilus (9,57 log CFU / g-1). A melhor viabilidade foi obtida no armazenamento a -18°C, com uma contagem de 7,86 log CFU / g-1 para essa mesma microcápsula (LA/P1) no final do armazenamento (120 dias) e 6,55 log CFU / g-1 para as microcápsulas com duas camadas de proteína do soro (LA/P3) por 105 dias. Este estudo indica que a gelificação iônica externa é eficaz e pode ser usada para a produção de microcápsulas de pectina com multicamadas de proteína de soro para promover maior proteção e viabilidade ao Lactobacillus acidophilus.(AU)

Cytotoxicity and antioxidant activity of goldenberry extracts obtained with high intensity ultrasound / Citotoxicidade e atividade antioxidante de extratos de goldenberry obtidos com ultrassom de alta intensidade

The high intensity ultrasound-assisted extraction (HIU) is one of the most simple, quick and efficient techniques for the extraction of phenolic and other antioxidant compounds from plants. This is the first application of HIU for the extraction of these compounds from goldenberry fruit. The HIU and conventional extraction techniques showed similar results regarding to phenolic compounds and antioxidant capacity. However, the time required for HIU extraction (5min) was 24 times lower than conventional extraction (120min). Phenolic compounds reported were chlorogenic acid, caffeic acid and rutin. In vitro cytotoxicity assays were used for evaluation of extracts and the results showed that in a wide range of concentration, the extract maintains cell viability, thus indicating the possibility to use it as food with safety.(AU)

A extração assistida com ultrassom de alta intensidade (HIU) é uma das técnicas mais simples, rápidas e eficientes na extração de compostos fenólicos e antioxidantes de plantas. Este trabalho foi o primeiro a utilizar HIU na extração destes compostos presentes na fruta goldenberry. As técnicas HIU e extração convencional apresentaram resultados semelhantes com relação aos compostos fenólicos e capacidade antioxidante. Entretanto, o tempo necessário na HIU (5min) foi 24 vezes menor que na extração convencional (120min). Os compostos fenólicos encontrados foram ácido clorogênico, ácido cafeico e rutina. Ensaios de citotoxicidade in vitro foram usados para avaliação dos extratos e os resultados demonstraram que, em ampla faixa de concentração, o extrato mantém a viabilidade celular, indicando assim possível segurança para utilização em alimentos.(AU)

Encapsulation of Lactobacillus acidophilus La-5 and Bifidobacterium Bb-12 by spray drying and evaluation of its resistance in simulated gastrointestinal conditions, thermal treatments and storage conditions / Encapsulação de Lactobacillus acidophilus La-5 e Bifidobacterium Bb-12 por spray dryer e avaliação da sua resistência em condições gastrointestinais simuladas, tratamentos térmicos e em condições de armazenamento

Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) and Bifidobacterium Bb-12 (MB) microparticles were produced at different temperatures by spray dryer. The influence of different temperatures on the viability, encapsulation efficiency, water activity and moisture were evaluated. Microparticles that presented more viability were submitted to thermal resistance, gastrointestinal simulation, storage stability, morphology and particle size analyses. Drying temperature of 130°C showed higher encapsulation efficiency, 84.61 and 79.73% for Lactobacillus acidophillus (ML) and Bifidobacterium Bb-12 (MB) microparticles, respectively. In the evaluation of thermal resistance and gastrointestinal simulation, the microparticles of Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) presented higher survival than Bifidobacterium Bb-12 (MB) under these conditions. In storage viability only the Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) microparticles remained viable at all evaluated temperatures during the 120 days. The particle sizes reported were 4.85 for Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) and 8.75 for Bifidobacterium Bb-12 (MB), being in agreement with the desired values for products obtained by spray dryer. Finally, the Lactobacillus acidophilus La-5 (ML) microparticles were shown to be more resistant under the conditions evaluated in this study.(AU)

