BR102023018024A2 - Método para preparação de uma emulsão contendo um óleo essencial como ingrediente ativo, emulsão pickering e uso de uma emulsão pickering - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um método para preparação de emulsões de Pickering antimicrobianas estabilizadas por partículas sólidas de quitosana adsorvidas na interface óleo/água composta por matériasprimas naturais e atóxicas. As emulsões apresentam uma fase de óleo essencial de Melaleuca alternifolia (OEMa) dispersa em uma fase aquosa, estabilizadas com micro e nanopartículas de quitosana (Qs). Ademais, a emulsões apresentam atividade antibiótica contra bactérias, fungos e vírus.
Description
[001] A presente invenção descreve o desenvolvimento de emulsões de Pickering antimicrobianas estabilizadas por partículas sólidas de quitosana adsorvidas na interface óleo/água composta por matérias- primas naturais e atóxicas. As emulsões apresentam uma fase de óleo essencial de Melaleuca alternifolia (OEMa) dispersa em uma fase aquosa, estabilizadas com micro e nanopartículas de quitosana (Qs).
[002] Após a declaração de emergência de saúde pública internacional pela Organização Mundial da Saúde (OMS) em janeiro de 2020 devido à Doença de Coronavírus 2019 (COVID-19) causada pelo Coronavírus da Síndrome Respiratória Aguda Grave 2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2), diversos esforços em todo o mundo foram realizados por indústrias e cientistas no âmbito do desenvolvimento de novas soluções com características antimicrobianos cada vez mais eficazes para evitar a transmissão de doenças causadas por micro-organismos patogênicos (GORDON et al., 2020).
[003] Dentre os principais agentes sanitizantes, destacam-se composto quaternários de amônio ou peróxido de hidrogênio, além de outros compostos sintéticos. No entanto, as crescentes preocupações ambientais e de saúde têm refletido na busca por novos produtos ambientalmente amigáveis. Nesse sentido, os óleos essenciais têm surgido como promissores agentes bacterianos, fúngicos e antivirais para uma ampla gama de aplicações. Isto se deve à sua composição por envolver uma mistura diversificada de compostos orgânicos com propriedades antimicrobianas que geralmente apresentam um efeito antimicrobiano sinérgico quando combinados.
[004] Os óleos essenciais são uma mistura complexa de hidrocarbonetos, terpenos, terpenoides e álcoois terciários. O mecanismo de ação dos óleos essenciais dependerá da sua composição. Em geral, eles apresentam ativos com características hidrofílicas e hidrofóbicas, capazes de permear e danificar a membrana citoplasmática (camada fosfolipídica) e a parede celular com vazamento do conteúdo celular dos microrganismos (AZIZ et al., 2018; MONDELLO et al., 2022; SÁNCHEZ-GONZÁLEZ et al., 2010; WANI et al., 2021; YADALAM et al., 2021).
[005] Estudos anteriores indicam que muitos óleos essenciais têm sido eficazes na inibição de uma ampla gama de microrganismos, incluindo vírus de RNA e DNA, como o vírus da gripe aviária A, vírus herpes simplex tipo 1 (HSV-1) e tipo 2 (HSV-2), vírus dengue tipo 2, vírus Junin, adenovírus vírus influenza tipo 3, poliovírus e vírus Coxsackie B1 (POURGHANBARI et al., 2016; TARIQ et al., 2019).
[006] Apesar de suas excelentes propriedades bioativas, os óleos essenciais apresentam algumas limitações como alta volatilidade, baixa solubilidade, alta tendência a degradação e oxidação, exigindo o uso de diferentes abordagens para estabilizar e proteger estes compostos, como encapsulamento e emulsificação (REIS, 2020), aumentando os seus tempos de prateleira e conservando as atividades biológicas, este fato é essencial para diversas aplicações (MEYERS et al., 2021).
[007] O uso prático do OEMa é frequentemente limitado por vários inconvenientes que podem ocorrer durante o manuseio e armazenamento devido à elevada susceptibilidade dos seus componentes sofrerem reações químicas ou degradação, como oxidação, isomerização, polimerização e rearranjo que dependem principalmente de parâmetros ambientais como temperatura, luz e oxigênio atmosférico (TUREK; STINTZING, 2013). Esses problemas de instabilidade podem resultar em uma redução ou perda de eficácia dos componentes ativos dos OEMa, sendo um problema grave em termos de aplicação tecnológica. Além disso, OEMa é insolúvel em água, apresentando alta volatilidade e tempo de meia-vida curto, resultando em difícil manuseio (SÁNCHEZ-GONZÁLEZ et al., 2010).
[008] Existem diferentes tipos de emulsões, sendo as mais comuns a emulsão de óleo em água (O/A) e a emulsão de água em óleo (A/O). A emulsão O/A apresenta uma fase de água contínua e uma fase de óleo dispersa, enquanto a emulsão de A/O tem uma fase de óleo contínua e uma fase de água dispersa. As emulsões precisam ser estabilizadas por agentes emulsificantes para garantir que estes sistemas multifásicos fiquem estáveis termodinamicamente (PEREIRA; GARCIA-ROJAS, 2014).
[009] A emulsificação é uma tecnologia de estabilização definida como uma mistura de uma fase aquosa e uma fase oleosa. Nesse sistema, as gotas são consideradas como a fase dispersa e o líquido em que se encontram corresponde à fase contínua. A dispersão de uma fase em outra visando obter um sistema homogêneo o qual ocorre por meio de moléculas anfifílicas capazes de diminuir a tensão interfacial entre as fases, resultando em elevada estabilidade termodinâmica (TADROS 2016, FRANZOL; REZENDE, 2015). Para garantir a estabilidade de uma emulsão, aditivos emulsificantes são adicionados, como surfactantes sintéticos. No entanto, estes compostos aumentam a toxicidade e causando problemas ambientais por sua baixa biodegradabilidade (SOUZA et al., 2020).
[010] Diferentemente das emulsões normais, as emulsões Pickering são emulsões estabilizadas com partículas sólidas ao invés dos tensoativos clássicos (E. DICKINSON, 2012).
