Development of anti-inflammatory starch-based dressings using tomato byproducts-derived molecules

Abstract

Most wound dressings currently used are not ideal for a total, fast, and effective healing process due to their reduced biocompatibility derived from their synthetic nature and lack of bioactive properties. Alternatively, new bio-based dressings with antimicrobial and/or anti-inflammatory activity have been developed. However, the natural polymers currently used come from food, acting as competitors for human nutrition. Agrifood byproducts-derived biomolecules can help overcome this competition. In this work, the feasibility of using tomato byproducts-derived molecules for the development of starch-based dressings with anti-inflammatory properties was studied. For this purpose, the influence of tomato pomace-derived hot-water soluble extract concentration (1%, 5%, and 10% w/w in relation to starch dry weight), rich in polysaccharides (TE) and/or phenolic compounds (PE), on the chromatic, mechanical, physicochemical, and active properties (antimicrobial and anti-inflammatory) of starch-based films obtained by solvent casting was studied. In a circular economy concept, starch was recovered from industrial potato processing slurries. TE and PE extracts showed, respectively, 14.7% and 18.5% of protein, 43.7% and 28.6% of polysaccharides, 2.8% and 15.1% of phenolic compounds, and promising antioxidant activity (IC50 values of 2.5 mg/mL and 0.8 mg/mL, respectively). When incorporated into starch-based formulations, TE and PE allowed to develop transparent films with a yellowish coloration and less rigid and traction resistant films than the control films. TE originated hydrophobic and flexible films, while PE decreased the films’ hydrophobicity and stretchability. Regarding the active properties, after 24h, both films with TE and PE revealed anti-inflammatory activity in the presence of a pro-inflammatory agent, where, for starch-based films with 10% TE and 10% PE, the inflammation decreased by ca. 48% and 100%, respectively. To develop starch-based dressings, in this work the electrospinning of starch-based solutions was also optimized. After adjusting the solvent, starch concentration, and dissolution time, starch-based fibers were obtained, although in small amount for application in the development of dressings. The tomato pomace-derived molecules and starch recovered from potato washing slurries have shown to be promising raw materials for the development of biobased anti-inflammatory dressings, which will allow to promote more biocompatible and functional wound healing devices than the materials derived from inert synthetic polymers.

Muitos dos curativos para feridas atualmente utilizados não são os ideais para um processo de cura total, rápido e eficaz devido à sua reduzida biocompatibilidade, oriunda da sua natureza sintética e da ausência de propriedades funcionais. Como alternativa têm sido desenvolvidos novos curativos de origem biológica com atividade antimicrobiana e/ou anti inflamatória. No entanto, os polímeros de origem natural até à data utilizados provêm de alimentos, atuando como competidores para a alimentação humana. As biomoléculas derivadas dos subprodutos da indústria agroalimentar podem ajudar a superar esta competição. Neste trabalho foi estudada a viabilidade da utilização de moléculas derivadas dos subprodutos de tomate para o desenvolvimento de pensos à base de amido com propriedades anti-inflamatórias. Para o efeito foi estudada a influência da concentração (1%, 5% e 10% m/m em relação à massa seca de amido) de extratos solúveis em água quente derivados to repiso de tomate, ricos em polissacarídeos (TE) e/ou compostos fenólicos (PE), nas propriedades cromáticas, mecânicas, físico-químicas e ativas (anti-inflamatórias e antimicrobianas) dos filmes à base de amido obtidos pelo método de evaporação do solvente. Num conceito de economia circular, o amido foi recuperado de lamas provenientes do processamento industrial de batata. Os extratos TE e PE apresentaram, respetivamente, 14,7% e 18,5% de proteína, 43,7% e 28,6% de polissacarídeos, 2,8% e 15,1% de compostos fenólicos e promissora atividade antioxidante (IC50 de 2,5 mg/mL e 0,8 mg/mL, respetivamente). Quando incorporados em formulações à base de amido, os extratos TE e PE permitiram desenvolver filmes transparentes com coloração amarelada e menor rigidez e resistência à tração do que os filmes controlo. TE originou filmes hidrofóbicos e flexíveis, enquanto PE diminuiu a hidrofobicidade e extensibilidade dos filmes. Quanto às propriedades ativas, ambos os filmes com TE e PE demostraram atividade anti-inflamatória quando na presença de um agente pró-inflamatório, observando-se, ao fim de 24 h, uma diminuição da inflamação de cerca de 48% e 100% para os filmes à base de amido com 10% de TE e PE, respetivamente. Com o intuito de desenvolver pensos à base de amido, neste trabalho também se otimizou a eletrofiação de soluções à base de amido. Após o ajuste do solvente, da concentração de amido e do tempo necessário para a sua dissolução foram obtidas fibras à base amido, porém em baixa quantidade para posterior aplicação no desenvolvimento de pensos. As biomoléculas existentes no repiso de tomate e o amido recuperado das lamas de lavagem de batata mostraram-se promissores para o desenvolvimento de curativos anti-inflamatórios de origem biológica, o que permitirá promover dispositivos médicos para cura de feridas mais biocompatíveis e funcionais dos que os materiais derivados de polímeros sintéticos inertes.