NANOTECNOLOGIA APLICAÇÃO EM COSMÉTICOS

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NANOTECNOLOGIA

APLICAÇÃO EM COSMÉTICOS

EDUARDO RICCI JÚNIOR - UFRJ UFRJ

Faculdade de Farmácia - UFRJ Departamento de Medicamentos

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Pesquisa & Desenvolvimento de materiais e sistemas cujas estruturas exibem propriedades físicas e biológicas modificadas devido à sua escala nanométrica.

Nanobiotecnologia

Propriedade física: não obedece as leis da gravidade Biológica: invisibilidade ao sistema imune

penetração facilitada em tecidos biológicos facilidade de internalização celular

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3 NANOTECNOLOGIA

CIÊNCIA DOS MATERIAIS BIOLOGIA BIOQUÍMICA BIOTECNOLOGIA QUÍMICA FARMÁCIA COSMETOLOGIA DERMATOLOGIA MEDICINA BIOFÍSICA

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4

Nanocosméticos

Formulações cosméticas (géis, cremes, xampus, maquiagem, creme dental) contendo sistemas nanoestruturados (nanopartículas, nanocápsulas, lipossomas, ciclodextrinas) empregados na veiculação de ativos cosméticos para cuidados da pele, cabelos e apêndices cutâneos.

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5

O termo “nano” 10 –9 _{ou nanômetro corresponde à um bilionésimo} de um metro

Nanocosmético: escala micro e nanométrica

Água Glicose Anticorpo Vírus Bactéria Células tumoral Ponto Bola de tênis

Nanômetro

CICLODEXTRINAS LIPOSSOMAS

NANOPARTÍCULAS E NANOCÁPSULAS

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Pele como alvo dos nanocosmétocos

Estrato córneo Epiderme

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7

IMPORTÂNCIA DA UTILIZAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS?

• VEICULAÇÃO DE ATIVOS

- Filtros solares: melhorar a retenção cutânea e resistência a água (proteção) - Vitaminas: melhorar estabilidade e penetração dérmica (anti-radicais livres) - Óleos essenciais: ação prolongada (desodorizantes)

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8

SISTEMAS NANOESTRUTURADOS PARA

FORMULAÇÕES COSMÉTICAS

• LIPOSSOMOS • CICLODEXTRINAS

• NANOPARTÍCULAS E NANOCÁSULAS • NANOEMULSÕES

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9

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10 • Vesículas semelhantes a membrana plasmática;

• Constituídos de uma mono ou bicamada de fosfolipídeos (colesterol, antioxidantes); • Apresentam 2 cavidades

HIDROFÓBICA

HIDROFÍLICA

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Capacidade de encapsulação de ativos cosméticos

LIPOSSOMOS

Hidrofílico

Lipofílico

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Número de bicamadas

MLV MLV MLV_{Concêntricas} UNILAMELARES 20-100 nm UNILAMELARES Ativos hidrofílicos 200-1000 nm MULTILAMELARES Ativos lipofílicos 400-3500 nm

LIPOSSOMOS

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PROMOÇÃO DA PENETRAÇÃO DE ATIVOS 1-Efeito reservatório

2-Fusão dos lipossomos com a matriz lipídica do EC

3-Penetração cutâneas das nanovesícula

1

2

3

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14

Veículo convencional do ativo Lipossomos Maior penetração Elimina irritação Liberação prolongada na epiderme e derme Proteção anti-metabólica do encapsulado Reduz absorção sistêmica Estrato córneo Epiderme Derme Sistema circulatório

LIPOSSOMOS

VANTAGENS

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• FILME LIPÍDICO

TÉCNICA DE PREPARO

• INJEÇÃO

• EXTRUSÃO: Preparo e Redução de tamanho

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16 Mistura de fosfolipídeos com solventes orgânicos.

Secagem para obtenção do filme lipídico. Hidratação para obtenção dos lipossomos

Purificação (remoção do fármaco não encapsulado)

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17

Extrusão

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Injeção

Fosfolipídios são misturados em tampão através de um orifício estreito para formação das vesículas.

