Formulación y análisis de estabilidad de un repelente tópico contra la picadura del mosquito Aedes aegypti

Pérez Niño, Laura Marcela

Formulación y análisis de estabilidad de un repelente tópico contra la picadura del mosquito Aedes aegypti

dc.contributor.advisor	Méndez Sánchez, Stelia Carolina
dc.contributor.advisor	Duque Luna, Jonny Edward
dc.contributor.author	Pérez Niño, Laura Marcela
dc.contributor.evaluator	Daza Espinosa, Martha Cecilia
dc.contributor.evaluator	Hidalgo Bucheli, William Fernando
dc.date.accessioned	2023-11-15T15:26:31Z
dc.date.available	2023-11-15T15:26:31Z
dc.date.created	2023-11-10
dc.date.embargoEnd	2028-11-11
dc.date.issued	2023-11-10
dc.description.abstract	La actividad de los repelentes de origen sintético contrasta con los efectos adversos que generan (irritación de la piel, toxicidad del sistema nervioso y absorción cutánea). Por lo cual, se proponen los repelentes de origen natural como una alternativa a estos repelentes. Dentro de estos se encuentran los aceites esenciales y sus compuestos mayoritarios, que presentan actividad repelente y son menos tóxicos. No obstante, las diferentes investigaciones reportadas destacan que su eficacia como repelentes no es significativa en comparación a los sintéticos. Por lo cual, el objetivo del presente estudio fue desarrollar una nanoemulsión (NE) con una mezcla de metabolitos secundarios (acetato de geranilo y nerolidol) con acción repelente y con estabilidad a largo plazo, así como proponer un posible mecanismo de recepción-acción de un repelente de origen natural y uno sintético (DEET), e identificar mediante herramientas computacionales las interacciones químicas del acetato de geranilo, nerolidol y DEET con proteínas involucradas en la recepción olfativa de los repelentes. Para la formulación de las distintas NEs se utilizó un rango de valores de equilibrio hidrofílico-lipofílico (HLB) de 11 a 15 para la mezcla de tensoactivos (Tween 80 + Span 80) empleando para la síntesis un procesador ultrasónico. Las NEs se caracterizaron por su tamaño de partícula, índice de polidispersidad (PdI) y potencial zeta. La caracterización de la mejor NE se realizó mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y pH, además se evaluó su estabilidad a largo plazo, su perfil de liberación in vitro y su potencial irritante/corrosivo dérmico en ratones hembra BALB/c. La NE compuesta por Tween 80 al 14,3%, Span 80 al 5,7%, acetato de geranilo al 5% y nerolidol al 5% presentó un tamaño de partícula de 58,99 ± 0,55 nm, PdI de 0,25 ± 0,01, pH de 3,59 ± 0,02 y potencial zeta de -22,88 ± 1,22 mV. En la caracterización de la NE por SEM, se observó que la morfología de las gotas de la NE es esférica con aglomeraciones, adicionalmente, la NE brindó estabilidad a la mezcla de metabolitos por un periodo de 5 meses. En cuanto a la cinética de liberación del acetato de geranilo y del nerolidol, esta se ajustó al modelo cinético de orden cero mostrando una liberación controlada. Al evaluar el efecto de la NE en piel de ratón, se evidenció irritación a la cuarta hora de su aplicación. Por otra parte, para dilucidar un posible mecanismo de recepción/acción de una mezcla de metabolitos secundarios y el DEET, se utilizó como base de datos las proteínas que presentaron expresión diferencial después de la exposición de hembras adultas de Ae. aegypti a repelentes como la mezcla 1 (acetato de geranilo, α-bisabolol, nerolidol) y DEET de una investigación previa del grupo de investigación. Se realizaron diagramas de interacción proteína-proteína identificando a la frequenina como proteína que posiblemente conecta rutas metabólicas diferentes en el proceso de recepción de odorantes, por lo tanto, se investigó su efecto en la transmisión sináptica para identificar así más proteínas que podrían participar en la recepción de estos, y mediante herramientas computacionales como docking molecular se determinó las interacciones de estas proteínas con las moléculas repelentes. Se encontró que la exposición del mosquito Ae. aegypti al DEET altera la expresión de proteínas que intervienen en la producción de energía, síntesis de neurotransmisores, mensajeros secundarios y proteínas, mientras que la mezcla 1 afecta la expresión de proteínas relacionadas con el transporte axonal, anclaje de vesículas sinápticas, producción de energía y síntesis de proteínas. En conjunto los repelentes intervienen en la señalización, sinapsis, síntesis de óxido nítrico y producción de energía, la alteración de la expresión de todas esas proteínas podría conllevar a una disminución en la capacidad del insecto de percibir los odorantes afectando procesos como la transmisión sináptica y la producción de energía. Dentro de las proteínas que participan en la transmisión sináptica se encuentra la frequenina, esta participa en la cascada de señalización producida por los repelentes, en esta se identificaron proteínas que intervienen en la activación de canales iónicos y de receptores odorantes. Adicionalmente, se identificó que, de los metabolitos secundarios, el acetato de geranilo mostró interacciones con las proteínas frequenina, guanilil ciclasa y calmodulina, lo anterior indica que este podría intervenir en la liberación de neurotransmisores y en la producción de mensajeros secundarios. En resumen, fue posible encapsular el acetato de geranilo y el nerolidol en un sistema de nanoemulsión logrando una estabilidad por un periodo de cinco meses así como una liberación controlada de estos metabolitos, adicionalmente, el efecto repelente de moléculas tanto de origen sintético como natural posiblemente esté relacionado con una alteración en conjunto de diferentes proteínas que participan en la transmisión sináptica y la producción de energía, lo anterior podría desencadenar en una inhibición en la percepción de odorantes dificultando al insecto localizar el hospedero, además de interaccionar con proteínas que participan del proceso odorante como la frequenina, guanilil ciclasa y la calmodulina.
