Antioxidant Essential Oil Based Nanoemulsions Associated with Levothyroxine: Physicochemical Characterization and Toxicity Assessment in Zebrafish
Thamiris Pinheiro Santos
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil and Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, s/n 50780-901 Recife, Pernambuco, Brasil.
Paulo Eduardo da Silva Bastos
Departamento de Biologia (DB), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Matheus Victor Viana de Melo
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
André Lucas Corrêa de Andrade
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil and Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, s/n 50780-901 Recife, Pernambuco, Brasil.
Tiago Queiroz da Mota Bittencourt
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Renata Meireles Oliveira Padilha
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Renatta Priscilla Ferreira Silva
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil and Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, s/n 50780-901 Recife, Pernambuco, Brasil.
Niely Priscila Correia da Silva
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Carolina Alves de Araujo
Departamento de Química (DQ), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Marcilio Martins de Moraes
Departamento de Química (DQ), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Samara da Silva Gomes
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil
Yuri Mateus Lima de Albuquerque
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Cláudio Augusto Gomes da Câmara
Departamento de Química (DQ), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Marilia Ribeiro Sales Cadena
Departamento de Biologia (DB), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil.
Pabyton Gonçalves Cadena *
Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal (DMFA), Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros s/n, 52171-900, Dois Irmãos, Recife - PE, Brasil and Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, s/n 50780-901 Recife, Pernambuco, Brasil.
*Author to whom correspondence should be addressed.
Abstract
Background: Nanotechnology applied to the pharmaceutical industry provides opportunities for new treatment approaches that overcome the obstacles of conventional therapies. Therefore, controlled release systems have been widely investigated to enable delayed and sustained drug release, controlling the site of drug release and reducing the amount of drug required for treatment.
Aims: This study aimed to develop nanoemulsions containing levothyroxine associated with essential oils with antioxidant activity and to evaluate their toxicity in zebrafish (Danio rerio).
Methodology: The essential oils of Piper aduncum, Citrus sinensis, and Carum carvi were characterized using qualitative and quantitative gas chromatography. The oil/water nanoemulsions were prepared using a high-energy emulsification method, and the effect of time and stirring speed was studied using experimental design. The mean size, polydispersity index (PDI), and zeta potential were evaluated as response variables. Antioxidant activity was also analyzed. Toxicity tests were conducted on zebrafish based on the OECD 236 guidelines, and the response variables were mortality, teratogenic effects, and behavioral tests.
Results: GC-MS analysis of C. carvi, C. sinensis, and P. aduncum identified 6, 16, and 13 compounds, with carbon (60.44 ± 0.80%), limonene (90.13 ± 1.11%), and dilapiol (78.41 ± 0.98%) being the major constituents. Nanoemulsions were successfully developed, with a mean size ranging from 218.5 to 489.2 nm, PDI of 0.113 to 0.478, and zeta potential of -12.5 to -39.1 mV. All oils exhibited antioxidant activity, with EC50 values ranging from 204.3 to 288.5 µg/mL for DPPH and 156.6 to 194.9 µg/mL for ABTS. Toxicity tests revealed that all oils exhibited toxic effects with animals exposed to all nanoemulsions showing teratogenic effects, mostly at the larval stage. Only the C. carvi nanoemulsion affected behavioral tests.
Conclusion: In summary, nanoemulsions showed strong antioxidant activity and were well-characterized, but toxicity in zebrafish suggests safety concerns that require further research before therapeutic use.
Keywords: Carum carvi, Citrus sinensis, Piper aduncum, levothyroxine, Danio rerio