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Remoção do ativo não encapsulado • Cromatografia em coluna

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Microscopia Eletrônica (Caracterização morfológica)

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DMAE – LIPOSSOMADO

REDUÇÃO DO MAU CHEIRO E MELHOR PENETRAÇÃO CUTÂNEA

R$ 95,00

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• Complexo de inclusão: ativo-ciclodextrina (aumento da solubilidade)

CICLODEXTRINAS

Ciclodextrina Ativo Complexo Fase interna: hidrofóbica Fase externa: hidrofílica

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24 17,5 17,5 ±±0,40,4 7,5 a 8,3 7,5 a 8,3 23,2 23,2 1297 1297 γ γ 15,4 15,4 ±±0,40,4 6,0 a 6,4 6,0 a 6,4 1,85 1,85 1135 1135 β β 14,6 14,6 ±± 0,40,4 4,7 a 5,2 4,7 a 5,2 14,5 14,5 972 972 α α Diâmetro externo Diâmetro externo ( (ÅÅ)) Diâmetro da Diâmetro da cavidade cavidade ( (ÅÅ)) Solubilidade em

Solubilidade em áágua gua

(g/100 mL) (g/100 mL) Peso Molecular Peso Molecular Ciclodextrina Ciclodextrina

CICLODEXTRINAS

TIPOS E CARACTERÍSTICAS

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VANTAGENS

• Aumento da solubilização do ativo;

• Diminuição de efeitos adversos e irritabilidade; • Proteção contra degradação enzimática;

• Promoção da penetração cutânea (aumento da solubilidade, complexo pode desorganizar lipídeos do EC)

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Métodos de inclusão em ciclodextrinas

Solubilização;

Kneading (empastagem);

Freeze Drying (liofilização) (para complexos muito solúveis); Co-precipitação;

Neutralização (para ativos ácidos e bases);

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NANOCOSMÉTICO COM CICLODEXTRINA

RECONSTRUTOR CAPILAR

Ativos: peptídeos e oligoelementos Complexo oferece:

• Proteção

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28

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ESTRUTURA

NANOPARTÍCULAS

VANTAGENS

– Proteção do ativo contra oxidação, hidrólise, fotólise com melhoria da estabilidade e prazo de validade;

– Possibilidade de melhorar a retenção cutânea e liberação prolongada; – Diminuição da irritabilidade tecidual (liberação lenta).

CONSTITUIÇÃO: polímeros (biocompatíveis e biodegradáveis)

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Mecanismo de promoção da penetração cutânea

• Penetração através de poros, folículo pilosos e glândulas; • Espaços intercelulares ? (tamanho muito reduzido).

Nanopartícula contendo ativo

Mecanismo de liberação do fármaco

• Desorção do ativo da superfície da partícula; • Difusão através de poros e canais;

• Erosão da matriz polimérica; • Hidrólise do polímero.

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32 PENETRAÇÃO NO FOLÍCULO PILOSO

MICROSCOPIA DE ELETRÔNICA DE VARREDURA

NANOPARTÍCULAS

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Métodos de preparo

NANOPARTÍCULAS E NANOCÁPSULAS

Emulsão e evaporação do solvente (Ultrasonicador)

Nanoprecipitação

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NANOPARTÍCULAS

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• Apresentam micelas com tamanho entre 1nm a 1mm; • Aspecto transparente (esteticamente aceitável); • Preparo envolve altas concentrações de tensoativo.

1-Ativo + água 2-Emulsão (turva)

3-Nanoemulsão (transparente)

1 2 3

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MET (Nanoemulsão)

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PREPARO DE NANOEMULSÕES

- COSMOTEC (Fornecedor)

Evonik – emulsionante utilizado no preparo de nanoemulsões com gotículas < 100

nm para incorporação de diversos ativos (vitaminas).

Kemira - Base emulsionante para o preparo de nanoemulsões a frio com

gotículas de 200 nm, incorporação de até 3 vezes seu peso com óleos ou ingredientes lipossolúveis (Vitaminas).