dc.description.abstractenglish	The activity of repellents of synthetic origin contrasts with the adverse effects they cause (skin irritation, nervous system toxicity and skin absorption). Therefore, repellents of natural origin are proposed as an alternative to these repellents. Among them are essential oils and their main compounds, which have repellent activity and are less toxic. However, the different research reported highlight that their efficacy as repellents is not significant compared to synthetic ones. Therefore, the objective of the present study was to develop a nanoemulsion (NE) with a mixture of secondary metabolites (geranyl acetate and nerolidol) with repellent activity and long-term stability, as well as to propose a possible reception-action mechanism of a repellent of natural origin and a synthetic one (DEET), and to identify, using computational tools, the chemical interactions of geranyl acetate, nerolidol and DEET with proteins involved in the olfactory reception of repellents. For the formulation of the different NEs, a range of hydrophilic-lipophilic balance (HLB) values from 11 to 15 was used for the surfactant mixture (Tween 80 + Span 80) using an ultrasonic processor for the synthesis. The NEs were characterized by their particle size, polydispersity index (PdI) and zeta potential. The best NE was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and pH, and its long-term stability, it’s in vitro release profile and its dermal irritant/corrosive potential were evaluated in female BALB/c mice. The NE composed of 14.3% Tween 80, 5.7% Span 80, 5% geranyl acetate and 5% nerolidol had a particle size of 58.99 ± 0.55 nm, PdI of 0. 25 ± 0.01, pH of 3.59 ± 0.02 and zeta potential of -22.88 ± 1.22 mV. Characterization of the NE by SEM revealed the morphology of the NE droplets was spherical with agglomerations. In addition, the NE provided stability to the mixture of metabolites for a period of 5 months. The release kinetics of geranyl acetate and nerolidol were fitted to the zero-order kinetic model showing a controlled release. When evaluating the effect of NE on mouse skin, irritation was evident four hours after its application. On the other hand, to elucidate a possible mechanism of reception/action of a mixture of secondary metabolites and DEET, the proteins that presented differential expression after exposure of adult females of Ae. aegypti to repellents such as mixture 1 (geranyl acetate, α-bisabolol, nerolidol) and DEET from a previous investigation by the research group. Protein-protein interaction diagrams were made identifying frequenin as a protein that may connect different metabolic pathways in the odorant reception process, therefore, its effect on synaptic transmission was investigated to identify more proteins that may be involved in the odorant reception process, and using computational tools such as molecular docking, the interactions of these proteins with the repellent molecules were determined. It was found that exposure of the mosquito Ae. aegypti to DEET alters the expression of proteins involved in energy production, synthesis of neurotransmitters, secondary messengers, and proteins, while mixture 1 affects the expression of proteins involved in axonal transport, anchoring of synaptic vesicles, energy production and protein synthesis. Together, repellents intervene in signaling, synapses, nitric oxide synthesis and energy production. Altering the expression of all these proteins could lead to a decrease in the insect's ability to detect odorants, affecting processes such as synaptic transmission and energy production. Among the proteins that participates in synaptic transmission it’s found frequenin, it participates in the signaling cascade produced by repellents, in which proteins that intervene in the activation of ion channels and odorant receptors were identified. In addition, among the secondary metabolites, geranyl acetate was found to interact with the proteins frequenin, guanylyl cyclase and calmodulin, suggesting that it may be involved in neurotransmitters release and secondary messengers’ production. In conclusion, it has been possible to encapsulate geranyl acetate and nerolidol in a nanoemulsion system, achieving stability for a period of five months as well as a controlled release of these metabolites, in addition, the repellent effect of molecules of both synthetic and natural origin, possibly related to a common alteration of different proteins that participate in synaptic transmission and energy production, the above could trigger an inhibition in the perception of odorants, making it difficult for the insect to locate the host, in addition to interacting with proteins involved in the olfactory process such as frequenin, guanylyl cyclase, and calmodulin.
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Química
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15354
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Maestría en Química
dc.publisher.school	Escuela de Química
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dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Repelentes
dc.subject	Nanoemulsión
dc.subject	Metabolitos secundarios
dc.subject	Docking molecular
dc.subject	Recepción de odorantes
dc.subject	DEET
dc.subject.keyword	Repellents
dc.subject.keyword	Nanoemulsion
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dc.subject.keyword	Molecular Docking
dc.subject.keyword	Odorant Reception
dc.subject.keyword	DEET
dc.title	Formulación y análisis de estabilidad de un repelente tópico contra la picadura del mosquito Aedes aegypti
dc.title.english	Formulation and Stability Analysis of a Topical Repellent against the Bite of the Aedes aegypti Mosquito
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría