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1
NANOTECNOLOGIA
APLICAÇÃO EM COSMÉTICOS
EDUARDO RICCI JÚNIOR - UFRJ
UFRJ
Faculdade de Farmácia - UFRJ Departamento de Medicamentos
Laboratório de Desenvolvimento Galênico- LADEG
2
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
3
NANOTECNOLOGIA
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
BIOLOGIA
BIOQUÍMICA
BIOTECNOLOGIA
QUÍMICA
FARMÁCIA
COSMETOLOGIA
DERMATOLOGIA
MEDICINA
BIOFÍSICA
Nanobiotecnologia cresce em diversas áreas
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.
Nanoemulsões ?
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
CICLODEXTRINASLIPOSSOMASNANOPARTÍCULAS E NANOCÁPSULAS
NANOEMULSÕES
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)
- DMAE: otimizar a penetração dérmica e redução do odor (anti-sinais)
8
SISTEMAS NANOESTRUTURADOS PARA FORMULAÇÕES COSMÉTICAS
• LIPOSSOMOS
• CICLODEXTRINAS
• NANOPARTÍCULAS E NANOCÁSULAS
• NANOEMULSÕES
10
• Vesículas semelhantes a membrana plasmática;
• Constituídos de uma mono ou bicamada de fosfolipídeos (colesterol, antioxidantes);
• Apresentam 2 cavidades
HIDROFÓBICA
HIDROFÍLICA
LIPOSSOMOS
12
Número de bicamadas
MLV
MLVMLVConcêntricas
UNILAMELARES20-100 nm
UNILAMELARESAtivos hidrofílicos200-1000 nm
MULTILAMELARESAtivos lipofílicos400-3500 nm
LIPOSSOMOS
13
PROMOÇÃO DA PENETRAÇÃO DE ATIVOS
1-Efeito reservatório
2-Fusão dos lipossomos com a matriz
lipídica do EC
3-Penetração cutâneas das nanovesícula
12
3
LIPOSSOMOS
14
Veículo convencional do ativoLipossomos
Maior penetração
Elimina irritação
Liberação prolongada na
epiderme e derme
Proteção anti-metabólicado encapsulado
Reduz absorção sistêmica
Estrato córneo
Epiderme
Derme
Sistema circulatório
LIPOSSOMOSVANTAGENS
15
• FILME LIPÍDICO
TÉCNICA DE PREPARO
• INJEÇÃO
• EXTRUSÃO: Preparo e Redução de tamanho
LIPOSSOMOS
16
Mistura de fosfolipídeos com solventes orgânicos.
Secagem para obtenção do filme lipídico.
Hidratação para obtenção dos lipossomos
Purificação (remoção do fármaco não encapsulado)
Filme lipídico LIPOSSOMOS
18
Injeção
Fosfolipídios são misturados em tampão através de um orifício
estreito para formação das vesículas.
LIPOSSOMOS
21
DMAE – LIPOSSOMADO
REDUÇÃO DO MAU CHEIRO E MELHOR PENETRAÇÃO CUTÂNEA
R$ 95,00
FACE UP POWER®
LIPOSSOMOS
23
• Complexo de inclusão: ativo-ciclodextrina (aumento da solubilidade)
CICLODEXTRINAS
Ciclodextrina Ativo Complexo
Fase interna: hidrofóbica
Fase externa: hidrofílica
24
17,5 17,5 ±± 0,40,47,5 a 8,37,5 a 8,323,223,212971297γγ
15,4 15,4 ±± 0,40,46,0 a 6,46,0 a 6,41,851,8511351135ββ
14,6 14,6 ±± 0,40,44,7 a 5,24,7 a 5,214,514,5972972αα
Diâmetro externoDiâmetro externo((ÅÅ))
Diâmetro da Diâmetro da cavidadecavidade
((ÅÅ))
Solubilidade em Solubilidade em áágua gua (g/100 mL)(g/100 mL)
Peso MolecularPeso MolecularCiclodextrinaCiclodextrina
CICLODEXTRINAS
TIPOS E CARACTERÍSTICAS
25
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)
CICLODEXTRINAS
26
Métodos de inclusão em ciclodextrinas
Solubilização;
Kneading (empastagem);
Freeze Drying (liofilização) (para complexos muito solúveis);
Co-precipitação;
Neutralização (para ativos ácidos e bases);
Grinding (moagem) - (inclusão na ausência de água)
27
NANOCOSMÉTICO COM CICLODEXTRINA
RECONSTRUTOR CAPILAR
Ativos: peptídeos e oligoelementos
Complexo oferece:
• Proteção
• Liberação prolongada do ativo para os cabelos
29
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)exemplos: PLGA, PLA, PCL, Alginato e Quitosana
30
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.
NANOPARTÍCULAS
33
Métodos de preparo
NANOPARTÍCULAS E NANOCÁPSULAS
Emulsão e evaporação do solvente (Ultrasonicador)
Nanoprecipitação
Spray dryer com ultrasonicator (produção em maior escala)
36
• 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
NANOEMULSÕES
38
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).
39
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.
NANOEMULSÕES
40
Microcristais Vit C – Abrasão
Nanoemulsão - Renovação celular
NANOEMULSÕES
Vitactive Nanopeeling ®
O boticário
41
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
Instituto de Macromoléculas – IMA-UFRJ
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
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
44
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
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
45
TUBO COLETOR
TUBO REPOSITOR
CILIDRO PARA OCLUSÃOCOMPARTIMENTO DA AMOSTRA
MEMBRANA
SOLUÇÃO RECEPTORA
BANHO DE AQUECIMENTO (32oC)
HÉLICE COMAGITAÇÃO 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 NANOCOSMÉTICOSLIBERAÇÃO IN VITRO, PERMEAÇÃO E RENTEÇÃO
46
• SOLUÇÃO ACEPTORA E TEMPO DE COLETA
Tampão fosfato pH 7,4,
Temperatura: 32oC,
Agitação constante,
Tempos (1, 2, 4, 6, 8, 12, 24 H)
• METODOLOGIA DE QUANTIFICAÇÃO DAS AMOSTRAS
• HPLC
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOSLIBERAÇÃO IN VITRO, PERMEAÇÃO E RENTEÇÃO
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CÉLULA DE DIFUSÃO
ESTUDOS DE LIBERAÇÃO, PERMEAÇÃO E RETENÇÃO IN VITRO
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
48
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 OCLUSÃOCOMPARTIMENTO DA AMOSTRA
MEMBRANA
SOLUÇÃO RECEPTORA
BANHO DE AQUECIMENTO (32oC)
HÉLICE COMAGITAÇÃO MAGNPETICA
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
49
ESTUDOS DE RETENSÃO IN VITRO
Quantificação do ativo retido nas EPIDERME e DERME após Permeação.
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
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 extraçãodos ativos
50
Corte histológico de pele suína após permeação
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
Validação do método de separação Epiderme e Derme – Dep Histologia e Embriologia do ICB - UFRJ
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.
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DOS NANOCOSMÉTICOS
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%
Tamanho dos lipossomas: 200-400 nm
53
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
LIPOSSOMAS
Extrato de Centelha Asiática lipossomado
Irritabilidade dérmica - Coelhos
–Leve avermelhadoObservação diária por 7 dias
–Leve avermelhadoObservação imediata
NÃO RASURADORASURADOPRIMÁRIA
–Leve avermelhadoObservação diária por 7 dias com aplicação diária por 5 dias
–Leve avermelhadoObservação imediata
NÃO RASURADORASURADOCUMULATIVA
Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H.
Formulação considerada não irritante
n= 6 animais
n= 6 animais
54
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
LIPOSSOMAS
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
PIMENTA
55
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
LIPOSSOMASCapsaicina 0,05% lipossomada
Irritabilidade dérmica - Coelhos
–Leve avermelhadoObservação diária, por 7 dias
–Leve avermelhadoObservação imediata
NÃO RASURADORASURADOPRIMÁRIA
–Leve avermelhadoObservação diária, por 7 dias com aplicação diária por 5 dias
–Leve avermelhadoObservação imediata
NÃO RASURADORASURADOCUMULATIVA
Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H.
Formulação considerada não irritante
n= 6 animais
n= 6 animais
56
49 H6 H. e 10 min.Tempo para o fim da Reação Rubefaciente
1,5cm.1,4 cm.Diâmetro do Halo
6 H4,5 HTempo para iniciar Reação Rubefaciente
GEL DE NATROSOL COM CAPSAICINA LIPOSSOMADA
GEL NATROSOL COM CAPSAICINA LIVRE
TESTES
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
LIPOSSOMAS
Capsaicina 0,05% lipossomada
Teste de Reação Eritematosa para avaliação do Grau de Rubefaciência - Coelhos
Manutenção efeito
Ação prolongada (Efeito reservatório no lipossomos )
57
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
Tamanho dos lipossomas: 600 nm
58
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
FPS in vitro
15,05 ± 0,5314,80 ± 0,51014,65 ± 0,09FPS
MCO lipossomadoβ-CD/MCOMCO livreλ
p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em β-ciclodextrina
n= 10 determinações, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)
59
NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
FPS in vivo
11,0 ± 1,38,5 ± 1,58,4 ± 1,7FPS in vivo
MCO lipossomadoβ-CD/MCOMCO LivreParâmetro
n= 10 voluntários, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)
Vesículas podem ter atuado como filtro físico.
p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em β-ciclodextrina
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NANOCOSMÉTICOS
TRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
FPS in vivo após imersão em água – Resistência a água
11,0 ± 1,38,5 ± 1,58,4 ± 1,7FPS in vivo10,3 ± 2,26,5 ± 0,97,3 ± 1,6FPS in vivo (resis. água)
MCO lipossomadoβ-CD/MCOMCO LivreParâmetro
Formulações lipossomadas apresentam maior resistência a água
n= 10 voluntários, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)
p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em β-ciclodextrina
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NANOCOSMÉTICOSTRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em ß-ciclodextrina
Estudo de liberação in vitro
0,689 ± 0,040,22 ± 0,031,16 ± 0,07Fluxo (µg/cm2h)
MCO lipossomadoβ-CD/MCOMCO livreParâmetro
n= 6 determinações, média ± desvio padrão, (nanosistemas incorporadas em gel creme)
TUBO COLETOR
TUBO REPOSITOR
CILIDRO PARA OCLUSÃOCOMPARTIMENTO DA AMOSTRA
MEMBRANA SINTÉTICA
SOLUÇÃO RECEPTORA
BANHO DE AQUECIMENTO (32oC)
HÉLICE COMAGITAÇÃO MAGNPETICA
Temperatura 32oC, Agitação constante, Tempo de liberação 6H, Quantificação HPLC
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NANOCOSMÉTICOSTRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
p-metoxicinamato de octila lipossomado e incluso em β-ciclodextrina
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
MC
O li
bera
do ( µ
g)
EpidermeDerme
Retenção: epiderme e derme
Pele suína
Tempo de análise 6H
63
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.
Método segundo FDA – Seres Humanos
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NANOCOSMÉTICOSTRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
CICLODEXTRINAS
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
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’ 29’’-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
BABABABA
Voluntário 4Voluntário 3Voluntário 2Volumtário 1Parâmetro
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
NANOCOSMÉTICOSTRABALHOS DESENVOLVIDOS NO LADEG
CICLODEXTRINAS
Inclusão de Nicotinato de metila em Ciclodextrinas
66
TRABALHOS FUTUROS
Encapsulação de TINOSORB® M e Vitamina E em nanocápsulas
POLÍMEROS: poly-caprolactona e quitosana
MÉTODO: Emulsão e evaporação do solvente (Ultrasonicador) (scalalaboratorial)
Spray Dryer (Projeto Faperj) (escala piloto)
Projeto de mestrado
NANOCOSMÉTICOS
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