[011] Fortes forças repulsivas, como forças estéricas e eletrostáticas geradas a partir da camada de moléculas do emulsificante na interface óleo-água, inibem a agregação de gotículas. Neste sistema, os emulsificantes moleculares absorvidos estão em equilíbrio com os não absorvidos. Por outro lado, em uma emulsão de Pickering, as partículas que são parcialmente molhadas pelas fases de óleo e água são irreversivelmente absorvidas na interface sem diminuir significativamente a tensão interfacial. Essas partículas formam uma barreira mecânica contra a coalescência de gotículas (Cahyana, Y. el al, 2022).
[012] As emulsões de Pickering são objetos de grande interesse de pesquisa hoje em dia (Asma Sharkawy, et al, 2022). Este interesse renovado é atribuído à crescente conscientização em relação aos riscos ambientais e problemas adversos à saúde relacionados aos surfactantes de baixo peso molecular, bem como aos avanços contínuos nas técnicas de produção e caracterização das nanopartículas (M. Rayner, el al, 2014).
[013] Neste sentido, o sistema de emulsão Pickering seja uma solução para óleos essenciais hidrofóbicos e propensos à oxidação. Este método permite que os óleos essenciais proporcionem um melhor efeito no produto resultante e mantenham os benefícios de seus componentes bioativos.
[014] A quitosana é um biopolímero de fonte renovável com capacidade de atuar como um agente emulsificante. Este polímero pode ser usado na forma de partículas sólidas como estabilizante de emulsões Pickering. Essa classe de emulsões é caracterizada por ser estabilizada por partículas sólidas como substitutos aos surfactantes. Em comparação com as emulsões convencionais que são estabilizadas por surfactantes orgânicos, (ZHAI et al., 2018).
[015] A quitosana é um polímero natural obtido pela desacetilação parcial da quitina (E.S. de Alvarenga, et al., 2010). O referido composto consiste em unidades de D-glucosamina ligadas a β-(1-4) e unidades de N-acetil-D-glucosamina (D. Wu, et al, 2020).
[016] A quitosana vem sendo selecionada para preparar nanopartículas para estabilizar emulsões de Pickering, uma vez que excelente propriedade de adesão e muitos outros efeitos positivos para a cicatrização de feridas, como estimular a hemostasia, acelerar a regeneração tecidual e promover a proliferação de fibroblastos (L. Fan, et al. 2018).
[017] Além disso, as nanopartículas de quitosana também têm boa biocompatibilidade, bioadesividade e biodegradabilidade (M.H. Asfour, et al., 2017).
[018] O óleo essencial de Melaleuca alternifolia (OEMa) é composto de hidrocarbonetos terpênicos, principalmente monoterpenos, sesquiterpenos e seus álcoois associados. Os terpenos são hidrocarbonetos voláteis e aromáticos e podem ser considerados polímeros do isopreno, que tem a fórmula C5H8 (C. F. Carson, et al. 2006).
[019] Conhecido como óleo de árvore do chá, é extraído de uma planta nativa da Austrália e tem ganhado crescente interesse na Europa, Japão e Estados Unidos devido às suas propriedades antimicrobianas (antifúngica, antiviral, antibacteriana), antitumoral, antioxidante, antissépticas e anti-inflamatórias (GIORDANI et al., 2006; KAUSHIK et al., 2020; MERONI et al., 2020; PUVA et al., 2020).
[020] Por estes motivos, OEMa tem sido utilizado em produtos para cuidados da pele e feridas, infecções respiratórias, fabricação de medicamento homeopáticos, tratamento da mucosa fúngica e infecções cutâneas (GIORDANI et al., 2006; PUVAV et al., 2020; VETERE et al., 2020).
[021] Esse óleo essencial é composto de hidrocarbonetos terpênicos, em particular monoterpenos, sesquiterpenos e álcoois associados, consistindo em uma mistura de aproximadamente 100 compostos incluindo, terpenos aldeídos, ésteres, álcoois, 1,8-cineol, terpinoleno e monoterpenóides. Contudo, apesar das excelentes propriedades antimicrobianas já bem descritas na literatura, possui algumas limitações para conserva suas propriedades (GAROZZO et al., 2011; OLIVA et al., 2018; ROANA et al., 2021, ROANA et al., 2021, OLIVA et al., 2018 e LI et al., 2016).
[022] Bao et al, 2020 revela emulsões Pickering são aquelas estabilizadas por partículas sólidas. Os autores desenvolveram uma emulsão de Pickering emulsificando com uma mistura de curcumina (10 ug/mL) dissolvida em vários óleos, dentre eles o óleo de Melaleuca alternifolia. Depois desta etapa, os óleos contendo curcumina foram misturadas com a suspensão de nanopartícula de quitosana obtida por meio de NaOH (Hidróxido de sódio).
[023] As emulsões de Pickering desses autores tem como finalidade de promover o processo de cicatrização de feridas por meio de pulverização por esse motivo a estabilização por meio de formação de rede é favorável, pois causa um aumento na viscosidade levando uma melhora na propriedade de aderência.
[024] Na presente invenção, o óleo de Melaleuca alternifolia é utilizado de forma pura, sem misturas ou curcumina, sendo que a mistura entre ele e as nanopartículas visa obter um efeito sinérgico e potencializado. Ademais, o uso do óleo em sua forma pura visa realizar um processo mais simples de preparo e sem o uso de etapas adicionais, que envolveriam maior gasto energético e financeiro.
[025] Ademais, o referido trabalho utilizou-se o uso de hidróxido de sódio, substância conhecida pelo seu elevado pH e propriedades corrosivas. Em nosso trabalho, não utilizamos NaOH, mas sim apenas uma pequena quantidade de ácido acético, destacando as diferenças de processo nesse ponto, além de termos empregado um processo ambientalmente amigável.
[026] Por fim, outro aspecto importante é o tamanho de partícula. Em nossa proposta, empregamos partículas micrométricas, conforme imagem abaixo, enquanto os autores do trabalho utilizaram partículas nanométricas. Essa diferença de escala impacta em variações na área superficial e propriedades físico-químicas conhecidas na literatura. Essa variação muda a disponibilidade das partículas no meio, sua ação conjunta com o óleo essencial, capacidade de estabilização, entre outras propriedades importantes. Além disso, enquanto as nanopartículas possuem questões relacionadas com segurança em termos de saúde devido a uma possível bioabsorção pelas células, as micropartículas não possuem propriedades inseguras reconhecidas
[027] Já Cahyana, Y. et al, 2022 revelam emulsões Pickering como transportadores para o óleo de tea tree encapsulado resultam em um efeito de liberação sustentada e aumentam os efeitos antibacterianos contra Escherichia coli e Staphylococcus aureus.