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Mecanismo de promoção da penetração cutânea

Aumento solubilização de ativos,

Micelas nanométricas tem grande área superficial de contato com a pele aumento da biodisponibilidade cutânea do ativo.

Fusão das micelas com os lipídeos do EC favorecendo a penetração e retenção e de ativos.

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Microcristais Vit C – Abrasão Nanoemulsão - Renovação celular

NANOEMULSÕES

Vitactive Nanopeeling ® O boticário

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CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO

DOS NANOCOSMÉTICOS

1-TAMANHO DO SISTEMA NANOESTRUTURADO E CARGA - ESPALHAMENTO DE LUZ (ZETA SIZER®)

DEPMED FF-UFRJ (FAPERJ – Multiusuário)

2-MORFOLOGIA

- MICROSCOPIA ELETRÔNICA (VARREDURA E TRANSMISSÃO) COLABORAÇÃO: Instituto de Microbiologia – UFRJ

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42

3-EFICIENCIA DE ENCAPSULÇÃO DO ATIVO ESPECTROFOTÔMETRO UV-VIS (LADEG)

CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA (LADEG)

FLUORÍMETRO (COLABORAÇÃO – LABCQ, DEPMED, FF-UFRJ)

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO

DOS NANOCOSMÉTICOS

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43 • MEMBRANAS

• CÉLULAS DE DIFUSÃO DE FRANZ

• CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS ADEQUADAS (solução receptor e tempo de coleta)

• METODOLOGIA DE QUANTIFICAÇÃO DAS AMOSTRAS

5-ESTUDOS DO PERFIL DE LIBERAÇÃO IN VITRO, PERMEAÇÃO E RETENÇÃO

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO

DOS NANOCOSMÉTICOS

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MEMBRANAS

Artificial: acetato de celulose (fácil obtenção)

Naturais: pele humana (cadáver ou cirurgia plástica –HUCFF UFRJ) animal ( suína ou camundongo sem pelo )

Pele da orelha de Porco Dissecadas e Limpas Animais novos (6 meses) Colaboração - UFRRJ Porcos sadios - Veterinários Pele do dorso

LIBERAÇÃO IN VITRO, PERMEAÇÃO E RENTEÇÃO

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45 TUBO COLETOR

TUBO REPOSITOR CILIDRO PARA OCLUSÃO COMPARTIMENTO DA AMOSTRA MEMBRANA SOLUÇÃO RECEPTORA BANHO DE AQUECIMENTO (32o_C) HÉLICE COM AGITAÇÃO MAGNPETICA CÉLULA DE DIFUSÃO (VERTICAL) DE FRANZ DISPONÍVEL NO LADEG

• LIBERAÇÃO IN VITRO (membrana sintética)

• PERMEAÇÃO E RETENÇÃO (membrana natural: pele suína)

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS

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46

• SOLUÇÃO ACEPTORA E TEMPO DE COLETA Tampão fosfato pH 7,4,

Temperatura: 32o_C,

Agitação constante,

Tempos (1, 2, 4, 6, 8, 12, 24 H)

• METODOLOGIA DE QUANTIFICAÇÃO DAS AMOSTRAS

• HPLC

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CÉLULA DE DIFUSÃO

ESTUDOS DE LIBERAÇÃO, PERMEAÇÃO E RETENÇÃO IN VITRO

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QUAL A IMPORTÂNCIA ESTUDOS DE LIBERAÇÃO E PERMEAÇÃO ? LIBERAÇÃO: membrana sintética não é barreira a difusão do ativo

PERMEAÇÃO: investigar possível permeação do ativo para solução receptora

TUBO COLETOR

TUBO REPOSITOR CILIDRO PARA OCLUSÃO COMPARTIMENTO DA AMOSTRA MEMBRANA SOLUÇÃO RECEPTORA BANHO DE AQUECIMENTO (32o_C) HÉLICE COM AGITAÇÃO MAGNPETICA

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ESTUDOS DE RETENSÃO IN VITRO

Quantificação do ativo retido nas EPIDERME e DERME após Permeação.

