Encapsulamento de bacteriófagos em diferentes matrizes e avaliação do potencial para a fagoterapia

Abstract

O uso de bacteriófagos (fagos) para modular a microbiota intestinal de animais reduz o risco de contaminação de alimentos por micro-organismos causadores de doenças de origem alimentar. No entanto, a viabilidade dos fagos é baixa em ambiente gastrointestinal, tornando o encapsulamento, uma alternativa promissora para aplicação em sistemas de administração oral. O objetivo desta pesquisa foi investigar as características de proteção e liberação in vitro dos fagos de Escherichia coli O157:H7 (UFV-AREG1) encapsulados em esferas de alginato- polímeros preparadas por método de extrusão. Um dispositivo de encapsulamento por extrusão foi montado para produção de esferas carregadas com fagos usando alginato, carragena, proteína do soro de leite e quitosana como polímeros base. O comportamento reológico e a eficiência de encapsulamento para cada formulação foram determinados. Testes in vitro (fluido gástrico simulado-FGS, fluido intestinal simulado-FIS e sais biliares) foram realizados simulando as condições as quais os fagos são expostos quando administrados oralmente. A viabilidade dos fagos encapsulados foi avaliada durante o armazenamento e após secagem das esferas. O sistema montado apresentou potencial para imobilizar outras biomoléculas, além dos fagos, para sistemas de liberação controlada. As formulações apresentaram comportamento de fluido não-newtoniano pseudoplástico e cerca de 99% dos fagos foram encapsulados nas esferas. O título dos fagos UFV-AREG1 livres reduziu a um nível indetectável 5 min após exposição em pH abaixo de 3,4 e após 150 s em FGS (pH 2,5), indicando que os mesmos foram sensíveis a ambientes ácidos. No entanto, a viabilidade dos fagos foi mantida em esferas de alginato-proteína do soro, com redução de somente 0,04 ciclos log 10 no título. Sais biliares não afetaram a estabilidade dos fagos livres ou encapsulados, mesmo incubados por 3 h em soluções de bile a 1 % e 2 %. Os fagos foram liberados rapidamente em FIS (pH 6,8) nos tempos iniciais e gradualmente nos tempos seguintes. A viabilidade dos fagos encapsulados foi mantida sob refrigeração durante cinco meses, no entanto, o processo de secagem das esferas reduziu o título a um nível não detectável. O sistema montado foi compatível com polissacarídeos e proteínas para encapsulamento de biomoléculas e as esferas produzidas, mantiveram os fagos UFV-AREG1 biologicamente ativos e com potencial para fagoterapia.

The use of bacteriophages (phages) to modulate intestinal microbiota of animals reduces the risk of food contamination by foodborne microorganisms. However, the phage viability in the gastrointestinal environment is low, making encapsulation a promising alternative for oral delivery systems application. The objective of this research was to investigate the in vitro protection and release characteristics of the Escherichia coli O157:H7 phage (UFV-AREG1) encapsulated in alginate-polymer spheres prepared by the extrusion method. An extrusion encapsulation device was assembled, producing phage loaded spheres using alginate, carrageenan, whey protein and chitosan as base polymers. The rheological behavior and the encapsulation efficiency for each formulation were determined. In vitro tests (simulated gastric fluid-SGF, simulated intestinal fluid-SIF and bile salts) were performed, simulating conditions in which the phages are exposed when orally administered. The viability of the encapsulated phages was evaluated during storage and after drying of the spheres. The assembled system presented potential to immobilize other biomolecules, in addition to the phages, for controlled release systems. The formulations showed behavior of non-Newtonian pseudoplastic fluids and about 99% of the phages were encapsulated in the spheres. The titer of the free UFV-AREG1 phages reduced to an undetectable levels 5 min after exposure at pH under 3.4 and after 150 s at SGF (pH 2.5), indicating that they were sensitive to acidic environments. However, the viability of the phages was maintained in alginate-whey protein spheres, reducing only 0.04 log 10 cycles in the titer. Bile salts did not affect the stability of free or encapsulated phages, even incubated for 3 h in 1% and 2% bile solutions. Phages were rapidly released in SIF (pH 6.8) at the initial times and gradually at the following times. The viability of the encapsulated phages was kept under refrigeration for five months, however, the drying of the spheres reduced the titer to an undetectable levels. The assembled system was compatible to polysaccharides and proteins for the encapsulation of biomolecules and the spheres produced maintained the UFV-AREG1 phages biologically active with potential for phage therapy.