Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPOSIÇÃO NA FORMA DE PARTÍCULAS ÚMIDAS OU SECAS PARA ENTREGAR UM AGENTE BIOATIVO EM UM AMBIENTE AQUÁTICO, MÉTODO DE PREPARAÇÃO DA MESMA E MÉTODO PARA CONTROLAR ORGANISMOS INVASIVOS EM UM ECOSSISTEMA AQUÁTICO. [001] Este pedido reivindica prioridade para o pedido de patente provisória US. No. 61/601.290, depositado em 21 de fevereiro de 2012, que é incorporado aqui por referência.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Campo da Invenção [002] A presente invenção refere-se à composição biodegradável e nutricionalmente atraente compreendendo compostos biocidas ou antibióticos e/ou micróbios tendo bioadesão e propriedades de flutuabilidade controladas que são seletivamente fornecidos como alimento para um organismo aquático em massas aquáticas abertas ou fechadas, e componentes bioativos são liberados mediante o contato com tecidos mucosos tais como brânquia, pele ou ao longo do trato digestivo do organismo aquático selecionado. [003] As espécies aquáticas não nativas estão rapidamente se espalhando pelo mundo, causando tanto uma perda grave de biodiversidade global quanto danos ambientais e econômicos [1,2, 3]. Em adição aos efeitos diretos na qualidade do habitat, as mudanças de clima esperadas estimulam a expansão de espécies invasivas em novas áreas e aumentam os efeitos já presentes alterando a dominância competitiva, aumentando a predação e as doenças infecciosas. As espécies aquáticas que são consideradas invasivas são espécies não nativas, à medida que elas são livres de predadores naturais, se reproduzem rapidamente e competem agressivamente com espécies nativas. As espécies predatórias invasivas são vítimas de espécies nativas e rompem sua cadeia alimentar aquática. Elas podem afetar os valores de propriedade, e influenciam a economia das comunicas dependentes de água.
Petição 870190049416, de 27/05/2019, pág. 4/13
2/40 [004] Por exemplo, muitas plantas aquáticas não nativas, animais e organismos microscópicos foram introduzidas nos Great Lakes desde o início dos anos 80, acidental ou intencionalmente. Muitos deles povoam os lagos e rios ao redor. Eles têm como presas peixes e plantas nativas, e rompem o ecossistema nos lagos. Eles também prejudicam as atividades recreacionais e agrícolas danificando barcos e engrenagens, cabos submarinos, plataformas petrolíferas, boias, redes de pesca, obstrução de tubulações de água e instalações hidrelétricas, bloqueando a cadeia de abastecimento de água doce e estrangulamento dos sistemas de irrigação na região. Perdas nos Estados Unidos somente são estimadas em $78,5 milhões anualmente [4]. Esforços recentes através de muitos países têm destacado a necessidade urgente de programas de gerenciamento mais rigorosos e completos para impedir e conter o espalhamento pelo mundo de espécies não nativas.
[005] A invasão de mexilhões-zebra (Dreissena polymorpha) e Asian marisco (Corbicula fluminea) são de particular consideração dada sua capacidade de cobrir rapidamente a superfície de substratos duros submersos, reduzir a biomassa de fitoplâncton e portanto, romper as cadeias alimentares pelágicas e agir como principais espécies de entupimento de estruturas e tubulações de entrada de água usadas em sistemas de água municipais, agrícolas, industriais, e de estação de alimentação [5, 6]. Asian mariscos são encontrados em 36 dos estados contíguos dos Estados Unidos bem como no Havaí. O mexilhãozebra, introduzido nos Estados Unidos em 1986, se espalhou rapidamente por todos os Great Lakes, Rio St. Lawrence, e canais associados com o Rio Mississippi. Espera-se que os mexilhões, dentro de 20 a 25 anos, infestem a maioria das áreas ao sul do Canadá Central e norte da Flórida Panhandle a partir da Costa do Pacífico até a Costa do Atlântico. À medida que o mexilhão-zebra avança, o prognóstico
3/40 para populações de bivalves nativos de água doce é desolador, especialmente para essas populações de espécies consideradas ameaçadas e em risco de extinção [7].
[006] Outro invasor prejudicial é o góbio Neogobius melanostomus, que é um dos peixes mais invasivos na Terra. O peixe tem substanciais populações introduzidas dentro da bacia hidrográfica dos Laurentian Great Lakes, o Mar Báltico e vários principais rios europeus. O Neogobius melanostomus, que habita uma ampla faixa de água doce temperada e ecossistemas de água salobra e sem estabelecer rigorosos programas de gerenciamento, provavelmente continuará a se espalhar via água de lastro, liberação acidental de iscas e dispersão natural pelo mundo [8].
[007] Há muitos métodos de controle do espalhamento de espécies invasivas. Esses métodos incluem a remoção mecânica tal como dragagem, arrasto com correntes e manual, remoção por predador, e controle químico, bioquímico e biológico. É igualmente importante gerenciar as espécies invasivas de uma maneira segura, ambientalmente responsável e de boa relação custo-benefício. Por exemplo, de modo a encontrar métodos menos prejudiciais para controlar mexilhões invasivos, o laboratório de Pesquisa de Campo do Museu do Estado de Nova Iorque (NYSM) triou mais de 700 isolados bacterianos como potenciais agentes de controle biológico contra mexilhões-zebra e mexilhão quagga. Como um resultado, eles encontraram um isolado de cepa altamente eficaz e letal de Pseudomonas fluorescens (CL145A) contra esses mexilhões (Patente US. No. 6.194.194). Essa bactéria inofensiva está presente em todas as massas aquáticas do Norteamericano e até nas cozinhas e refrigeradores domésticos [9].
[008] A aplicação de biocidas e substâncias tóxicas é uma das formas eficazes de reduzir a população de espécies invasivas. Entretanto, as técnicas de aplicação não foram perfeitas e como um resul
4/40 tado, esses métodos foram ineficazes em erradicar o organismo invasive. Outra desvantagem é que muitas substâncias tóxicas em uso, tal como hipoclorito de sódio, tensoativos, sais de amônio, N-trifenilmetilmorfolino, ou têm baixa toxicidade ou não afetam seletivamente os ecossistemas aquáticos inteiros. Por exemplo, Marisco-Trol, produzido por Betz Chemicals, H130 produzido por Calgon Corp. e 4-trifluoroetil4-nitrofenil comercializados como Bayluscide® (Bayer) são muito tóxicos para peixes e outros organismos aquáticos e acredita-se que sejam muito persistentes no ambiente [10]. Até agora, nenhum desses tratamentos químicos parece provavelmente substituir a simples cloração como o tratamento padrão para mexilhões-zebra.
[009] As duas substâncias tóxicas mais usadas em sistemas aquáticos são rotenona e antimicina A. A rotenona é um pesticida botânico registrado pela EPA para usos piscicidas (causa a morte de peixes). O produto químico está relacionado a compostos isoflavonóides derivados das raízes de Derris spp., Lonchocarpus spp., e Tephrosia spp., e principalmente encontrados no sul da Ásia, América do Sul, e no leste africano, respectivamente. Os produtos de rotenona são classificados como Pesticidas de Uso Restrito (RUP) devido à inalação aguda, oral aguda e toxicidade aquática (ver EPA 738-R-07-005, Março 2007, Registration Eligibility Decision for Rotenone). A rotenona não se dissolve em água. Para dispersa-la em água de modo que ela possa ser eficaz em baixas concentrações, a rotenona precisa ser formulada com solventes. Há alguns produtos de emulsão líquida comerciais contendo rotenona como o ingrediente ativo que pode ser usado para tratar sistemas aquáticos. Por exemplo, um produto é chamado NusynNoxfish®, o outro CFT Legumine®. Esses pesticidas são geralmente aplicados por aspersão da emulsão na superfície da água. Entretanto, essas composições piscicidas do tipo emulsão têm muitas desvantagens, como descrito abaixo.
5/40 [0010] A antimicina A é uma substância tóxica para peixes relativamente nova, e principalmente aplicada como uma única ferramenta de gerenciamento. Ao longo da década passada, a antimicina A foi usada por agências federais e estaduais para restaurar peixes ameaçados/em risco de extinção a seus habitats nativos (ver EPA 738-R-07007, Maio de 2005, Registration Eligibility Decision for Antimycin A). A antimicina A é também um pesticida de uso restrito registrado por EPA para usos piscicidas (causa morte de peixes). Derivado como um produto de fermentação de mofo Streptomyces, o produto químico é aplicado diretamente à água para renovar as populações de peixes recreacionais e para renovar peixe escamado a partir de crias de bagre e reservatórios de produção de pescado.
[0011] Essa substância tóxica é comercializada sob o nome comercial de Fintrol. Atualmente, há três formulações registradas de antimicina A disponíveis. Fintrol-5 consiste em antimicina A revestida em grãos de areia de tal forma a liberar a substância tóxica regularmente nos 5 primeiros pés de água - à medida que a areia se dissipa; Fintrol-15 que a libera nos 15 primeiros pés de profundidade, e um líquido, Fintrol Concentrado, que foi desenvolvido para uso em fluxos e águas correntes muito rasas. Desde a sua introdução, a antimicina A se tornou um pesticida atraente por causa de sua especificidade relativa para peixes, isto é, as concentrações mínimas que matam peixes são consideradas inofensivas para outros mamíferos e viventes aquáticos. É eficaz em concentrações muito pequenas contra todos os estágios de vida do peixe, ovos até adulto. Suas propriedades de inibição respiratória são irreversíveis em dosagens letais, e de forma importante, elas rapidamente se degradam em ambiente aberto. Esforços para controlar melhor a liberação da substância tóxica são bem conhecidos, particularmente na indústria agrícola. Por exemplo, as Patentes US. Nos. 3.851.053 e 4.400.374 descrevem vários polímeros com compri
6/40 mento de caminho de difusão estendido. Tipicamente, os agentes incorporados são pesticidas orgânicos, e o tipo de matriz é um elastômero tal como borracha natural, borracha de estireno-butil estireno, e similares. Sabe-se entretanto que quase todos os agentes pesticidas orgânicos e inorgânicos carecem de solubilidade nessas matrizes plásticas.
[0012] Outros sistemas encapsulantes conhecidos incluem, nas Patentes Nos. 3.059.379 e 4.428.457, um fertilizante de núcleo granulado que é encapsulado em filme fino poroso; na Patente US. No. 4.019.890 fertilizantes granulares que são revestidos com uma camada resistente à água formando um revestimento em gel tipo gelatina. A Patente US. No. 2.891.355 refere-se a revestir partículas de poliestireno revestidas com espuma com uma solução de fertilizantes e nutrientes, adicionar água, e plantar uma planta. Ademais, Villamar e outros [11] descreve a preparação de microcápsulas complexas (CXMs) consistindo de ingredientes dietários e microcápsulas de parede de lipídeo (LWMs) embebidas em partículas de uma mistura gelificada de alginato e gelatina para obter um único tipo de partícula alimentar para fornecer alimentadores de suspensão com nutrientes dietários. Outros fertilizantes, tal como ureia, podem ser revestidos em uma forma granular como descrito na Patente US. No. 3.336.155, retardando assim a solução em água subterrânea. A Patente US. No. 3.276.857 descreve que um fertilizante pode ser encapsulado com asfalto ou várias ceras e, assim, a emissão no ambiente é retardada. Entretanto, nenhuma dessas técnicas anteriores descreve uma partícula onde o agente ativo permanece dentro de uma partícula intacta mesmo após a exposição em água e onde ele está sendo liberado somente após o consumo por um organismo.
[0013] Uma abordagem para entregar uma substância tóxica diretamente para a espécie invasiva é através de rações aquáticas con
7/40 vencionais em uma forma seca, semiumedecida ou umedecida como um alimento em pélete ou em flocos. Essas rações, entretanto, deterioram rapidamente em água, com decomposição física e degradação da ração começando imediatamente com entrega de ração na água. Agentes bioativos vulneráveis começaram a se dissipar e se decompor quando a ração se torna encharcada com água, e potencialmente prejudicando os organismos endógenos ao redor no ecossistema.
[0014] Para superar algumas das desvantagens associadas com a entrega em rações peletizadas secas, o agente ativo foi encapsulado dentro de microcápsulas. Vários tipos de polímeros naturais ou sintéticos foram propostos para uso como uma matriz para ligação e a liberação controlada de agentes ativos. Exemplos de tais polímeros são pol(vinilpirrolidona), poli(vinil álcool), poli(etileno óxido), celulose e seus derivados, silicone e poli(hidróxietilmetacrilato). As matrizes biodegradáveis são de interesse uma vez que a degradação de polímeros naturais como polissacarídeos ou amidos ocorre naturalmente no ambiente aquático. A Patente US. No. 4.239.754 descreve um sistema onde um componente nutricional tal como aminoácidos livres, e hormônios são capturados em um lipossomo e o lipossomo é ainda encapsulado em uma matriz hidrocolóide. As microcápsulas de lipogel resultantes foram ou armazenadas como um pó seco por congelamento ou suspensas em água. Esse tipo de membrana lipossômica ou barreira é frágil, potencialmente dispendiosa e difícil de produzir e provavelmente não permaneceria uma microcápsula discreta quando combinada com outros materiais, ou age como uma parte apropriada de um programa de gerenciamento de espécie invasiva aquática desejável. Os polímeros encapsulantes descritos na técnica não resolvem todos os problemas associados com a entrega do agente ativo no ambiente aquático. A produção de agentes ativos em lipossomos e sua subsequente encapsulação em uma matriz hidrocolóide é um processo
8/40 de trabalho intensivo que adicionar ao custo do produto final. Secar o ativo microencapsulado resulta na oxidação e desativação do componente ativo, e mais significativamente torna o agente ativo insolúvel e assim não biodisponível pelo organismo. Os ativos microencapsulados que são armazenados em um estado seco ainda terão algumas das mesmas desvantagens descritas para rações peletizadas secas, à medida que eles ainda precisam ser reidratados e manualmente introduzidos em um ambiente aquático. Ademais, os polímeros de microencapsulação descritos na técnica anterior não eliminaram os problemas de decomposição e dissolução em água associados com o uso em ambientes aquáticos.
[0015] A principal utilidade da composição da presente invenção está em sua matriz bioadesiva e de flutuação controlada exclusiva, na qual o agente ativo é disperso em uma forma de gotículas de óleo. O agente ativo disperso em óleo é fechado dentro de uma matriz de partículas e não dissolverá mesmo após exposição estendida em água. A matriz polimérica bioadesiva permanece intacta na massa aquática onde os tecidos mucosos tal como brânquia, pele e trato digestivo do organismo aquático alvo são explorados para ingestão e liberação do agente ativo. O método para produzir e entregar a composição é económico, ambientalmente seguro e aplicável tanto em água doce quanto em água salgada. O uso da invenção é particularmente atraente para controlar a maioria das espécies invasivas tal como peixe, mexilhão e marisco.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0016] Consequentemente, a invenção fornece uma composição biodegradável e bioadesiva que se liga ou adere aos tecidos mucosos e libera um agente bioativo mediante o consumo pelo organismo aquático e método para produção e entrega direcionada de tal composição a um organismo aquático.
9/40 [0017] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição polimérica biodegradável e bioadesiva, onde a dita composição inclui polímeros biodegradáveis naturais ou sintéticos e onde os ditos polímeros são biopolímeros ou biopolímeros modificados de ácidos nucleicos, aminoácidos, ácidos graxos e/ou monómeros de açúcar e onde os polímeros sintéticos são plásticos e/ou elastômeros.
[0018] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição polimérica bioadesiva, como acima, onde o dito polímero inclui polímeros policatiônicos ou positivamente carregados, tal como quitosana e quitosana modificada, polilisina, polietileniminas (PEI), ágar catiônico, plástico catiônico ou látex e tensoativos catiônicos polimerizáveis e similares.
[0019] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição polimérica biodegradável na forma de um particulado seco ou úmido, macropartícula ou um microparticulado onde um composto ativo é embebido dentro da matriz polimérica de partículas.
[0020] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição tendo uma densidade que é ajustável para alcançar flutuação neutra ou controlada em vários ambientes aquáticos.
[0021] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição que permanece intacta por um período desejável de tempo mediante a exposição em água e onde o composto ativo embebido é dissolvido ou disperso em um solvente orgânico e não dissolverá em água.
[0022] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição onde o composto bioativo embebido é liberado a partir da composição mediante o consumo pelo organismo aquático.
[0023] Em alguns aspectos, a invenção fornece um método para produzir uma composição biodegradável tendo propriedades bioadesivas e de densidade ajustável incluindo: Formar uma pasta fluida contendo um polímero policatiônico e materiais de regulação de flutuação;
10/40 dissolver um composto ativo em uma mistura de solventes orgânicos insolúveis em água e tensoativos catiônicos; misturar o composto ativo dissolvido na pasta fluida de polímero bioadesivo; adicionar nutriente atraente tal como ração de peixe, uma proteína, um lipídeo, ou um amido resistente à água à pasta fluida; peletizar, granular, ou atomizar a pasta fluida e endurecer a pasta fluida particulada ou microgotículas para formar partículas sólidas secas ou úmidas em uma forma e distribuição de tamanho desejável.