Micropartículas de Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) e Bifidobacterium Bb-12 (MB) foram produzidas em diferentes temperaturas de secagem no spray dryer. A influência das diferentes temperaturas sobre a viabilidade, eficiência de encapsulação, atividade de água e umidade foram avaliadas. As micropartículas que apresentaram maior viabilidade foram submetidas a análises de resistência térmica, simulação gastrointestinal, estabilidade ao armazenamento, morfologia e tamanho de partícula. A temperatura de secagem de 130°C mostrou maior eficiência de encapsulação, 84.61 e 79.73% para micropartículas de Lactobacillus acidophillus (ML) e Bifidobacterium Bb-12 (MB), respectivamente. Na avaliação da resistência térmica e simulação gastrointestinal as micropartículas de Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) apresentaram maior sobrevivência que Bifidobacterium Bb-12 (MB) nestas condições. Na viabilidade ao armazenamento somente as micropartículas Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) mantiveram-se viáveis em todas as temperaturas avaliadas durante os 120 dias. Os tamanhos de partícula encontrados foram de 4.85 para Lactobacillus acidophillus La-5 (ML) e 8.75 para Bifidobacterium Bb-12 (MB), estando de acordo aos valores desejáveis para produtos obtidos por spray dryer. Por fim, as micropartículas de Lactobacillus acidophilus La-5 (ML) demostraram ser mais resistentes frente as condições avaliadas neste estudo.(AU)

Microencapsulação de probióticos por spray drying: avaliação da sobrevivência sob condições gastrointestinais simuladas e da viabilidade sob diferentes temperaturas de armazenamento / Microencapsulation of probiotics by spray drying: evaluation of survival in simulated gastrointestinal conditions and availability under different storage temperatures

O objetivo deste trabalho foi avaliar microcápsulas contendo Bifidobacterium animalis e Lactobacillus acidophilus, produzidas por spray drying. Ensaios de sobrevivência foram conduzidos para avaliar a resistência dos probióticos a condições gastrointestinais simuladas e a sua viabilidade durante 120 dias de armazenamento a 4ºC e 25ºC, além da análise morfológica das microcápsulas. A microencapsulação protegeu os probióticos das condições gastrointestinais simuladas, os quais permaneceram viáveis após 120 dias de armazenamento a 4ºC e 25ºC, sendo mais viáveis a 4ºC. As microcápsulas apresentaram forma esférica, com superfície contínua relativamente lisa e sem fissuras. O estudo indica que microcápsulas de B. animalis e L. acidophilus, produzidas por spray drying, sobrevivem a condições gastrointestinais simuladas e podem ser melhor armazenadas por 120 dias a 4ºC.(AU)

The aim of this study was to evaluate microcapsules containing Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium animalis by spray drying. Survival assays were conducted to evaluate the resistance of probiotics to simulated gastrointestinal conditions and its availability during 120 days of storage at 4°C and 25°C, besides morphological analysis of the microcapsules. Microencapsulation protected the probiotics from simulated gastrointestinal conditions, which also remained viable after 120 days of storage at 4ºC and 25ºC, but more viable at 4ºC. The microcapsules showed spherical shape with relatively smooth continuous surface without cracks. The study indicates that microcapsules of B. animalis or L. acidophilus by spray drying survive in simulated gastrointestinal conditions and can be better stored for 120 days at 4°C.(AU)

Microencapsulation: concepts, mechanisms, methods and some applications in food technology / Microencapsulação: conceitos, mecanismos, métodos e algumas aplicações em tecnologia de alimentos

Microencapsulation is a process in which active substances are coated by extremely small capsules. It is a new technology that has been used in the cosmetics industry as well as in the pharmaceutical, agrochemical and food industries, being used in flavors, acids, oils, vitamins, microorganisms, among others. The success of this technology is due to the correct choice of the wall material, the core release form and the encapsulation method. Therefore, in this review, some relevant microencapsulation aspects, such as the capsule, wall material, core release forms, encapsulation methods and their use in food technology will be briefly discussed.(AU)

A microencapsulação é um processo em que substâncias ativas são revestidas por cápsulas extremamente pequenas. É uma tecnologia nova, a qual tem sido empregada na indústria de cosméticos, farmacêutica, agrotóxicos e alimentícia e, nesta, é utilizada em aromas, ácidos, óleos, vitaminas, micro-organismos, entre outros. O êxito nessa tecnologia deve-se à correta escolha do material encapsulante, da forma de liberação do núcleo e do método de encapsulação. Dessa forma, nesta revisão, serão abordados, sucintamente, alguns aspectos relevantes da microencapsulação, como a cápsula, o material encapsulante, as formas de liberação do núcleo, os métodos de encapsulação, assim como sua utilização na tecnologia de alimentos.(AU)