Efeitos biológicos da curcumina e sua forma micronizada em ensaios in vitro e in vivo em peixes-zebra

Abstract

O estresse induz mudanças neurobiológicas complexas no sistema nervoso central que envolvem alterações nos níveis de neurotransmissores, defeitos na plasticidade sináptica e neurogênese, desequilíbrio do estado oxidativo, disfunção mitocondrial e neuroinflamação, predispondo o indivíduo a transtornos mentais como ansiedade e depressão. A farmacoterapia disponível para tratar esses transtornos apresenta limitações em relação à eficácia, justificando a busca por novos tratamentos. Nesse sentido, estudos têm demonstrado que a curcumina, um polifenol extraído do rizoma de Curcuma longa L. (Zingiberaceae), é um potencial candidato para tratar transtornos mentais pois é capaz de modular processos biológicos relacionados. Entretanto, a curcumina apresenta baixa biodisponibilidade e isso pode comprometer sua utilização. O processo de micronização utilizando fluido supercrítico é capaz de gerar mudanças na estrutura física, aumentar a taxa de dissolução e solubilidade de compostos ativos. Na presente tese, comparamos, através de diferentes ensaios in vitro e in vivo, os efeitos da curcumina convencional (CUR) com a curcumina micronizada (CM). Inicialmente, investigamos os efeitos antioxidantes in vitro da CUR e CM bem como avaliamos os efeitos comportamentais e bioquímicos das diferentes preparações de curcumina em um modelo de estresse crônico imprevisível (ECI) em peixes-zebra. Nos testes in vitro, CM (1 g/L) apresentou maior atividade antioxidante do que CUR, medida pelo poder antioxidante redutor de ferro (FRAP), remoção do radical 1,1-difenil-2-2-piciclo-hidrazila (DPPH) e teste de desoxirribose. O ECI aumentou a distância total percorrida no teste de interação social e diminuiu o número de cruzamentos, tempo de permanência e entradas na área superior do aquário no teste do tanque novo. Além disso, o ECI diminuiu os níveis de tióis não proteicos (NPSH), aumentou a atividade da enzima glutationa redutase (GR) e os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) no encéfalo de peixes-zebra. Os efeitos comportamentais induzidos pelo ECI não foram bloqueados pelas preparações de curcumina. Apesar disso, a CM apresentou propriedades antioxidantes superiores à CUR nos animais submetidos ao ECI. Posteriormente, avaliamos os efeitos comportamentais e bioquímicos de ambas as preparações de curcumina em um o modelo de estresse agudo por contenção (EAC) em peixes-zebra. O EAC aumentou o tempo de permanência na área central e o número de cruzamentos entre as áreas interna e externa do tanque e diminuiu o tempo de imobilidade dos animais no teste de tanque aberto. Além disso, o EAC induziu dano oxidativo pelo aumento dos níveis de TBARS e diminuição dos níveis de NPSH. Esses efeitos comportamentais e bioquímicos induzidos por EAC não foram bloqueados por nenhuma preparação de curcumina. Finalmente, avaliamos os efeitos comportamentais e bioquímicos de CUR e CM em larvas de peixe-zebra 7 dias pósfertilização (dpf). A CM aumentou a distância total percorrida e o ângulo absoluto de virada no teste de tanque aberto quando comparada ao controle. Embora esses estudos não tenham medido a concentração de curcumina no encéfalo dos peixes-zebra, nossos resultados sugerem que a micronização aumenta a biodisponibilidade da curcumina, potencializando sua atividade antioxidante in vitro e in vivo. Nosso estudo agrega importantes achados que contribuem para o corpo de evidências que apoiam a utilização do processo de micronização como estratégia para aumentar a biodisponibilidade e, potencialmente, os efeitos terapêuticos de compostos ativos. Além disso, evidenciamos que a CM preveniu os efeitos de estresse crônico em marcadores neuroqu

Stress induces complex neurobiological modifications in the central nervous system that involve changes in neurotransmitter levels, defects in synaptic plasticity and neurogenesis, oxidative state imbalance, mitochondrial dysfunction, and neuroinflammation, predisposing the individual to mental disorders such as anxiety and depression. The pharmacotherapy available to treat these disorders has limitations in terms of effectiveness, justifying the search for new treatments. In this sense, studies have shown that curcumin, a polyphenol extracted from the rhizome of Curcuma longa L. (Zingiberaceae), is a potential candidate to treat mental disorders because it can modulate biological processes related. However, curcumin has low bioavailability, and this can compromise its use. The micronization process using supercritical fluid is able of generating changes in the physical structure, increasing the dissolution rate and solubility of active compounds. In this thesis, we compared, through different in vitro and in vivo assays, the effects of conventional curcumin (CUR) with micronized curcumin (MC). Initially, we investigated the in vitro antioxidant effects of CUR and MC as well as evaluated the behavioral and biochemical effects of different curcumin preparations in unpredictable chronic stress (UCS) model in zebrafish. In the in vitro tests, MC (1 g/L) showed greater antioxidant activity than CUR, measured by the iron-reducing antioxidant power (FRAP), 1,1-diphenyl-2-2-picyclohydrazyl (DPPH) radical removal, and deoxyribose test. The UCS increased the total distance traveled in the social interaction test and decreased the number of crossings, spent time, and entries in the upper area of the tank in the novel tank test. Furthermore, UCS decreased the non-protein thiols (NPSH) levels, increased the glutathione reductase (GR) enzyme activity, and the thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) levels in the zebrafish brain. UCS-induced behavioral effects were not blocked by any curcumin preparations. Despite this, MC showed antioxidant properties superior to CUR in animals submitted to UCS. Subsequently, we evaluated the behavioral and biochemical effects of both curcumin preparations in the acute restraint stress (ARS) model in zebrafish. The ARS increased the time spent in the central area and the number of crossings between the internal and external areas of the tank and decreased the immobility time of the animals in the open tank test. Furthermore, ARS induced oxidative damage by increasing TBARS levels and decreasing NPSH levels. These ARS-induced behavioral and biochemical effects were not blocked by any curcumin preparation. Finally, we evaluated the behavioral and biochemical effects of CUR and MC in zebrafish larvae 7 days post-fertilization (dpf). The MC increased the total distance traveled and the absolute turning angle in the open tank test when compared to control. Although these studies did not measure the concentration of curcumin in the zebrafish brain, our results suggest that micronization increases the bioavailability of curcumin, enhancing its antioxidant activity in vitro and in vivo. Our study brings together important findings that contribute to the body of evidence supporting the use of the micronization process as a strategy to increase the bioavailability and, potentially, the therapeutic effects of active compounds. Furthermore, we evidenced that MC prevented the effects of chronic stress on neurochemical markers, despite the absence of evident behavioral correlates in zebrafish.