[0024] Em alguns aspectos, a invenção fornece um método para entregar um agente bioativo tal como um composto tóxico, terapêutico ou nutracêutico a um organismo em ecossistemas aquáticos incluindo: produzir a composição bioadesiva contendo um agente bioativo; ajustar o tamanho e a densidade da dita composição para maximizar sua disponibilidade ao organismo aquático na massa aquática alvo; dispersar a composição particulada bioativa em um ambiente aquático em uma quantidade suficiente para obter um efeito desejado no organismo aquático.
[0025] Em alguns aspectos da invenção, o agente bioativo é um biocida aquático ou um agente de controle biológico, onde o agente controla vários organismos aquáticos vertebrados e invertebrados indesejáveis tais como peixes, mexilhões, marisco, múrice e similares.
[0026] Em alguns aspectos da invenção, o agente bioativo é um agente terapêutico tal como um antibiótico bactericida ou peptídeo, onde o composto terapêutico é capaz de tratar peixes de criação doentes.
[0027] Em alguns aspectos da invenção, o agente bioativo é um agente nutracêutico tal como ácidos graxos essenciais, carotenos, aminoácidos, proteínas, peptídeos, hormônios e vitaminas.
[0028] Em alguns aspectos da invenção, a composição polimérica contém polímeros de formação de matriz tais como alginato, pectina,
11/40 gelatina, ágar, carragenina, ou seus polímeros modificados e uma mistura desses, onde o polímero bioadesivo, tal como quitosana, guar catiônico e/ou outros polissacarídeos policatiônicos, é misturado.
[0029] Em alguns aspectos da invenção, a composição polimérica contém polímeros de formação de matriz onde o polímero de formação de matriz é o próprio polímero bioadesivo tal como quitosana, guar catiônico e/ou outros polissacarídeos policatiônicos.
[0030] Em alguns aspectos da invenção, a densidade da composição é ajustada incorporando-se, em várias proporções, sais metálicos insolúveis em água ou minerais e gorduras fundidas, ceras e/ou cera de polipropileno.
[0031] Em alguns aspectos da invenção, a composição é peletizada, particulada ou atomizada em uma forma e tamanho desejados e endurecida por sais ou produtos químicos de reticulação.
[0032] Em alguns aspectos da invenção, a composição peletizada ou particulada é entregue úmida ou seca em qualquer método de secagem conhecido incluindo secagem a ar ou vácuo e entregue como péletes secos ou pó particulado.
[0033] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição bioadesiva para liberar um composto ativo no trato digestivo de um organismo aquático.
[0034] Em alguns aspectos, a invenção fornece uma composição bioadesiva contendo um biocida ou uma mistura de biocidas na forma de micropartículas úmidas ou secas em várias faixas de tamanho dependendo da preferência de tamanho do organismo invasivo alvo. Por exemplo, o tamanho de partícula pode ser aproximadamente 5 a 10 mícrons para erradicar mexilhões invasivos, tal como mexilhões-zebra, ou aproximadamente 50 a 150 mícrons para erradicar espécies de peixes invasivas, tal como carpa asiática. Esses e outros aspectos da presente invenção se tornarão claros a partir da seguinte especifica12/40 ção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0035] Entende-se que os desenhos descritos são meramente representantes exemplificados da invenção que podem ser incorporados em várias formas. Então, detalhes funcionais específicos descritos aqui não são interpretados como limitantes, mas meramente como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar os versados na técnica a empregar de várias formas a presente invenção.
[0036] A FIGURA 1 é uma vista microscópica de micropartículas ajustadas em densidade contendo gotículas de óleo embebidas em uma matriz de polímero bioadesivo da invenção presentemente reivindicada. A imagem superior mostra micropartículas tendo sua densidade ajustada para aplicação em água doce, e a imagem inferior mostra micropartículas tendo sua densidade ajustada para aplicação em água salgada.
[0037] A FIGURA 2 é uma vista de péletes de densidade ajustada contendo gotículas de óleo embebidas em uma matriz de polímero de ácido algínico e polímero bioadesivo da invenção presentemente reivindicada. A imagem da esquerda mostra péletes secos e a imagem da direita mostra péletes úmidos tendo sua densidade ajustada para dissipação em ambiente de água salgada.
[0038] A FIGURA 3 demonstra a propriedade de flutuação controlada (taxa de dissipação em mm/s) da composição da presente invenção em várias massas aquáticas como uma função do tamanho e da densidade.
[0039] A FIGURA 4 mostra o efeito de tamanho de partícula e densidade na taxa de dissipação (mm/s) em condições estimuladas em água doce.
[0040] A FIGURA 5 ilustra que a velocidade de decantação (Vs) da
13/40 composição da presente invenção está de acordo com a Lei de Stokes como representado a partir da seguinte equação: Vs = (2/9) ((pp pW)(g*R2)
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Definições [0041] Na seguinte descrição da invenção, entende-se que os termos usados têm seus significados normais e habituais na técnica, a menos que de outra forma especificado.
[0042] O termo agente ativo, composto bioativo, agente de controle biológico, é destinado a se referir amplamente a quaisquer substâncias tóxicas, terapêuticas ou nutracêuticas capazes de tratar diferentes formas de organismos vivos usados em campos tais como ecossistemas aquáticos, agricultura e aquacultura. Uma substância toxica, como definida pela Agência de Proteção Ambiental US. (EPA) é qualquer substância ou mistura de substâncias destinadas a prevenir, destruir, repelir ou suavizar qualquer preste. Um agente tóxico pode ser uma substância química ou agente biológico (tal como um vírus ou bactéria) usado contra pestes incluindo organismos invasivos aquáticos, que inclui pesticidas, piscicidas, fungicidas, herbicidas, inseticidas, algicidas, e moluscicidas. Pesticidas seletivos matam um organismo alvo específico enquanto deixam as espécies desejadas relativamente ilesas. Os pesticidas não seletivos matam todas as espécies com as quais eles entram em contato. Os biocidas aquáticos adequados de acordo com a presente invenção são aqueles registrados e regulados pela EPA tal como Antimicina A, Piperonil Butóxido (PBO), Piretrinas, Rotenona e Resinas que não a Rotenona, Niclosamida, sal aminoetanol (tal como Bayluscide), Trifluorometil-4-nitrofenol (TFM) e similares. Uma substância terapêutica tende a superar doenças e promover recuperação e inclui qualquer substância antimicrobiana ou fármaco tal como germicida, antibiótico, antibacteriano, antiviral, anti
14/40 fúngico, antiprotozoário, antiparasítico e proteínas e peptídeos terapêuticos. Uma substância nutracêutica tende a fornecer benefícios à saúde e médicos e inclui ácidos graxos essenciais tais como DHA, EPA e ARA, aminoácidos essenciais tais como lisina, metionina, arginina e similares, vitaminas tal como vitamina A, C, D, E e similares, proteínas e peptídeos.
[0043] Os termos organismo aquático não nativo e organismo ou espécie aquática invasiva referem-se amplamente a quaisquer organismos aquáticos que foram introduzidos em novos ecossistemas marinhos ou de água doce e estão ambos prejudicando os recursos naturais nesses ecossistemas e ameaçando o uso humano desses recursos. Os organismos aquáticos invasivos de acordo com a presente invenção incluiriam quaisquer espécies de peixes, mariscos, mexilhões, moluscos, marisco e águas-vivas.
[0044] O termo polímero biodegradável refere-se amplamente a qualquer polímero suscetível à degradação por atividade biológica, com a degradação acompanhada por uma redução de sua massa molar.
[0045] O termo polissacarídeo catiônico ou policatiônico referese amplamente a quaisquer polissacarídeos catiônicos naturalmente ocorrendo, modificados ou sintéticos, bem como polissacarídeos e derivados de polissacarídeo modificado que foram feitos catiônicos por meios químicos. Isso inclui, por exemplo, quaternização com compostos de amina quaternária contendo sítios cloreto ou epóxido reativos.
[0046] O termo polímero bioadesivo ou mucoadesivo refere-se amplamente a qualquer polímero catiônico adequado que se liga prontamente a tecidos negativamente carregados ou órgãos tais como brânquia ou tecidos mucosos gástricos e transportando material bioativo através de membranas celulares. Exemplos de polissacarídeos catiônicos incluem, mas não estão restritos a hidroxietil celulose catiônica
15/40 e hidroxietil celulose catiônica hidrofobicamente modificada, macromoléculas lineares tais como polietilenoimina (tal como Lupasol® da BASF), poli-L-lisina (PLL) ou outros aminoácidos policatiônicos, quitosana, quitosanas modificadas tal como dimetil, trimetil e carboximetil quitosana, guar catiônico e/ou outros polissacarídeos policatiônicos, dietilaminoetil dextrano (DEAE-dextrano), e polímeros ramificados tais como poli (amidoamina) (PAMAM) dendrímeros e POLECTRON® 430 (por International Specialty Products).