1 2

3 ₄

1Retirada da pele da célula 2 Pele após limpeza da formulação 3 Separação das camadas Epiderme

e Derme com bisturi

4 Recorte da Derme para extração dos ativos

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50

Corte histológico de pele suína após permeação

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51 6-Resistência a água de formulações com filtros solares: colaboração ALERGISA

7-FPS in vitro: LADEG

8-FPS in vivo: colaboração ALERGISA

9-Biometria cutânea: hidratação, pH e oleosidade (LADEG)

10-Irritabilidade e Toxicidade cutânea e ocular: Coelhos - Laboratório de Toxicologia da FF-UFRJ.

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52

NANOCOSMÉTICOS

TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG LIPOSSOMAS

Extrato de Centelha Asiática (0,1%) lipossomado

Queratoplástico e Tratamento da celulite Método: filme lipídico + extrusor

Taxa de encapsulação: 70,84%

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53

NANOCOSMÉTICOS

Extrato de Centelha Asiática lipossomado

Irritabilidade dérmica - Coelhos

– Leve avermelhado

Observação diária por 7 dias

– Leve avermelhado Observação imediata NÃO RASURADO RASURADO PRIMÁRIA – Leve avermelhado

Observação diária por 7 dias com aplicação diária por 5 dias

– Leve avermelhado Observação imediata NÃO RASURADO RASURADO CUMULATIVA

Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H. Formulação considerada não irritante

n= 6 animais

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54

NANOCOSMÉTICOS

Capsaicina 0,05% lipossomada

Rubefaciente e anti-celulite

Objetivo: diminuir irritabilidade e prolongar ação Método: filme lipídico + extrusor

Taxa de encapsulamento: 93%

Tamanho dos lipossomas: 200-400 nm

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55

NANOCOSMÉTICOS

Capsaicina 0,05% lipossomada Irritabilidade dérmica - Coelhos

– Leve avermelhado

Observação diária, por 7 dias

– Leve avermelhado Observação imediata NÃO RASURADO RASURADO PRIMÁRIA – Leve avermelhado

Observação diária, por 7 dias com aplicação diária por 5 dias

– Leve avermelhado Observação imediata NÃO RASURADO RASURADO CUMULATIVA

Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H. Formulação considerada não irritante

n= 6 animais n= 6 animais

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56

49 H 6 H. e 10 min.

Tempo para o fim da Reação Rubefaciente 1,5cm. 1,4 cm. Diâmetro do Halo 6 H 4,5 H

Tempo para iniciar Reação Rubefaciente

GEL DE NATROSOL COM CAPSAICINA LIPOSSOMADA GEL NATROSOL COM

CAPSAICINA LIVRE TESTES

NANOCOSMÉTICOS

Capsaicina 0,05% lipossomada

Teste de Reação Eritematosa para avaliação do Grau de Rubefaciência - Coelhos

Manutenção efeito

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NANOCOSMÉTICOS

TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG

p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em β-ciclodextrina

Melhorar retenção cutâneas e a resistência a água

Método: FILME LIPÍDICO (lipossomo) e KNEADING (ciclodextrina) Encapsulação: 88,9% para lipossomo e 90% para inclusão em ciclodextrina

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58

NANOCOSMÉTICOS

FPS

in vitro

15,05 ± 0,53 14,80 ± 0,510 14,65 ± 0,09 FPS MCO lipossomado β-CD/MCO MCO livre λ

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NANOCOSMÉTICOS

FPS

in vivo

11,0 ± 1,3 8,5 ± 1,5 8,4 ± 1,7 FPS in vivo MCO lipossomado β-CD/MCO MCO Livre Parâmetro

n= 10 voluntários, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme) Vesículas podem ter atuado como filtro físico.