[028] Entretanto, o artigo mostra que as Emulsões de Pickering apresentaram o potencial Zeta de +24 mV. A presente invenção proposta apresenta menos etapas de processo, com uso de pouco material e com potencial Zeta superior (+71mV) ou seja, alta estabilidade ao longo do tempo. Outro aspecto importante é que essas cargas são associadas a características intrínsecas das emulsões, e como nosso sistema apresentou o triplo de cargas disponíveis, as propriedades de ambos os sistemas não são comparáveis. Essa variação impacta propriedades antimicrobianas, antifúngicas e antivirais de formas diferentes devido ao mecanismo de ação
[029] Um outro ponto importante a ressaltar é que nessas emulsões de Pickering descrita no artigo, os autores descrevem aplicações de vários óleos essenciais e diferentes estabilizadores de partícula em sistemas de Emulsão de Pickering, porém são mostradas diversas formas de estabilização dentre elas o uso de curcumina, controle de pH, uso de substâncias corrosivas como hidróxido de sódio, equipamentos relativamente caros para dispersão de partículas, entre outros. A presente invenção conta com uma forma inovadora de mistura os estabilizantes com um auxílio mínimo de um reagente menos agressivo (Ac. Acético) ao ambiente e mesmo assim alcançando alto padrão de estabilidade como já descrito
[030] Ferreira, G.S, et al. (2023) afiram que o óleo de tea tree é altamente susceptível à oxidação devido ao intemperismo. Portanto, a estabilização dos componentes deste óleo é essencial para preparação de emulsões eficientes. Neste sentido foi testada emulsões Pickering usando nanofibrilas de celulose (CNF) como um agente estabilizante.
[031] Ocorre que o método de preparação do estabilizante é completamente diferente da presente invenção. A CNF utilizada no processo de estabilização é dispersada em uma solução aquosa com o auxílio de ponteira de ultrassom, não é adicionado nem um tipo de reagente nessa mistura, e em seguida é utilizada como emulsificante na preparação da emulsão de Pickering.
[032] A presente invenção utiliza como estabilizante a partícula de quitosana e este emulsificante não precisa ser disperso, o que torna a tecnologia economicamente viável na escala industrial por não precisa dessa força mecânica para auxilia no processo de recobrimento das gotas, ao contrário a Micropartícula de quitosana tem um processo simples sendo adicionada uma pequena quantidade de Ác. Acético (0,5%) para contribuir com o processo de estabilização da Emulsão de Pickering.
[033] A CNF utilizada no artigo, estabiliza a emulsão de Pickering por meio de impedimento estérico. As nanofibrilas de celulose formam uma rede 3D levando a obstáculos estéreis, logo as gotículas de OEMa continuam a ser impedidas de coalescer pelo CNF que são adsorvidas e rodeadas nas suas superfícies.
[034] A estabilização da emulsão de Pickering estabilizada por partícula de quitosana da presente invenção, ocorre por um mecanismo eletrostático evidenciado pelas diferenças de cargas da quitosana com interações com os ativos do óleo de Melaleuca alternifolia. A alta estabilidade das emulsões é atribuída ao grupo amina (+) da Cs, que podem ser neutralizados parcialmente através da interação com alguns grupos carregados negativamente da Melaleuca alternifolia durante a adsorção na interface gota/óleo (SÁNCHEZ-GONZÁLEZ et al., 2010)
[035] Asma, S. et. Al. (2022) é direcionado para preparação de uma emulsão Pickering compreendendo CBD estabilizada em quitosana/goma arábica, sendo o estabilizante somente dissolvido em ácido acético (0,1N) através de agitação magnética. A goma arábica se mostra como um estabilizante natural, de baixo e custo e sustentável.
[036] Em relação à presente invenção, o referido trabalho se utiliza do estabilizante quitosana com auxílio da goma arábica. Na presente invenção, o emulsificante foi a quitosana com características diferentes e sem o auxílio da Goma arábica.
[037] Asma, S. et. Al. (2022) apresenta uma modificação química por meio de complexos com o auxílio da Goma Arábica. A presente invenção, optou por uma estabilização sem o uso de formação de complexos, obtendo uma solução adequada para a fabricação da Pickering, além disso, a quantidade de ácido fraco (Ac. acético) é bem menor, justamente por não usarmos técnicas de modificação química, está peculiaridade promove um efeito de sustentabilidade com menor prejuízo Ambiental por fazermos uso de menos recursos.
[038] Ainda sobre este artigo, o objetivo da desacetilação da quitina é forma a quitosana. O grau de desacetilação, como distribuição de massa molar e conteúdo de impurezas dependem das fontes naturais de matéria prima e dos processos de método de preparação levando uma variação entre 40 e 95% no grau de desacetilação (acima de 50% o polímero se torna solúvel em soluções aquosas).
[039] São analisados alguns fatores para a obtenção da quitosana a partir da quitina, dentre eles (concentração da solução alcalina, temperatura de reação, tempo de reação, tamanhos das partículas da quitina, impurezas). As condições utilizadas durante a reação de desacetilação da quitina influenciam na massa molar do polímero da quitosana e consequentemente no seu grau de desacetilação (porcentagem de grupos amino livres existentes na estrutura após a retirada do grupo acetil).
[040] Esses fatores listados mostram a dificuldade de se obter uma quitosana com um grau de desacetilação alto. O referido documento utilizou no seu processo, uma quitosana com 96% (Elevado DDA%), esse índice de (DDA%) é importante para analisar se a quitosana apresenta potencial para ser utilizada como matéria prima de estudos de pesquisa e insumos para a fabricação de produtos dela dependentes.