[0047] A composição de matriz polimérica biodegradável da invenção compreende um polímero suscetível à degradação por atividade biológica no ecossistema aquático. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer polímero natural ou sintético é adequado, incluindo, mas não limitado a amidos e celulose modificada tal como etil, metil e carboximetil celulose e similares; polissacarídeos e gomas tal como ágar, carragenina, alginato, pectina, quitosana, quitosana modificada, goma guar e similares; proteínas tais como gelatina, proteínas do leite, glúten, soja e isolados de proteína da soja e ervilha, zeína e similares; e gorduras fundidas tal como gorduras saturadas ou hidrogenadas, ceras, álcoois de ácido graxo de mais de 12 cadeias de carbono e óleos de parafina. A biodegradação de polímeros sintéticos pode ser executada através da sintetização dos polímeros com ligações hidroliticamente instáveis na estrutura, que é geralmente alcançada pelo uso de grupos químicos funcionais tais como ésteres, anidridos, ortoésteres e amidas. Os polímeros sintéticos biodegradáveis mais geralmente usados são ácido poliglicólico (PGA), ácido polilático (PLA), ácido poliacrílico ou poli(metacrilatos) e seus copolímeros, bem como outros materiais, incluindo poli(dioxanona), copolímeros de poli(trimetileno carbonato), e homopolímeros de poli(e-caprolactona), polivinil pirrolidona, derivados de polivinil pirrolidona e copolímeros dos mesmos.
[0048] Geralmente, um polímero matriz que permanece intacto no
16/40 ambiente aquático na forma de uma partícula por ao menos várias horas é preferencial. Os polímeros de estrutura da matriz podem ser essencialmente qualquer polímero hidrofílico e preferencialmente tais polímeros que podem ser adequados para reticulação. O polímero matriz preferencial é selecionado a partir do grupo que consiste em polímeros de hidrogel e combinações desses, preferencialmente, mas não necessariamente polímeros de hidrogel reticulados tal como alginato, pectina, quitosana, ágar, ágar catiônico, carragenina, gelatina e combinações dos mesmos. O polímero matriz é preferencialmente usado em uma quantidade entre 0,01 e 20% em peso com relação ao peso total da composição. Mais preferencialmente, essa quantidade está entre 0,05 e 15% em peso com relação ao peso total da composição e mais preferencialmente entre 1 e 10% em peso.
[0049] A composição de matriz polimérica biodegradável da invenção compreende um polímero bioadesivo ou mucoadesivo como um veículo de entrega para um agente bioativo. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer polímero catiônico ou positivamente carregado é adequado, incluindo, mas não limitado a hidroxietil celulose catiônica e hidroxietil celulose catiônica hidrofobicamente modificada, polietilenoimina, dietilaminoetil dextrano, poli-L-lisina (PLL), quitosana, quitosanas modificadas tal como dimetil, trimetil e carboximetil quitosana, guar catiônico e/ou outros polissacarídeos policatiônicos. Em um aspecto mais preferencial da invenção, qualquer quitosana e/ou quitosana modificada é adequada. Em uma modalidade da presente invenção, o polímero bioadesivo está também servindo como o polímero matriz onde o agente ativo está embutido na matriz.
[0050] Em outra modalidade da presente invenção, o polímero bioadesivo é adicionado ao polímero matriz para fornecer as propriedades adesivas à matriz. O polímero bioadesivo é preferencialmente usado em uma quantidade entre 0,01 e 20% em peso com relação ao
17/40 peso total da composição. Mais preferencialmente, essa quantidade está entre 0,05 e 15% e peso com relação ao peso total da composição, e mais preferencialmente, entre 1 e 10% em peso.
[0051] A composição de matriz polimérica biodegradável da invenção compreende uma mistura de metais ou sais insolúveis em água e gorduras ou ceras fundidas naturais ou sintéticas em uma relação desejável específica para alcançar flutuação de partícula exigida no ecossistema aquático alvo. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer sal insolúvel em água tendo uma densidade maior do que 1 g/cm-3, incluindo, mas não limitado a carbonatos (CO32-), fosfatos (PO42-) e sulfatos (SO42-) de Ag, Ba, Ca, Mg e Zn e similares, e quaisquer gorduras fundidas e ceras naturais ou sintéticas tendo uma densidade menor do que 1 g/cm-3, incluindo, mas não limitadas às de fontes vegetais, de insetos e animais, e ceras sintéticas que são principalmente derivadas polimerizando-se etileno ou alfa olefinas são adequadas. Em uma modalidade mais preferencial da invenção, uma mistura de fosfato tricálcio (TCP) e cera de polipropileno (PPP) é adequada. A quantidade preferencial de mistura de TCP e PPP está entre 0,01 e 40% em peso com relação ao peso total da composição. Mais preferencialmente, essa quantidade está entre 0,05 e 30% em peso com relação ao peso total da composição. A relação preferencial entre o TCP e o PPP é qualquer relação desejável que é exigida para alcançar a flutuação de partícula específica no ecossistema aquático alvo. Por exemplo, entende-se que uma composição adequada para tratar ecossistemas de água doce conteria relações TCP/PPP menores do que uma composição adequada para tratar ecossistemas de água salgada.
[0052] O composto ativo no contexto da presente invenção é uma substância biocida, terapêutica ou nutracêutica. Uma substância biocida é um agente de controle químico ou biológico, capaz de matar, pre
18/40 venir, destruir, repelir ou suavizar vários organismos aquáticos indesejáveis tais como peixes, mexilhões, mariscos e similares. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer tipo de agente biocida ou biológico (tal como um vírus ou bactéria tóxica seca) pode ser usado, incluindo, mas não limitado a pesticidas, piscicidas, fungicidas, herbicidas, inseticidas, algicidas, moluscicidas, e similares. Os biocidas aquáticos preferenciais de acordo com a presente invenção são aqueles registrados e regulados pela Agência de Proteção Ambiental (EPA) americana tais como antimicina A, piperonil butóxido (PBO), piretrinas, rotenona e resinas que não a rotenona, niclosamida, sal aminoetanol (tal como produto Bayluscide produzido por BASF), trifluorometil-4-nitrofenil (TFM) e similares.
[0053] Em uma modalidade da presente invenção, a substância bioativa é um agente terapêutico tal como um peptídeo bactericida ou antibiótico que mata bactérias infecciosas em ecossistemas aquáticos alvo ou em sistemas de aquacultura. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer tipo de um antibiótico pode ser usado, incluindo, mas não limitado a germicidas, antibacterianos, antivirais, antifúngicos, antiprotozoários, e antiparasíticos. As substâncias antibióticas específicas incluem sulfamidas, diaminopirimidinas, penicilinas, tetraciclinas, cefalosporinas, aminoglucosídeos, cloranfenicol e derivados, quinolonas e fluoroquinolonas, nitrofuranos, nitroimidazois e misturas desses. Em outra modalidade da presente invenção, a substância bioativa é um composto nutracêutico tal como uma proteína, um peptídeo, um óleo, uma vitamina ou um hormônio. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer tipo de um nutracêutico pode ser usado, incluindo, mas não limitado a ácidos graxos essenciais tal como DHA, EPA e ARA e similares, aminoácidos essenciais tais como lisina, metionina, arginina e similares, vitaminas tal como vitaminas A, C, D, E e similares, carotenos tal como beta caroteno, leuteno, astaxantina e simila19/40 res.
[0054] Geralmente, o agente bioativo é solubilizado em um solvente orgânico antes de ser embebido na matriz polimérica da presente invenção. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer tipo de óleo, gordura ou graxa pode ser usado para solubilização, incluindo, mas não limitado a óleos sintéticos naturalmente ocorrendo ou na forma líquida ou na forma sólida em temperatura ambiente. O óleo adequado, no contexto da presente invenção, abrange todos os tipos de corpos de óleo ou componentes de óleo, em particular, óleo de peixe, óleo vegetal tal como óleo de canola, óleo de girassol, óleo de soja, óleo de oliva, manteiga de cacau, óleo de coco, óleo de palma, óleo de rícino, e similares, óleos vegetais modificados como óleo de soja ou de girassol alcoxilado, (tri)glicerídeo sintéticos como misturas técnicas de mono, di e triglicerídeos de C6-C22 ácidos graxos, e alquil ésteres de ácido graxo como metil ou etil ésteres de óleos vegetais. Preferencialmente, a solubilidade do agente bioativo em óleo é aprimorada pelo uso de agentes de superfície ativa tal como tensoativos catiônicos ou não iônicos e mais preferencialmente tensoativos catiônicos. Exemplos não limitantes típicos para tensoativos catiônicos são sais de amônio quaternário tal como trimetilalquil amônio, cloretos ou brometos de benzalcônio e íons de alquilpiridínio e aminas com ligações amida, polioxietileno alquil e aminas alicíclicas e similares. A quantidade preferencial do agente bioativo no óleo está entre 0,01 e 10% em peso. Mais preferencialmente, essa quantidade é a solubilidade máxima obtida do agente em um dado sistema óleo/tensoativo. A solução de bioativo/óleo é preferencialmente usada em uma quantidade entre 0,1 e 40% em peso com relação ao peso total da composição. Mais preferencialmente, essa quantidade está entre 0,5 e 30% em peso com relação ao peso total da composição e mais preferencialmente entre 5 e 30% em peso.
20/40 [0055] Em uma modalidade da presente invenção, a solução de bioativo/óleo é revestida em partículas carreadoras de um nutriente tal como uma proteína, lipídeo ou amido. No contexto da presente invenção, esses nutrientes também servem como atraentes nutricionais pra o organismo aquático alvo para consumir ativamente a composição a partir do meio aquático.
[0056] Em outra modalidade da presente invenção, o nutriente é preferencialmente absorvido e digerido pelo organismo aquático alvo. Por exemplo, foi mostrado que mexilhões bivalve podem, devido às suas grandes áreas de superfícies de brânquia e às grandes quantidades de água bombeada através de sua cavidade do manto, competir com sucesso com outros invertebrados na ingestão de certa matéria orgânica tal como aminoácidos livres [12, 13]. A inclusão de nutrientes na matriz polimérica também fornece sítios e poros abertos pelas enzimas digestivas do organismo, o que permite que o bioativo seja absorvido mais eficazmente. Nos aspectos mais amplos da invenção, qualquer tipo de nutriente pode ser usado incluindo, mas não limitado a aminoácidos, peptídeos, enzimas, proteínas, isolados de proteína e farelos ou de fonte animal ou vegetal, ácidos graxos, lipídeos e amidos e seus derivados. Nutrientes adequados, no contexto da presente invenção, abrangem todos os tipos de farelos, proteínas e aminoácidos livres e amido ou uma mistura desses, em particular farelo de peixe ou isolados de proteína de fonte animal ou vegetal. A quantidade preferencial do nutriente na composição da invenção está entre 0,1 e 70% em peso, com relação ao peso total da composição. Mais preferencialmente, essa quantidade está entre 5 e 60% em peso com relação ao peso total da composição e mais preferencialmente entre 10 e 50% em peso.
[0057] De acordo com os objetivos da invenção, o veículo de entrega da composição biodegradável e bioadesiva para um organismo
21/40 aquático é feito, seco ou úmido, e tem um tamanho de partícula na faixa de aproximadamente 2 mícrons a aproximadamente 10.000 mícrons. O veículo de entrega é feito de um complexo de componentes como descrito acima, incluindo qualquer tipo de polímero biodegradável tal como amido solúvel e resistente, gomas tal como ágar, pectina, carragenina, etil, metil ou carboximetil celulose, alginato, cera, gordura ou proteína e uma mistura desses. A matriz em gel da partícula é formada por endurecimento ou reticulação dos polímeros para fornecer uma partícula estável e intacta no ambiente aquático. As partículas fornecidas são atraentes e ingeríveis pelo organismo aquático.
[0058] Em uma modalidade do método de preparação, uma solução contendo 0,01 a 10% de polímero de formação de matriz tal como alginato ou pectina é preparada. Uma solução contendo 0,01 a 10% de polímero bioadesivo tal como hidroxietil celulose hidrofobicamente modificada, polietilenoimina, dietilaminoetil-dextrano, poli-L-lisina (PLL) ou quitosana é preparada separadamente e homogeneizada com a solução de matriz polimérica. Os compostos de controle de flutuação contendo uma mistura de sal metálico e cera hidrofóbica tal como uma mistura de TCP e PPP em uma relação desejável são adicionados em uma quantidade entre 0,01 e 20% em peso da solução polimérica e homogeneizados até que uma pasta fluida suave é obtida. Aproximadamente 0,1 a 2% de um emulsificiante, tal como monoglicídeos, ésteres de sorbitano, propileno glicol ésteres, lecitina, polissorbatos e ésteres de sacarose de ácidos graxos saturados de cadeia média e longa podem ser adicionados para ajudar na dispersão da cera hidrofóbica na pasta fluida.
[0059] Em uma modalidade alternativa, o polímero bioadesivo é usado para formar também a solução de matriz, tal como uma solução de quitosana ou ágar catiônico. Em uma modalidade mais alternativa, a matriz de partícula é formada com polímeros negativamente carre
22/40 gados, tal como um alginato ou pectina seguido por um breve umedecimento das micropartículas pré-formadas em uma solução contendo polímero positivamente carregado, tal como quitosana, PLL ou ágar catiônico, e similares.
[0060] Em uma modalidade preferencial, a substância bioativa é solubilizada em uma mistura de um solvente orgânico e um tensoativo catiônico. O solvente orgânico preferencial é qualquer óleo vegetal ou animal, preferencialmente óleos de cadeia de carbono curta, tal como óleos contendo ácido caprílico, cáprico ou láurico. O óleo de cadeia de carbono curta mais preferencial é o óleo de rícino. O tensoativo catiônico preferencial é um tensoativo de sal amônio quaternário. A solução bioativa é preparada através da dissolução da quantidade máxima solúvel do bioativo no sistema de óleo e tensoativo. A solução de bioativo e óleo pode ser diretamente homogeneizada na solução de matriz polimérica em uma quantidade de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 20% em peso da solução polimérica ou revestida primeiro em finas partículas de um nutriente tal como farelo de peixe ou isolado de proteína de soja ou ervilha em uma relação de 0,5-1:1 da mistura de bioativo e óleo: nutriente e então adicionando-se por misturação o nutriente revestido na solução de matriz polimérica.
[0061] A pasta fluida final é endurecida por reticulação ou resfriamento após formar um pélete em gel em um tamanho desejável e forma ou é atomizada usando um atomizador a ar, ultrassônico ou rotativo, ou qualquer outro dispositivo de atomização conhecido na técnica, em uma solução aquosa contendo 0,1 a 10% de composto de reticulação tal como cloreto de cálcio para reticular polímeros tais como pectina ou alginato, citrato de potássio para reticular polímeros baseados em carragenina ou tripolifosfato para reticular polímeros de quitosana e similares. As partículas de matriz endurecidas são então coletadas a partir da solução de reticulação e podem então ser empacotadas a ú
23/40 mido para aplicação ao ambiente aquático em sua forma úmida, ou secas por qualquer meio conhecido na técnica tal como secagem ao ar, secagem de leito fluidizado, secagem por congelamento/vácuo, e similares e empacotadas a seco para uso posterior. Em uma modalidade alternativa, a pasta fluida pode ser seca por aspersão em câmara de ar quente e as partículas secas coletadas e armazenadas para uso posterior.
[0062] Em uma modalidade da presente invenção, a composição bioativa em uma faixa de tamanho desejável e densidade é aplicada em qualquer ecossistema aquático de água doce, água salobra ou marinha de modo que mediante o contato com a água, a dita composição permanece intacta na água por ao menos várias horas e o bioativo é retido dentro da composição. A composição é então ativamente consumida e adere aos tecidos mucosos do organismo alvo onde o composto bioativo é liberado e absorvido pelo organismo aquático.
[0063] Em outra modalidade, uma composição contendo um biocida ou uma mistura de biocidas é entregue de forma direcionada para um organismo aquático indesejável. Por exemplo, uma mistura 1:1 de rotenona e piperonil butóxido (PBO) é utilizada na composição da presente invenção, em uma faixa de tamanho entre 5 e 10 mícrons. A densidade da micropartícula é ajustada com uma relação TCP/PPP apropriada para levemente acima da densidade da água doce e as massas de água doce são tratadas com a composição para impedir habitats de mexilhões e espécies de lampreia do mar.
[0064] Em ainda outra modalidade da presente invenção, a antimicina A é utilizada na composição da presente invenção, e são formadas micropartículas em uma faixa de tamanho entre 50 e 100 mícrons. A densidade das micropartículas é ajustada com uma relação TCP e PPP apropriada para corresponder à densidade de estuários aquáticos para o controle de espécies de animais aquáticos prejudiciais ou inva24/40 sivos, tal como a carpa asiática ou o lagostim.
[0065] Em ainda outra modalidade da presente invenção, o antibiótico oxitetraciclina é utilizado na composição da presente invenção, e péletes em uma faixa de tamanho entre 2000 e 5000 mícrons são formados. A densidade dos péletes é ajustada com uma relação TCP/PPP apropriada para corresponder à densidade da água de um ambiente marinho, e os péletes usados para tratar espécies aquáticas de viveiro, tal como salmonid, contra uma infecção bacteriana.
[0066] Em uma modalidade adicional da presente invenção, células microbianas contendo astaxantina ou extrato de óleo são utilizados na composição da presente invenção, e péletes em uma faixa de tamanho entre 5000 e 10000 mícrons são formados. A densidade dos péletes é ajustada com uma relação TCP/PPP apropriada para corresponder à densidade da água de um ambiente marinho, e os péletes fornecidos a peixes salmão aproximadamente 30 dias antes da recolha para fornecer uma pigmentação desejável na carne de peixe.
