Design of Hybrid Polymeric-Lipid Nanoparticles Using Curcumin as a Model: Preparation, Characterization, and In Vitro Evaluation of Demethoxycurcumin and Bisdemethoxycurcumin-Loaded Nanoparticles

Abstract

Abstract. Polymeric lipid hybrid nanoparticles (PLHNs) are the new generation of drug delivery systems that has emerged as a combination of a polymeric core and lipid shell. We designed and optimized a simple method for the preparation of Pluronic F-127-based PLHNs able to load separately demethoxycurcumin (DMC) and bisdemethoycurcumin (BDM). CUR was used as a model compound due to its greater availability from turmeric and its structure similarity with DMC and BDM. The developed method produced DMC and BDM-loaded PLHNs with a size average of 75.55 ± 0.51 and 15.13 ± 0.014 nm for DMC and BDM, respectively. An FT-IR analysis confirmed the encapsulation and TEM images showed their spherical shape. Both formulations achieved an encapsulation efficiency ≥ 92% and an exhibited significantly increased release from the PLHN compared with free compounds in water. The antioxidant activity was enhanced as well, in agreement with the improvement in water dissolution; obtaining IC50 values of 12.74 ± 0.09 and 16.03 ± 0.55 for DMC and BDM-loaded PLHNs, respectively, while free curcuminoids exhibited considerably lower antioxidant values in an aqueous solution. Hence, the optimized PHLN synthesis method using CUR as a model and then successfully applied to obtain DMC and BDM-loaded PLHNs can be extended to curcuminoids and molecules with a similar backbone structure to improve their bioactivities.

Resumen. Las nanopartículas híbridas de lípidos poliméricos (PLHN) son la nueva generación de sistemas de administración de fármacos que ha surgido como una combinación de un núcleo polimérico y una cubierta lipídica. Diseñamos y optimizamos un método simple para la preparación de PLHN basados ​​en Pluronic F-127 capaces de cargar por separado demetoxicurcumina (DMC) y bisdemetoxicurcumina (BDM). Se utilizó CUR como compuesto modelo debido a su mayor disponibilidad a partir de la cúrcuma y su similitud estructural con DMC y BDM. El método desarrollado produjo PLHN cargados con DMC y BDM con un tamaño promedio de 75,55 ± 0,51 y 15,13 ± 0,014 nm para DMC y BDM, respectivamente. Un análisis FT-IR confirmó la encapsulación y las imágenes TEM mostraron su forma esférica. Ambas formulaciones lograron una eficiencia de encapsulación ≥ 92 % y mostraron una liberación significativamente mayor del PLHN en comparación con los compuestos libres en agua. La actividad antioxidante también fue potenciada, de acuerdo con la mejora en la disolución del agua; obteniendo valores de IC50 de 12,74 ± 0,09 y 16,03 ± 0,55 para PLHN cargados con DMC y BDM, respectivamente, mientras que los curcuminoides libres exhibieron valores de antioxidantes considerablemente más bajos en una solución acuosa. Por lo tanto, el método de síntesis de PHLN optimizado que utiliza CUR como modelo y luego se aplica con éxito para obtener PLHN cargados con DMC y BDM se puede extender a curcuminoides y moléculas con una estructura principal similar para mejorar sus bioactividades.