[041] Quanto maior a porcentagem de (DDA%), maior é a facilidade de modificação para uma escala nanométrica, aumentando assim a área superficial, além do mais, existe a presença de um maior número de grupo amino na estrutura, logo o AUMENTO do nível de desacetilação é um fator importante, pois permite uma maior adsorção das partículas nas interfaces, levando a formação de gotas esféricas pequenas (morfologia) melhorando a estabilidade do sistema, em razão disso, índices elevados de (DDA%) são obtidos por meio de processos mais rigorosos e consequentemente o valor monetário da quitosana tende a aumenta, quando se trata de execução do processo, esses dados são relevantes uma vez que afetam o valor do produto final.
[042] Umas das diferenças do referido artigo para o presente pedido é a diferença da desacetilação, o autor do Documento D7 usa desacetilação em torno de 96%, enquanto nós usamos a quitosana com (DDA%) em torno de (75 - 80%). Como já foi dito, quanto maior o grau de desacetilação mais fácil é a manipulação do uso da quitosana, e o aumento da influência diretamente nas propriedades das partículas, no entanto, a presente invenção utilizou-se de um grau de desacetilação bem menor e foram obtidos ótimos resultados, sendo alcançado o nível de +71mV de acordo com o potencial zeta.
[043] É ressaltado o referido artigo alcançou uma estabilidade de +68.5 ± 4.9 mV e +46.7 ± 1.7 mV, no entanto, os autores conseguiram esse potencial zeta com o uso de uma quitosana com alto grau de desacetilação (DDA%) como já descrito, o (DDA%) afeta as propriedades positivamente das partículas de quitosana, e quanto maior esse grau de desacetilação mais fácil é de alcançar alta estabilidade. De acordo com o artigo, o grau de desacetilação de 96% (DDA %) alcançou potencial Zeta +68.5± 4.9, enquanto o 78% (DDA%) obteve o potencial Zeta de 46,7± 1.7 mV, nesse sentido, observa-se o quanto é importante o uso de uma quitosana com alto grau de desacetilação para conseguir uma alta estabilidade em emulsões de Pickering.
[044] A presente invenção consiste em uma quitosana com baixo grau de desacetilação (75-85%) e sem a utilização de goma arábica para auxiliar na estabilização da Pickering. O referido documento empregou a goma arábica no processo de estabilização. A literatura mostra o uso da quitosana com goma arábica, pois, as partículas de quitosana têm sido relatadas como sendo altamente hidrofílicas carregadas positivamente, sendo assim, o uso da goma arábica é importante para o processo de estabilização de Pickering por possuir carga oposta da quitosana, aumenta a reatividade com a cadeia polimérica, resultando assim, numa maior interconexão do polímero (complexação). Este fato fundamenta o motivo dos autores alcançarem uma boa estabilidade em Pickering.
[045] Em contrapartida o processo de estabilização da presente invenção utiliza apenas a quitosana (1 mL de Ác. Acético para 1g de quitosana), e com isso, é obtido um alto potencial Zeta +71mV, manuseando durante o procedimento menos reagentes e consequentemente diminuindo o número de etapas envolvida na fabricação da emulsão Pickering
[046] Com isso fica claro os avanços trazidos pela presente invenção, a saber, um processo simples, com uso de menos reagentes, e sem precisar de muitos equipamentos e com bons resultados.
[047] Ainda sobre Asma, S. et. Al. (2022), o processo de estabilização de Pickering do referido artigo evidencia que as partículas foram preparadas através da complexação de polielectrólitos entre a quitosana e a goma-arábica seguindo uma metodologia completamente diferente da proposta pela apresente invenção.
[048] A metodologia empregada pelo referido trabalho consiste em uma modificação na estrutura da quitosana, em resumo 1g de quitosana foi dissolvida em 50mL de ácido acético (0,1 N), seguindo da adição de uma solução de goma arábica (constituída por 1g de goma arábica dissolvida em 50mL de água deionizada) de forma gota a gota com agitação magnética constante ( 800 rpm) durante 30min, controlando o pH D7 [4, 5].
[049] A metodologia da presente invenção apresenta um processo mais simples de estabilização com uma quitosana com (DDA%) entre (75-80%), ou seja, a presente invenção apresenta uma quitosana inferior no grau de desacelilação quando comparada com quitosana usada no artigo, além de usar uma quantidade ácido acético infinitamente menor, (Asma, S. et. Al. (2022)-50mL para 1g / presente pedido 1mL para 1g), o presente pedido apresenta apenas um processo simples, onde a quitosana foi dissolvida em uma solução de 1mL de ácido acético em água destilada.
[050] O referido artigo apresenta uma complexação de polielectrólitos entre a quitosana e a goma arábica, este estágio ocorre antes da preparação da estabilização da emulsão Pickering. A presente invenção apresenta menos processos inseridos na obtenção de uma emulsão Pickering com um alto grau de estabilidade. O referido documento apresenta estabilidade de +68.5 ± 4.9 mV e +46.7 ± 1.7 mV, porém utiliza uma quitosana com alto grau de (DDA%) além de etapas de adicionais mostrada na Tabela 1 abaixo: Tabela 1: comparação entre a presente invenção e estado da técnica Asma, S. et. Al. (2022) Presente invenção
[051] É possível observar, que o referido artigo apesar de alcançar uma boa estabilidade, faz uso de muitos recursos, tanto de equipamentos, quanto de reagentes e ainda apresenta uma metodologia complexa quando comparada com a presente invenção, tendo em vista que, temos uma proposta de estabilização de Pickering com quitosana utilizando apenas uma quantidade mínima de um ácido fraco (Ac. Acético), sem agitação, e apenas com uso de água destilada (período de 24 h), além disso, está simplicidade na execução leva a diminuição de recursos e menos danos ambientais atrelado ao processo.
[052] É evidenciado que no processo de polielectrólitos usado pelo autor do artigo é consumido dois tipos de água (água desionizada e água destilada), pensando em uma aplicação direta, seria um custo a mais para implementar essa metodologia em um processo industrial, visto que a produção de água deionizada tem um custo processual elevado, por se trata de uma água com grau de pureza maior, já que são retirados íons por meio de eletrodos.
[053] A presente invenção apresenta apenas o uso de água destilada envolvida em todo processo, tanto na preparação da solução de quitosana como na fabricação da emulsão Pickering. Essa característica contribui para uma abordagem inovadora, além é claro, de reduzir os custos com energia colaborando para uma economia sustentável.
[054] O uso das Emulsões de Pickering de óleos essenciais é bastante difundido, no entanto, o que a presente invenção ressalta que são realizadas diversas formas de alcançar uma maior estabilidade possível, e por esse motivo, o uso de equipamentos e aditivos nocivos ao meio ambiente tem se tornado muito comum e difundido.
[055] O desafio foi alcançar uma alta estabilidade em uma emulsão de Pickering fazendo uso de poucas matérias primas adicionais, tornando o processo mais simples e menos custoso, aumentando assim, tanto a viabilidade econômica do processo como a questões de caráter sustentável e ecologicamente correto.
[056] Além disso, a presente invenção otimizou os compostos ativos do óleo de Melaleuca alternifolia por meio da emulsão de Pickering, a qual apresentou alta estabilidade e ação antimicrobiana, promissora para um veículo com diversas aplicabilidades, especialmente contra o vírus SARS-CoV-2. Os ativos do óleo de Melaleuca alternifolia conseguiram inativar o SARS-CoV-2 de forma imediata, mostrando que a estabilização foi eficaz e o processo é altamente reprodutivo.
[057] Tal fato é relevante, pois demonstra que esse sistema tem uma ação eficiente contra novos microrganismos que estão surgindo, sendo potencial para áreas diversas, especialmente limpeza de superfícies altamente contaminadas, como transportes públicos e hospitais.
[058] As vantagens da invenção serão evidentes na descrição da invenção fornecida neste documento.
[059] A presente invenção tem por objetivo o desenvolvimento de emulsões de Pickering antimicrobianas estabilizadas por partículas sólidas de quitosana adsorvidas na interface óleo/água.
[060] Particularmente, as emulsões apresentam uma fase de óleo essencial de Melaleuca alternifolia (OEMa) dispersa em uma fase aquosa, estabilizadas com micro e nanopartículas de quitosana (Qs).
[061] Em uma primeira concretização, a presente invenção revela um método para preparação de uma emulsão contendo um óleo essencial como ingrediente ativo, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: (i) preparar uma dispersão de quitosana em solução ácida com ácido acético; (ii) misturar a suspensão de quitosana e óleo essencial; (iii) homogeneizar a emulsão.
[062] Em uma segunda concretização, a presente invenção revela ainda que óleo essencial é um óleo essencial de Melaleuca alternifolia.
[063] Em uma terceira concretização, a presente invenção revela ainda que o ácido acético utilizado na etapa (i) estar em uma concentração de 0,1% a 10%, preferencialmente de 0,5% a 5%, ainda mais preferencialmente 1%.
[064] Em uma quarta concretização, a presente invenção revela ainda que a dispersão de quitosana utilizada na etapa (i) possuir grau de desacetilação (DDA%) de 70% a 85%, preferivelmente de 75% a 80%.
[065] Em uma quinta concretização, a presente invenção revela ainda que a suspensão de quitosana utilizada na etapa (ii) apresenta de 0,1% a 1,0% % em p/v, preferivelmente de 0,2% a 0,7% em p/v, mais preferivelmente 0,5% em p/v.
[066] Em uma sexta concretização, a presente invenção revela uma emulsão Pickering preparada através de método como definido anteriormente.
[067] Em uma sétima concretização, a presente invenção revela uma emulsão Pickering compreendendo o óleo essencial de Melaleuca alternifolia como ingrediente ativo e estabilizantes, em que o estabilizante é micropartículas de quitosana.
[068] Em uma oitava concretização, a presente invenção revela ainda que a Emulsão Pickering pode ser usada como antibiótico contra bactérias, fungos e vírus.
[069] Em uma oitava concretização, a presente invenção revela o uso de uma emulsão Pickering preparada através de método como definido anteriormente como antibiótico contra bactérias, fungos e vírus.
[070] Figura 1: Descreve as emulsões analisadas por Microscopia Óptica (M.O). As emulsões de óleo essencial de Melaleuca alternifolia em água estabilizadas com micro e nanopartículas de quitosana não sofrem cremeação, sedimentação durante 30 dias de armazenamento. Os diâmetros médios foram 16,66 ±5,82 (emulsão 1) 18,08 ± 6,56 (emulsão 2). Os diâmetros são estatisticamente semelhantes, logo a quantidade de água não teve interferência no tamanho da gota, evidenciado que as formas de preparação das emulsões foram adequadas para a constituição de microgotas estáveis. Logo as gotículas nas emulsões são atribuídas ao mecanismo de emulsificação caracterizado pela adsorção das partículas de quitosana na interface óleo e água levando a cobertura superficial das gotas evitando as coalescências e dessa forma contribuindo para alta estabilidade das emulsões.
[071] Figura 2: Apresenta resultado de fenômeno de instabilidade. As emulsões apresentaram transparência um indicativo de alta estabilidade e de fácil aplicabilidade.
[072] Figura 3: Descreve a análise de FT-Raman - MultiRaman (Bruker Optics, EUA) com comprimento de onda de 1064 nm e laser de potência de 150 W.
[073] Figura 4: Descreve a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) com acessório de diamante de refletância total atenuada (ATR).
[074] Figura 5: Descreve a análise antimicrobiana de Cepas Gram-Positiva e Gram-Negativa (E. coli). O halo de inibição contra as bactérias E. coli foi 2,6 ± 0,2 cm e 2,5 ± 0,1 cm (Emulsões de Melaleuca alternifolia 1 e 2) e óleo de Melaleuca alternifolia com 4,4 ± 0,2 cm respectivamente. Sendo que estes valores são superiores aos resultados observados para os agentes antimicrobianos hipoclorito de sódio e Lysoform® com halos de 2,3 ± 0,2 cm respectivamente, comercializados no mercado atualmente e amplamente utilizados.
[075] Figura 6: Descreve a análise Antimicrobiana de Cepas Gram-Positiva e Gram-Negativa (S. Aureus). O halo de inibição contra as bactérias S. aureus foi igual a 3,0± 0,2 cm e 2,7 ± 0,1 cm (Emulsões de Melaleuca alternifolia 1 e 2) e óleo de Melaleuca alternifolia com 4,5 ± 0,2 cm. Sendo que estes valores são superiores aos resultados observados para os agentes antimicrobianos hipoclorito de sódio e Lysoform® com halos de 2,1± 0,2 cm e 2,7 ± 0,1 cm, respectivamente.
[076] Figura 7: Descreve o ensaio fúngico (Penicillium sp). Halo de inibição contra fungos (Penicillium sp) foi detectado com diâmetro 5,1 ± 0,2 cm e 4,5 ± 0,1 cm. Valores bem superiores aos resultados observados para outras emulsões de caráter antimicrobiano.
[077] Figura 8: Descreve a análise de dispersividade com as emulsões de Pickering com partícula de quitosana.
[078] Figura 9: Microscopia Óptica de fluorescência da emulsão de Melaleuca alternifolia estabilizada com micropartícula de quitosana. Escala de barras = 100 μm.
[079] Figura 10: Potencial Zeta das emulsões de Pickering estabilizada por partícula de quitosana.
[080] Figura 11: Resultado do ensaio Sars-Cov-2.
[081] Figura 12: O diâmetro hidrodinâmico dos micropartículas e nanopartículas da solução de quitosana utilizada na fabricação das Emulsões de Pickering.
[082] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização específica.
[083] A não ser que sejam definidos de maneira diferente, todos os termos técnicos e científicos aqui utilizados têm o mesmo significado entendido por um técnico no assunto ao qual a invenção pertence. A terminologia utilizada na descrição da invenção tem finalidade de descrever concretizações particulares somente, e não tem a intenção de limitar o escopo dos ensinamentos. A não ser que seja indicado de forma diferente, todos os números expressando quantidades, porcentagens e proporções, e outros valores numéricos usados no relatório descritivo e nas reivindicações, devem ser entendidos como sendo modificados, em todos os casos, pelo termo “cerca de”. Assim, a não ser que seja indicado o contrário, os parâmetros numéricos mostrados no relatório descritivo e nas reivindicações são aproximações que podem variar, dependendo das propriedades a serem obtidas.
[084] A presente invenção prevê um método para preparação de emulsões Pickering do tipo O/A contento as gotículas de óleo essencial (MaEO) estabilizadas no meio aquosos usando partículas de quitosana sem modificação química e sem adição de reagentes nocivos ao meio ambiente.
[085] A presente invenção refere-se a um novo método para fabricar emulsão Pickering de óleo em água com alta estabilidade e excelentes atividades biológicas contra uma série de patógenos.
[086] A fase oleosa contém óleo essencial de MaEO composto majoritariamente por terpenos e terpenoides. Essa emulsão Pickering pode ser usada como um transportador de um ingrediente ativo em um cosmético, composição farmacêutica, agentes de limpezas, dependendo do objetivo do fabricante.
[087] A presente invenção fornece um novo método para preparação de emulsões Pickering contendo óleo essencial de Melaleuca alternifolia (Tea Tree).
[088] Especificamente, a presente invenção refere-se a um processo para formar composição de emulsões de Pickering com a fase oleosas contendo óleo essencial usando uma suspensão com quitosana (biopolímero) com grau de desacetilação (DDA% 75-80%), com o uso de um ácido de baixa toxidade em pouca quantidade (1% de Ác. Acético).
[089] O novo método revelado pela presente invenção compreende as seguintes etapas: (1) preparo da dispersão de quitosana em solução ácida com ácido acético; (2) mistura da suspensão de quitosana (estabilizante polimérico de quitosana (0,5 % em p/v)) e OEMa (30%); (3) homogeneizar a emulsão.
[090] O ácido acético utilizado na etapa (1) pode estar na concentração de 0,1% a 10%, preferencialmente de 0,5% a 5%, ainda mais preferencialmente 1%.
[091] Partículas comumente usadas em emulsões de Pickering incluem grupos de polissacarídeos, proteínas e outras partículas sólidas
[092] Partículas usadas em emulsões de Pickering baseadas em polissacarídeos incluem amido, nanocristais de amido, quitosana, nanocristais de celulose, nanofibrilas de celulose e -ciclodextrina, enquanto aquelas em emulsões de Pickering baseadas em proteínas incluem soro de leite, zeína, entre outras. Outras partículas comumente usadas como estabilizadores de emulsão de Pickering incluem nanopartículas de sílica, nanopartículas de hidroxiapatita sintética (HAp) e nanopartículas de TiO2.
[093] A dispersão de quitosana utilizada na etapa (1) possui grau de desacetilação (DDA%) de 70% a 85%, preferivelmente de 75% a 80%.
[094] Na etapa (2), a suspensão de quitosana apresenta de 0,1% a 1,0% % em p/v, preferivelmente de 0,2% a 0,7% em p/v, mais preferivelmente 0,5% em p/v.
[095] Em relação ao OEMa utilizado na etapa (2), o mesmo é composto por terpineno-4-ol (41%), Y—terpineno (21%), α-terpineno (9%) α-terpineol (4%), terpinoleno (3%), α-pineno (3%) e p-cimeno (3%). O mesmo se apresenta em uma concentração na faixa de 10% a 50%, preferencialmente 20% a 40%, mais preferencialmente 30%.
[096] 1 - Fase de óleo: OEMa (30%).
[097] 2 - Fase Aquosa: Água (70 %),
[098] 3 - Preparação da suspensão partículas de quitosana: Quitosana (0,5% em p/v) suspendida em uma solução aquosa de ácido acético (1% v/v) está suspensão é armazenada por 24h e depois utilizada no processo de preparação da Pickering.
[099] Parâmetros de Processos da Preparação das Emulsões de Pickering: Rotação: 12RPM e Tempo: 5 Minutos
[100] A suspensão aquosa de quitosana (0,5% p/v) é misturada com OEMa (30%) homogeneizada em Ultra-Turrax Blender, modelo IKA T25 (IKA Werke, Staufen, Alemanha), utilizou-se rotação (12 rpm) por 5 minutos com o intuito de causar uma maior dispersão das micropartículas de quitosana, levando a um sistema homogêneo.