[0067] A presente invenção é ainda ilustrada pelos seguintes exemplos não limitantes.
Exemplos [0068] Exemplo 1. Produção da composição bioadesiva contendo rotenona para aplicação em água doce [0069] Em um recipiente de aço inoxidável de 40 L, 16 L de água destilada foram adicionados. Alginato de sódio (aproximadamente 200 g, Manugel® DMB, FMC Biopolymer, Filadélfia, PA) foi lentamente adicionado à água destilada no tanque de aço inoxidável sob uma misturação vigorosa (2.000 RPM, RS-02, Admix, Manchester, NH) até ser completamente dissolvido. A lecitina de soja líquida (aproximadamente 120 g, Archer-Daniels-Midland Co., Decatur, IL) e Tween 80 (aproximadamente 120 g, Sigma) foram adicionados à solução de alginato e a solução continuou a emulsificar por 15 minutos sob misturação vigo
25/40 rosa (2.000 RPM). A cera de polipropileno (aproximadamente 1000 g, Propylmatte-31, Micro Powders, Inc., Tarrytown, NY) foi adicionada à solução de alginato e a solução continuou a emulsificar por mais 15 minutos sob misturação vigorosa. O pH da pasta fluida foi então ajustado para 6,2 com 1 M de ácido acético glacial.
[0070] Em um pequeno recipiente de aço inoxidável de 10 L separado, 4 L de água destilada foram adicionados e aquecidos a 50° C. Quitosana (aproximadamente 120 g, quitosana de alta viscosidade 90% DA, MayPro, Purchase, NY) foi lentamente adicionada à água aquecida. Quitosana, que é o elemento estrutural no exoesqueleto de crustáceos (caranguejo, camarão, etc.) é bioadesiva e se liga prontamente a entidades negativamente carregadas. Ela é um polissacarídeo catiônico linear composto de D-glucosamina 3-(1-4)-ligada aleatoriamente distribuída (unidade desacetilada) e N-acetil-D-glucosamina (unidade acetilada). Quitosana é produzida comercialmente por desacetilação de quitina (que pode ser produzida a partir de quitina também). O grau de desacetilação (% DA) em quitosanas comerciais está na faixa de 60 a 100%. Cento e cinquenta (150) g de ácido acético glacial foram cuidadosamente adicionados (com misturação) à água quente sob uma misturação vigorosa (2.000 RPM) até que a quitosana se dissolveu completamente. A solução de quitosana foi resfriada até temperatura ambiente e o pH foi ajustado para 6,2 com solução de hidróxido de sódio a 50%. A solução de quitosana foi então combinada com a solução de alginato sob misturação vigorosa.
[0071] Em um béquer de vidro de 1 L em uma capela, 20 g de rotenona (grau analítico, Sigma) foram adicionados e dissolvidos em uma quantidade igual de clorofórmio. Opcionalmente, a toxicidade da rotenona pode ser aprimorada mais através da adição de 20 g de piperonil butóxido (PBO, Sigma) com a rotenona. Aproximadamente duzentos (200) g de óleo de rícino (Sigma), 20 g de tensoativo catiônico
26/40 (Emulsificante Catiônico-1, Abitec Corp., Janesville, WI) e aproximadamente 200 g de óleo de oliva (disponível a partir de uma loja local) foram adicionados e misturados para obter uma solução oleosa clara. O béquer contendo a rotenona dissolvida foi colocado em um banho de água a 40° C na capela e sob um fluxo de nitrogênio por aproximadamente duas (2) horas para permitir que o clorofórmio evapore. A rotenona dissolvida foi então lentamente misturada com aproximadamente 1880 g de proteína de soja hidrolisada (SolaeTM, Solae LLC, St. Louis, MO) até que o pó apareceu uniformemente úmido. A proteína de soja revestida com rotenona então é adicionada lentamente na pasta fluida de alginato/quitosana e delicadamente misturada (500 a 1000 RPM) até que uma pasta fluida suave foi obtida. Alternativamente, o pó de proteína de soja pode ser misturado separadamente na pasta fluida de alginato/quitosana seguida por misturação na rotenona solubilizada em óleo.
[0072] Formação de micropartículas: A pasta fluida contendo rotenona foi atomizada (Atomizador a ar % JAU-SS, Spraying Systems Co., Wheaton, IL) sob uma pressão de ar de 25 psi e micropartículas formadas por reticulação em um banho de água contendo cloreto de cálcio a 2%. As micropartículas em uma faixa de tamanho entre 50 mícrons e 150 mícrons foram peneiradas em tela e regularmente espalhadas em uma bandeja em uma capacidade de carregamento de 1000 g/pés quadrados e colocadas em uma prateleira em um secador por congelamento (Modelo 25 SRC, Virtis, Gardiner, NY). A pressão a vácuo foi então aplicada a 100 mTORR e a temperatura da prateleira subiu para +40° C. A secagem foi completada dentro de 24 horas. Alternativamente, as micropartículas úmidas podem ser secas em um secador a vácuo ou secador de leito fluidizado. A composição das micropartículas é fornecida na Tabela 1 abaixo.
27/40
Tabela 1 - Composição de micropartícula de rotenona (g de peso seco/100 g)
Alginato6 g
Quitosana3 g
Lecitina de soja3 g
Tween-803 g
Propymatte-3126 g
Proteína de soja48 g
Óleo de rícino5 g
Óleo de oliva5 g
Emulsificante catiônico0,5 g
Rotenona 99% cristalina0,5 g [0073] A FIGURA 1 representa uma imagem de microscópio das micropartículas mucoadesivas da presente invenção tendo densidade ajustada para aplicações em água doce (imagem superior) ou água salgada (imagem inferior). A rotenona ou micropartículas de rotenona/PBO são úteis, de acordo com regulações locais e federais e exigências de registro, para impedir tanto organismos invasivos aquáticos vertebrados quanto invertebrados.
Exemplo 2 - Produção de micropartículas bioadesivas contendo antimicina A para aplicação em água doce [0074] Em um recipiente de aço inoxidável de 20 L, 10 L de água destilada foram adicionados e aquecidos até 50° C. Quitosana (aproximadamente 300 g, quitosana de alta viscosidade 90% DA, MayPro, Purschase, NY) foi lentamente adicionada à água quente. Trezentos (300) g de ácido acético glacial foram cuidadosamente adicionados (com misturação) à água quente sob uma misturação vigorosa (2.000 RPM) até que a quitosana se dissolveu completamente. A solução de quitosana foi resfriada à temperatura ambiente e o pH ajustado para 6,2 com solução de hidróxido de sódio a 50%. A lecitina de soja líquida
28/40 (aproximadamente 60 g, Archer-Daniels-Midland Co., Decatur, IL) e Tween-80 (aproximadamente 60 g, Sigma) foram adicionados à solução de alginato e a solução continuou a emulsificar por 15 minutos sob misturação vigorosa (2.000 RPM). A cera de polipropileno (aproximadamente 500 g, Propylmatte-31, Micro Powders, Inc., Tarrytown, NY) foi adicionada à solução de alginato, preparada de acordo com o método descrito no Exemplo 1, e a pasta fluida continuou a emulsificar por mais 15 minutos sob misturação vigorosa.
[0075] Em um béquer de vidro de 1 L em uma capela, 10 g de antimicina A (grau analítico, Sigma) foram adicionados e dissolvidos em uma quantidade igual de clorofórmio. Aproximadamente cem (100) g de óleo de rícino (Sigma), 10 g de tensoativo catiônico (Emulsificante Catiônico-1, Abitec Corp., Janesville, WI) e aproximadamente 100 g de óleo de peixe (disponível a partir de uma loja de vitamina local) foram adicionados e misturados para obter uma solução oleosa clara. O béquer contendo a antimicina A dissolvida foi colocada em um banho de água a 40° C na capela e sob um fluxo de nitrogênio por aproximadamente duas (2) horas para permitir que o clorofórmio evapore. A antimicina A dissolvida foi então lentamente misturada com aproximadamente 940 g de proteína de soja hidrolisada (SolaeTM, Solae LLC, St. Louis, MO) até que o pó apareceu uniformemente úmido. A proteína de soja revestida com antimicina A foi então lentamente adicionada na pasta fluida de quitosana e delicadamente misturada (500 a 1000 RPM) até que uma pasta fluida suave foi obtida. Alternativamente, o pó de proteína de soja pode ser misturado separadamente na pasta fluida de quitosana seguido por misturação na antimicina A solubilizada em óleo.