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60

NANOCOSMÉTICOS

FPS

in vivo

após imersão em água – Resistência a água

11,0 ± 1,3 8,5 ± 1,5 8,4 ± 1,7 FPS in vivo 10,3 ± 2,2 6,5 ± 0,9 7,3 ± 1,6

FPS in vivo (resis. água)

MCO lipossomado β-CD/MCO

MCO Livre Parâmetro

Formulações lipossomadas apresentam maior resistência a água

n= 10 voluntários, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)

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NANOCOSMÉTICOS

p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em ß-ciclodextrina Estudo de liberação in vitro

0,689 ± 0,04 0,22 ± 0,03 1,16 ± 0,07 Fluxo (µg/cm2_h) MCO lipossomado β-CD/MCO MCO livre Parâmetro

n= 6 determinações, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)

TUBO COLETOR

TUBO REPOSITOR CILIDRO PARA OCLUSÃO COMPARTIMENTO DA AMOSTRA MEMBRANA SINTÉTICA SOLUÇÃO RECEPTORA BANHO DE AQUECIMENTO (32o_C) HÉLICE COM AGITAÇÃO MAGNPETICA

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NANOCOSMÉTICOS

PERMEAÇÃO E RETENÇÃO

Permeação in vitro: não foi detectado MCO na solução receptora após 6 H de estudo

0 50 100 150 200 250

MCO livre MCO + CD MCO lipossomado

Amostras M C O lib e ra d o (µ g) Epiderme Derme

Retenção: epiderme e derme

Pele suína

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NANOCOSMÉTICOS

TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG CICLODEXTRINAS

Inclusão dos filtros solares Eusolex 2292, 6007 e 6003 em β-ciclodexrtrina pela técnica de Kneading

Drug Development and Industrial Pharmacy 34:536-546, 2008

Irritabilidade dérmica

• Filtros (livres e inclusos) considerados não irritantes, eritema desaparece com o tempo • Filtro incluso eritema desaparece em menor tempo, menos irritante, mais seguro.

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NANOCOSMÉTICOS

Inclusão de Nicotinato de metila em Ciclodextrinas Rubefaciente, Combate a celulite

Objetivos: diminuir irritabilidade, edema e ardência Técnica de inclusão: Tubo selado (mistura e aquecimento) Rendimento de inclusão: 16%

Teste de irritabilidade, edema e ardência (n= 4 voluntários) Diâmetro da área aplicada: 1.5 cm Quantidade aplicada: 10 mg

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65 ++ + ++ + +++ -++ +

Sensação de ardência no local

7’ 36’’ 8’ 43’’ -7’ 30’’ 5’ 47’’ 8’ 18’’ 8’ 00’’ 9’ 00

Tempo de aparecimento de edema no local de aplicação 8’ 00’’ 10’ 20’’ -9’ 2-9’’ -10’ 11’’ 10 ’39’’

Tempo de aparecimento do eritema ultrapassando a área aplicada

3’ 00’’ 4’ 43’’ 3’ 20’’ 3’ 35’’ 3’ 48’’ 3’ 29’’ 3’ 43’’ 3’ 29’’

Tempo de aparecimento de eritema no local de aplicação B A B A B A B A Voluntário 4 Voluntário 3 Voluntário 2 Volumtário 1 Parâmetro A – Creme + ativo-CD

B – Creme + ativo livre

Creme + ativo-CD: mantém efeito rubefaciente com menor sensação de ardência Complexo: mais solúvel em água eliminando o uso de álcool

menos volátil (redução do odor) e menos irritante para o manipulador NANOCOSMÉTICOS

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TRABALHOS FUTUROS

Encapsulação de TINOSORB® M e Vitamina E em nanocápsulas POLÍMEROS: poly-caprolactona e quitosana

MÉTODO: Emulsão e evaporação do solvente (Ultrasonicador) (scala laboratorial)

Spray Dryer (Projeto Faperj) (escala piloto) Projeto de mestrado

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NANOCOSMÉTICOS

Equipe LADEG

Prof. Eduardo Ricci Júnior (ricci@pharma.ufrj.br)

Profa_{. Elisabete Pereira dos Santos (bete@pharma.ufrj.br)}