[101] As gotículas de óleo nas emulsões (óleo em água) foram analisadas usando um microscópio óptico Leica DM KM (Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Alemanha). Uma gota de emulsão foi adicionada a uma lâmina de vidro e imagens representativas foram obtidas nos dias 0 e 30 (armazenamento estático). Os diâmetros das gotas foram medidos usando o software ImageJ como um número médio de 120 gotas.
[102] Os resultados podem ser vistos na figura 1.
[103] As amostras foram adicionadas a tubos e armazenadas à temperatura ambiente. A estabilidade das emulsões foi avaliada através do fenômeno de instabilidade (cremeação e sedimentação) avaliado em duplicatas em 0 - 30 dias com auxílio e equações baseadas no comportamento visual.
[104] O índice de cremação (IC), quando presente, é calculado utilizando a Equação (1), em que Htotale Hcremesão as alturas totais da emulsão e da camada de creme, respetivamente. O índice de estabilidade é calculado de acordo com a equação 1: Cl = Hcream x 100.
[105] As emulsões não apresentaram nenhum fenômeno de instabilidade, logo foi 100% estáveis. As emulsões apresentaram transparência um indicativo de alta estabilidade e de fácil aplicabilidade (ver figura 2)
[106] Pela ausência dos fenômenos de instabilidade, o valor da estabilidade foi 100%.
[107] As emulsões foram analisadas com um FT-Raman - MultiRaman (Bruker Optics, EUA) com comprimento de onda de 1064 nm e laser de potência de 150 W. A aquisição de dados foi realizada em 6004000 cm-1, sendo 64 varreduras e resolução espectral de 2 cm-1 (ver figura 3).
[108] Foram usadas duas emulsões chamadas 4 e 5 com diferentes parâmetros de processos e (FTIR). A emulsão de melaleuca com quitosana (4) apresentou melhores resultados.
[109] A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) com acessório de diamante de refletância total atenuada (ATR) foi realizada no equipamento Frontier 94942 (PerkinElmer Inc., Massachusetts, EUA). Os espectros foram coletados com resolução espectral de 4 cm-1, 64 varreduras, de 4000 a 400 cm-1 (ver figura 4).
[110] As culturas bacterianas de estoque foram cultivadas em caldo Mueller-Hinton com 15% de glicerol e armazenadas a -70 °C. As culturas em estoquem foram cultivadas em ágar Mueller-Hinton (Oxoid) e inoculadas a 37°C por 24 h.
[111] A cultura de inoculação (por 24 h com turbidez equivalente a 0,5 Mc Farland, concentração equivalente a 1,5 x 108 UFC mL-1) preparou as suspensões das cepas bacterianas isoladas e padrão. Em seguida, 30 mL de ágar foram derretidos e resfriados a 48 ± 1 °C. Posteriormente, 500 μL do inóculo bacteriano a 1,5 x 108 UFC mL-1 foram misturados ao ágar.
[112] Em seguida, essa mistura foi transferida para uma placa de Petri. Após a solidificação, foi feito um orifício de 0,9 cm de diâmetro no meio das placas e a emulsão (0,2 - 0,5 mL) foi alocada neste orifício.
[113] Finalmente, as placas inoculadas foram incubadas por 24 h a 36 ± 1°C. Foi avaliado o aparecimento de halos de inibição ao redor do orifício com o produto. Esses halos de inibição correspondem ao diâmetro de uma zona de inibição mesclada ao redor das amostras antimicrobianas. Como controle, foram utilizados sanitizantes comerciais comuns amplamente utilizados (hipoclorito e Lysoform®) (Figuras 5 e 6).
[114] Para a contagem de bactérias, 100 μL de um inóculo de bactéria estoque previamente ajustado (105 UFC.mL-1 em Nutrient Broth, HIMEDIA, Índia) foi misturado com 9,9 mL de caldo nutriente (HIMEDIA, Índia) e 100 μL do óleo essencial ou emulsão. As amostras foram incubadas a 36 ± 1 °C por 24 h com 85% de umidade. Em seguida, 100 μL das amostras incubadas foram misturados com 9,9 mL de meio nutriente de ágar (HIMEDIA, Índia), despejados em placas de Petri (com 90 mm de diâmetro) e incubados a 36 ± 1 °C por 24 h com 85 % de umidade.
[115] A viabilidade dos inóculos foi confirmada através de um método pour-plate em ágar nutriente como controle positivo. O número de unidades formadoras de contagem foi medido com o software ImageJ. Os testes foram realizados em triplicata.
[116] A contagem bacteriana total (em UFC.mL-1) foi determinada pela multiplicação do número de colônias bacterianas contadas nas placas pelo fator de diluição (10-4) do inóculo bacteriano plaqueado.
[117] As cepas de fungos do gênero Penicillium sp foiram isoladas no laboratório após exposição de placa de petri contendo agar potato destrose, seguida de crescimento em estufa a 25°C por 5 dias segundo metodologia modificada da RE09 e 2003 da ANVISA.
[118] O Fungo cultivado foi suspendido em solução fisiológica estéril, dessa solução foi utilizada 10 μl nas placas de petri contendo agar potato destrose por spread plate,foi utilizado 100 μL das emulsões como fator inibidor, logo em seguida as placas de petri (agar potato destrose) contendo as emulsões e as cepas foram incubadas em estufa a 25 °C por 5 dias.
[119] Ao término do quinto dia, foram observados halos de inibição fungicida com diâmetro de 5,1 ± 0,2 cm e 4,5 ± 0,1 cm com desvio padrão de 0,8 cm contra o Penicillium sp (Figura 7).
[120] O potencial zeta foi estimado pelo modelo de Smoluchowski a partir de medidas da mobilidade eletroforética das nanopartículas utilizando Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments. O tempo de leitura para obtenção dos dados de potencial Zeta foi de 10 s, e as medidas foram realizadas em triplicata.
[121] Como anteriormente dito, a presente invenção proposta apresenta menos etapas de processo, com uso de pouco material e com potencial Zeta superior (+71mV) ou seja, alta estabilidade ao longo do tempo (ver figura 10).