[0076] Formação de micropartículas: A pasta fluida contendo antimicina A foi lentamente derramada em um disco giratório (Southwest Research Institute (SwRI®), San Antonio, Texas) para formar a distri
29/40 buição de tamanho estreita de microgotículas entre 50 microns e 100 microns. Micropartículas de matriz endurecida foram formadas por reticulação dos polímeros de quitosana em um banho de água contendo isopropanol a 10% (70% de pureza) e tripolifosfato a 10%. As micropartículas foram colhidas a partir do banho de reticulação após um período de endurecimento de aproximadamente duas (2) horas e secas em um secador de leito fluidizado (Sistema de Leito de Fluido modelo 0002, Fluid Air, Aurora, IL). A composição das micropartículas é fornecida na Tabela 2. As micropartículas de antimicina A são úteis, de acordo com as regulações locais e federais e exigências de registro, para restaurar o peixe ameaçado/em extinção para seu habitat nativo (morte seletiva) e para tratamento de doença de peixe de viveiro.
Tabela 2 - Composição de micropartícula de antimicina A (g de peso seco/100 g)
Quitosana |
14 g |
Lecitina de soja |
3 g |
Tween-80 |
3 g |
Propylmatte-31 |
25 g |
Proteína de soja |
44 g |
Óleo de rícino |
5 g |
Óleo de peixe |
5 g |
Emulsificante catiônico |
0,5 g |
Antimicina A |
0,5 g |
Exemplo 3 - Produção de micropartículas bioadesivas contendo um antibiótico para tratar peixe de viveiro infectado [0077] Em um recipiente de aço inoxidável de 40 L, 16 L de água destilada foram adicionados. Alginato de sódio (aproximadamente 200 g, Manugel DMB, FMC Biopolymer, Filadélfia, PA) foi lentamente adicionado à água destilada no tanque de aço inoxidável sob uma misturação vigorosa (2.000 RPM, RS-02, Admix, Manchester, NH) até ser
30/40 completamente dissolvido. Lecitina de soja líquida (aproximadamente 120 g, Archer-Daniels-Midland Co., Decatur, IL) e Tween 80 (aproximadamente 120 g, Sigma) foram adicionados à solução de alginato e a solução continuou a emulsificar por 15 minutos sob misturação vigorosa (2.000 RPM). Uma mistura de controle de flutuação de fosfato tricálcio (TCP, grau técnico) e cera de polipropileno (TPP, Propylmatte31, Micro Powders, Inc., Tarrytown, NY) contendo 330 g de TCP e 260 g de TPP foi adicionada à solução de alginato e a pasta fluida continuou a emulsificar por mais 15 minutos sob misturação vigorosa. O pH da pasta fluida foi então ajustado para 6,2 com 1 M de ácido acético glacial.
[0078] Em um pequeno recipiente de aço inoxidável de 10 L separado, 4 L de água destilada foram adicionados e aquecidos a 50° C. Quitosana (aproximadamente 120 g, quitosana de alta viscosidade 90% DA, MayPro, Purchase, NY) foi lentamente adicionada à água quente. Cento e cinquenta (150) g de ácido acético glacial foram cuidadosamente adicionados (com misturação) à água quente contendo quitosana sob misturação vigorosa (2.000 RPM) até que a quitosana se dissolveu completamente. A solução de quitosana foi resfriada até temperatura ambiente e o pH ajustado para 6,2 com solução de hidróxido de sódio a 50%. A solução de quitosana foi então combinada com a pasta fluida de alginato sob misturação vigorosa.
[0079] Em um béquer de vidro de 1 L em uma capela, 40 g de oxitetraciclina (OTC, Sigma) foram adicionados e dissolvidos em uma quantidade igual de 95% de álcool isopropílico. Aproximadamente duzentos (200) g de óleo de rícino (Sigma), 20 g de tensoativo catiônico (Emulsificante Catiônico-1, Abitec Corp., Janesville, WI) e aproximadamente 600 g de óleo de peixe (disponível a partir de uma loja de vitamina local) foram adicionados e misturados para obter uma solução oleosa clara. O OTC dissolvido foi então lentamente misturado com
31/40 aproximadamente 1800 g de proteína de salmão isolada (Marine Byproducts AS, Norway) até que o pó apareceu uniformemente úmido. A proteína de salmão revestida com OTC então foi lentamente adicionada ao alginato e à pasta fluida de quitosana e delicadamente misturada (500 a 1000 RPM) até que a pasta fluida suave foi obtida. Alternativamente, o isolado de proteína de salmão pode ser misturado separadamente no alginato e a pasta fluida de quitosana seguida por misturação no OTC solubilizado em óleo.
[0080] Formação de pélete: A pasta fluida contendo OTC foi dropped e os péletes foram formados por reticulação em um banho de água contendo cloreto de cálcio a 2%. Os péletes foram coletados e secos a 60° C em um forno a vácuo (Shel Lab, Cornelius, OR). A FIGURA 2 representa uma imagem dos péletes bioadesivos da presente invenção tendo densidade ajustada para água salgada. A imagem esquerda mostra péletes secos por congelamento e a imagem à direita mostra péletes reidratados dissipados em água salgada. A composição dos péletes é fornecida na Tabela 3. Os péletes de OTC são úteis para tratar uma ampla faixa de doenças bacterianas em peixes de viveiros.
Tabela 3 - Composição de micropartículas de OTC (g de peso seco/100 g)
Alginato |
6 g |
Quitosana |
3 g |
Lecitina de soja |
3 g |
Tween-80 |
3 g |
Propylmatte-31 |
7 g |
Fosfato tricálcio |
9 g |
Isolado de proteínas de salmão |
47,5 g |
Óleo de rícino |
5 g |
Óleo de oliva |
15 g |
32/40
Emulsificante catiônico 0,5 g
Oxitetraciclina 1 g
Exemplo 4 - Produção de micropartículas bioadesivas contendo uma mistura de biocidas para tratar infraestrutura aquática tal como tubulações, bombas, cabos e outras superfícies submersas.
[0081] Micropartículas bioadesivas pesadas foram produzidas como descrito no Exemplo 2 com a exceção de substituir o PPP por quantidade igual de TCP e o isolado de proteína de soja com quantidade igual de amido resistente não modificado (Hylon V, National Starch and Chemical, Bridgewater, NJ). Uma ampla mistura de biocidas é preparada misturando-se em um béquer de vidro de um (1) L em uma capela, 10 g de rotenona, 10 g de piperonil butóxido (PBO) e 10 g de antimicina A (todos da Sigma) e dissolvendo-os em uma quantidade igual de clorofórmio. Aproximadamente duzentos (200) g de óleo de rícino (Sigma), 20 g de tensoativo catiônico (Emulsificante Catiônico-1, Abitec Corp., Janesville, WI) e aproximadamente 200 g de manteiga de cacau (disponível a partir de uma loja local) são adicionados e misturados em um banho de água a 40° C para obter uma solução oleosa clara. O béquer contendo os biocidas dissolvidos foi mantida em um banho de água a 40° C na capela e sob um fluxo de nitrogênio por aproximadamente duas (2) horas para permitir que o clorofórmio evaporasse. Os biocidas dissolvidos foram então lentamente misturados com aproximadamente 1880 g de amido resistente até que o pó apareceu uniformemente úmido. Os grânulos de amido revestidos com biocidas são então lentamente adicionados à solução de quitosana e delicadamente misturados (500 a 1000 RPM) até que uma pasta fluida suave é obtida. A solução é seca por aspersão usando o secador por aspersão 30” (S/S Mobile Minor, GEA Process Engineering Inc., Columbia, MD). As micropartículas secas, principalmente em uma faixa de tamanho de 5 mícrons a 20 mícrons, foram coletadas e armazenadas para uso
33/40 posterior. As micropartículas pesadas são úteis para tratar superfícies submersas em água tal como tubulações, bombas, cabos e outras estruturas submersas contra organismos invasivos limpa-fundos tal como mexilhões e mariscos.
Exemplo 5 - Produção de micropartículas bioadesivas contendo niclosamida para tratar invertebrados aquáticos invasivos.
[0082] Uma solução de alginato e quitosana de 20 L é preparada como descrito no Exemplo 1, usando uma mistura 1:3 de TCP/PPP que fornece micropartículas de dissipação lenta. Em um béquer de vidro de um (1) L em uma capela, 40 g de niclosamida (Sigma) são adicionados e dissolvidos em uma quantidade igual de acetona. Aproximadamente duzentos (200) g de óleo de rícino (Sigma), 20 g de tensoativo catiônico (Emulsificante catiônico-1, Abitec Corp., Janesville, WI) e aproximadamente 200 g de manteiga de cacau (disponível a partir de uma loja de vitamina local) são adicionados e misturados em um banho de água a 40° C para obter uma solução oleosa clara. A solução oleosa quente é lentamente misturada com aproximadamente 1800 g de amido resistente a 40° C até que o pó apareceu uniformemente úmido e então a mistura é resfriada para temperatura ambiente enquanto a misturação é continuada. O pó é mantido na capela e sob um fluxo de nitrogênio de aproximadamente duas (2) horas para permitir que a acetona evaporasse. A niclosamida dissolvida é então lentamente adicionada à solução de alginato/quitosana e delicadamente misturada (500 a 1000 RPM) até que uma pasta fluida uniforme e suave é obtida.
[0083] Para formar várias gotículas de tamanho mícrons, a pasta fluida é lentamente adicionada a outro recipiente de misturação contendo 50 L de parafina líquida fria ou clorofórmio sob homogeneização vigorosa a 10.000 RPM. A emulsão é mantida fria abaixo de 10° C para minimizar a potencial lixiviação e perda de niclosamida na parafina
34/40 líquida. Dois (2) L de solução fria de cloreto de cálcio a 10% são lentamente adicionados à emulsão sob misturação delicada de aproximadamente 500 a 1000 RPM e as gotículas pré-formadas deixadas reticular e endurecer por aproximadamente 30 minutos. A mistura é então deixada decantar e a parafina é descarregada do recipiente. As micropartículas de niclosamida intactas úmidas principalmente em um tamanho na faixa entre 4 mícrons e 12 mícrons são armazenadas para uso posterior. Alternativamente, a pasta fluida de alginato/quitosana contendo a niclosamida dissolvida em óleo é extrudada em banho de água fria (aproximadamente 10° C) contendo cloreto de cálcio a 2% e strings de gel endurecido reticulados são colhidos e secos em um forno de convecção, forno a vácuo ou secador por congelamento e similares. Os strings secos são então finamente moídos até um tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons. As micropartículas de dissipação lenta são úteis contra a invasão de organismos invertebrados tal como múrice e lampreia do mar.
Exemplo 6 - Ajustamento de densidade das micropartículas para aplicação em massas aquáticas tendo várias salinidades.
[0084] As micropartículas tendo várias densidades e tamanhos foram produzidas de acordo com o Exemplo 1. A taxa de dissipação das partículas como uma função de seu tamanho e densidade da água é apresentada na Figura 3. Micropartículas de baixa densidade (tendo baixa relação TCP/PPP) em um tamanho médio de partícula de aproximadamente 100 mícrons permaneceram na profundidade de um (1) metro superior da massa de água doce por aproximadamente 30 minutos e por aproximadamente uma (1) hora na massa de água salgada. [0085] Exemplo 7 - Ajustamento da taxa de dissipação das micropartículas para aplicação em uma massa aquática desejada.
[0086] As micropartículas tendo várias densidades e faixas de tamanhos foram produzidas de acordo com o Exemplo 1. A taxa de dis
35/40 sipação das partículas como uma função de seu tamanho e densidade em massas de água doce é apresentada na Figura 4. Foi demonstrado que variando a relação TCP/PPP, de acordo com as reivindicações da presente invenção, a presença de micropartículas de 100 mícrons na profundidade de um (1) metro superior de massas de água doce é estendida de aproximadamente 30 minutos para uma (1) hora. A Figura 5 demonstra que a taxa de dissipação das micropartículas em uma dada massa aquática obedece a lei de Stokes, permitindo assim que o modelo de tais micropartículas tendo uma taxa de dissipação desejável seja direcionado a um organismo específico na massa aquática.
[0087] Exemplo 8 - Retenção de atividade biocida dentro da composição durante a exposição em água.
[0088] As micropartículas contendo 10% de peso seco de óleo de oliva foram produzidas de acordo com o Exemplo 1. As micropartículas secas são colocadas em água doce quente (40° C) e a quantidade de óleo lixiviado na água foi medida ao longo do período de tempo de seis (6) horas. Os resultados mostraram que mais de 80% do óleo restou dentro das micropartículas mesmo após 6 horas de exposição em água quente. Este exemplo demostra a capacidade das micropartículas reterem os biocidas geralmente usados, que são principalmente insolúveis em água, e prevenir a exposição a organismos nativos não alvo. Enquanto utilizando outras funcionalidades das micropartículas tal como tamanho, taxa de dissipação e atração nutricional para direcionar seletivamente para somente o organismo indesejado.
[0089] Exemplo 9 - Propriedades bioadesivas da composição.
[0090] As micropartículas bioadesivas excluindo o bioativo e com ou sem quitosana são produzidas como descrito no Exemplo 2. A propriedade bioadesiva das micropartículas é testada aderindo-as com a cultura bacteriana de Lactobacillus rhamnosus sp. Quinhentos (500) mg de micropartículas secas em uma faixa de tamanho entre 100 mí
36/40 crons e 150 microns são colocados em uma pequena peneira de malha de 50 mícrons. As partículas são delicadamente lavadas com 100 ml de tampão PBS estéril seguido por 100 ml de cultura de bactérias vivas contendo 10E8 CFU/ml em tampão PBS. As micropartículas foram então lavadas com 100 ml de tampão PBS estéril e transferidas para um béquer contendo 100 ml de tampão PBS estéril adicionado com Tween-80 a 1%. A solução de micropartícula é homogeneizada a 10.000 RPM usando um homogeneizador de laboratório e foi serialmente diluída antes de ser colocada em placas de ágar LMRS. As unidades formadoras de colônia (CFU) são registradas após 72 h de incubação a 37° C e calculadas por mg de partículas de peso seco. Os resultados são apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 - Propriedades bioadesivas da micropartícula Micropartículas sem quitosana 10E2 CFU/mg de peso seco
Micropartículas com quitosana 10E4 CFU/mg de peso seco [0091] Este exemplo mostra a propriedade bioadesiva de micropartículas devido à incorporação de polímero bioadesivo tal como quitosana dentro da matriz de alginato. Assim, as micropartículas podem ser administradas como um dispositivo bioadesivo que adere ao tecido mucoso do organismo aquático (por exemplo, brânquia, cavidade oral e ao longo do sistema digestivo) para absorção do agente(s) ativo(s) biocida através do tecido mucoso do organismo.
Exemplo 10 - Controlando o supercrescimento de um organismo invasivo tal como a carpa asiática com micropartículas de rotenona/PBO.
[0092] Micropartículas secas contendo uma mistura 1:1 de rotenona e PBO são produzidas de acordo com o Exemplo 1. Uma massa aquática aberta localizada em um rio recreacional e que é superpovoada com carpa asiática é dosada com uma quantidade das partículas secas, de modo a alcançar uma concentração de 50 ppm de biocidas
37/40 ativos na profundidade de um (1) metro superior da massa aquática. A medição de biocida mostra as concentrações de rotenona bem acima de 20 ppm por várias horas, sugerindo que a maior parte das partículas permanece flutuando na massa aquática, o que permite a exposição eficaz do biocida a um grande número de peixes. A mortalidade massiva e peixes doentes são observados no dia após o tratamento. A medição de biocida após 24 horas mostra as concentrações de rotenona abaixo de 2 ppm, indicando que a maior parte das partículas desapareceu da massa aquática de profundidade de 1 metro superior e foram ou consumidas pelos peixes ou dissipadas para o fundo da coluna de água onde a biodegradação natural das partículas pode acontecer. Economias de custo substanciais são alcançadas devido à aplicação mais eficiente e seletiva das micropartículas de biocida.
Exemplo 11 - Tratamento de peixes truta doentes com micropartículas de OTC.
[0093] As espécies locais de truta são repovoadas a 10 kg por m3 de água doce e em temperatura de 10° C. A qualidade da água é mantida trocando-se rapidamente a água do tanque através de sistemas mecânicos e de biofiltração. Os peixes são alimentados 4 vezes ao dia com uma ração total de 1 % de peso corporal em uma ração comercial e 0,5% (peso seco) de micropartículas como descrito no Exemplo 3 por 7 dias. Amostras de sangue foram obtidas para análise de perfil OTC e comparadas com peixes somente alimentados com ração padrão comercial contendo 0,5% OTC. Os resultados mostram que os peixes absorvem mais eficazmente OTC a partir das micropartículas da presente invenção do que a partir de ração contendo OTC.
[0094] Exemplo 12 - Pigmentação de carne de salmão com péletes de astaxantina.
[0095] Os peixes salmão do atlântico são levantados em gaiolas marítimas abertas. Trinta (30) dias antes da recolha, os peixes são a
38/40 limentados 20% de sua diária com um total de ração de 1% de peso corporal em péletes contendo astaxantina como descrito no Exemplo
3. Amostras de sangue e cor da carne são analisadas quanto ao teor de astaxantina e comparadas com a ração comercial padrão fornecida aos peixes contendo astaxantina. Os resultados mostram que os peixes absorvem mais eficazmente a astaxantina a partir dos péletes da presente invenção do que da ração comercial contendo astaxantina.
Referências
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