Origanum vulgare ssp. hirtum: From Plant to 3D-Printed Gummies with Antioxidant and Anti-Inflammatory Properties

Abstract

This study investigates the phytochemical profile, antioxidant and anti-inflammatory properties, and 3D-printing application of Origanum vulgare L. ssp. hirtum extract. The extract revealed a diverse range of phenolic compounds, with rosmarinic acid as the predominant compound (47.76%). The extract showed moderate to high lipoxygenase inhibition (IC50 = 32.0 µg/mL), suggesting its potential as an anti-inflammatory agent. It also exhibited strong antioxidant activity, with hydrogen peroxide scavenging (SC50 = 99.2 µg/mL) and hydroxyl radical scavenging (IC50 = 64.12 µg/mL) capabilities. In cellular studies, high concentrations (50 µg/mL and 100 µg/mL) significantly decreased intracellular ROS production in Caco-2 cells (reductions exceeding 53% and 64%, respectively). Moreover, the extract suppressed NO production in LPS-stimulated J774A.1 macrophages in a concentration-dependent manner. The study also explores the incorporation of the extract into 3D-printed gummies. The gels exhibited a shear-thinning behavior, which was essential for successful extrusion-based 3D printing. The incorporation of Origanum extract significantly influenced the mechanical strength and compaction properties of the 3D-printed gummies before breaking (1.6-fold increase) allowing for a better mouth feeling. PXRD and FTIR analyses confirmed the amorphous nature of the 3D-printed gummies and the interaction between active ingredients and excipients utilized for printing. These findings demonstrated the potential for semisolid extrusion 3D printing at room temperature to transform a culinary herb (Origanum vulgare spp. hirtum) into a healthcare product with antioxidant and anti-inflammatory properties.

Este estudio investiga el perfil fitoquímico, las propiedades antioxidantes y antiinflamatorias, y la aplicación en impresión 3D del extracto de Origanum vulgare L. ssp. hirtum. El extracto reveló una amplia gama de compuestos fenólicos, siendo el ácido rosmarínico el compuesto predominante (47,76 %). El extracto mostró una inhibición moderada a alta de la lipoxigenasa (IC50 = 32,0 µg/mL), lo que sugiere su potencial como agente antiinflamatorio. También exhibió una fuerte actividad antioxidante, con capacidad de eliminación de peróxido de hidrógeno (SC50 = 99,2 µg/mL) y de radicales hidroxilo (IC50 = 64,12 µg/mL). En estudios celulares, las concentraciones altas (50 µg/mL y 100 µg/mL) disminuyeron significativamente la producción intracelular de ROS en las células Caco-2 (reducciones superiores al 53 % y al 64 %, respectivamente). Además, el extracto suprimió la producción de NO en macrófagos J774A.1 estimulados con LPS de forma dependiente de la concentración. El estudio también explora la incorporación del extracto en gominolas impresas en 3D. Los geles mostraron un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento, lo cual fue esencial para el éxito de la impresión 3D basada en extrusión. La incorporación del extracto de Origanum influyó significativamente en la resistencia mecánica y las propiedades de compactación de las gominolas impresas en 3D antes de romperse (aumento de 1,6 veces), lo que permitió una mejor sensación en la boca. Los análisis PXRD y FTIR confirmaron la naturaleza amorfa de las gominolas impresas en 3D y la interacción entre los ingredientes activos y los excipientes utilizados para la impresión. Estos hallazgos demostraron el potencial de la impresión 3D por extrusión semisólida a temperatura ambiente para transformar una hierba culinaria (Origanum vulgare spp. hirtum) en un producto sanitario con propiedades antioxidantes y antiinflamatorias.