[122] A distribuição do diâmetro das partículas foi registrada usando a técnica de espalhamento dinâmico de luz (DLS) com um ângulo de espalhamento de 90°. O Zetasizer Nano-ZS (Malvern Panalytical Ltd., Malvern, U.K.) foi o equipamento utilizado para a caracterização do DLS. Alíquotas das suspensões (100 μL) foram suspensas em água destilada (2 mL), e cada amostra foi analisada em duplicata.
[123] A Figura abaixo obtida no DLS apresenta o resultado do diâmetro hidrodinâmico das micropartículas e nanopartículas da solução de quitosana utilizada na preparação das emulsões de Pickering de melaleuca estabilizada com quitosana (Figura 12).
[124] A distribuição do diâmetro das partículas foi registrada usando a técnica de análise de partícula por Laser. Utilizando um analisador de partículas por difração a laser (Bettersize ST,Instruments Ltd., China) com uma faixa de 0,10-1000 μm) As amostras de emulsão foram adicionadas no compartimento de medição (600 mL de água) até se atingir um nível de obscurecimento de 5-10%. Cada medição foi repetida em triplicado (ver figura 8).
[125] Foram realizados 2 procedimentos simples e de baixo custo, em que a suspensão de quitosana, feita com 0,5% de ácido acético, é misturado ao óleo essencial. Assim, ocorre, por efeitos físico-químicos, uma estabilização eletrostática devido a interações químicas entre os componentes.
[126] Foi realizada uma análise de microscopia óptica de fluorescência (Figura 9), em que observamos partículas bem dispersas e separadas, onde o vermelho congo foi adsorvido pela quitosana, criando uma diferença de sinal de fluorescência vermelha detectado pelo microscópio (MICHELS; BÜNTZOW, 2010).
[127] Os exemplos citados a seguir são meramente ilustrativos, devendo ser empregados somente para uma melhor compreensão dos desenvolvimentos constantes na presente invenção, não devendo, contudo, serem utilizados com o intuito de limitar os objetos descritos.
[128] Os kits de teste rápido de antígeno foram fornecidos pelo teste rápido PanbioTM COVID-19 Ag (Abbott, EUA).
[129] A metodologia de Teste Rápido de Antígeno aplicada nesta investigação detecta a desnaturação ou degradação de proteínas por meio da ausência de interação entre antígeno-anticorpo, um indicador da inviabilidade do vírus. O óleo essencial de melaleuca e as emulsões Pickering interrompem o capsídeo viral tornando-o inviável, produzindo fragmentos do vírus, levando o vírus a inativação.
[130] Preliminarmente, amostras nasofaríngeas coletadas dos pacientes foram suspensas em soro fisiológico e testadas para SARS-CoV- 2 no diagnóstico de rotina do laboratório, pelo método RT-qPCR (transcrição reversa em tempo real - reação em cadeia da polimerase) e armazenadas no biorrepositório do Adolfo Instituto Lutz - Centro Laboratorial Regional de Santo André. Para isso, 100 μL de uma amostra positiva foram diluídos em 100 μL de soro fisiológico e analisados pelo Antígeno Rápido. Teste utilizando um swab para emergir nesta diluição que foi transferido para o tubo do kit contendo 300 μL do tampão e cinco gotas foram adicionadas no dispositivo, de acordo com as instruções do fabricante, para confirmar a integridade da proteína viral na amostra.
[131] Após a obtenção do resultado positivo, foi preparada uma mistura de 100 μL da mesma amostra positiva para SARS-CoV-2 e 100 μL de um óleo essencial de melaleuca ou de emulsões de Pickering, e as amostras foram testadas em diferentes tempos de contato. O tempo de teste foi de (0, 5, 10, 15, 20). O óleo essencial de melaleuca e as Pickerings apresentaram resultados satisfatórios para inativação do vírus SARS-CoV-2 (Figura 11).
[132] Declaração de Ética: Os testes antivirais contra o SARS- CoV-2 foram realizados seguindo as normas padrão aprovadas pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal do ABC e Instituto Adolfo Lutz CAAE: 49573421.2.3001.0059, e pelo Conselho Técnico-Científico do Instituto Adolfo Lutz, CTC 18-N/2021. Todos os procedimentos seguiram as normas de biossegurança do Instituto Adolfo Lutz do Centro Regional de Laboratórios de Santo André.
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Claims (11)
1. Método para preparação de uma emulsão contendo um óleo essencial como ingrediente ativo, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as seguintes etapas: (i) preparar uma dispersão de quitosana em solução ácida com ácido acético; (ii) misturar a suspensão de quitosana e óleo essencial; (iii) homogeneizar a emulsão.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do óleo essencial ser um óleo essencial de Melaleuca alternifólia.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato do ácido acético utilizado na etapa (1) estar em uma concentração de 0,1% a 10%, preferencialmente de 0,5% a 5%, ainda mais preferencialmente 1%.
4. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato da dispersão de quitosana utilizada na etapa (1) possuir grau de desacetilação (DDA%) de 70% a 85%, preferivelmente de 75% a 80%.
5. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a suspensão de quitosana utilizada na etapa (2) apresenta de 0,1% a 1,0% % em p/v, preferivelmente de 0,2% a 0,7% em p/v, mais preferivelmente 0,5% em p/v.
6. Emulsão Pickering CARACTERIZADA pelo fato de ser preparada através de método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. Emulsão Pickering CARACTERIZADA pelo fato de que compreende óleo essencial de Melaleuca alternifólia como ingrediente ativo e estabilizantes, em que o estabilizante é micropartículas de quitosana.
8. Emulsão Pickering de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADA pelo fato de ser para uso como antibiótico contra bactérias, fungos e vírus.
9. Emulsão pickering de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de inativar o vírus SARS-CoV-2.
10. Uso de uma emulsão pickering preparada através de método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de como antibiótico contra bactérias, fungos e vírus.
11. Uso de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de inativar o vírus SARS-CoV-2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/BR2024/050391 WO2025050190A1 (pt) | 2023-09-05 | 2024-09-02 | Método para preparação de uma emulsão contendo um óleo essencial como ingrediente ativo, emulsão pickering e uso de uma emulsão pickering |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102023018024A2 true BR102023018024A2 (pt) | 2025-03-18 |
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