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NANOTECNOLOGIA

APLICAÇÃO EM COSMÉTICOS

EDUARDO RICCI JÚNIOR - UFRJ

UFRJ

Faculdade de Farmácia - UFRJ Departamento de Medicamentos

Laboratório de Desenvolvimento Galênico- LADEG

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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

3

NANOTECNOLOGIA

CIÊNCIA DOS MATERIAIS

BIOLOGIA

BIOQUÍMICA

BIOTECNOLOGIA

QUÍMICA

FARMÁCIA

COSMETOLOGIA

DERMATOLOGIA

MEDICINA

BIOFÍSICA

Nanobiotecnologia cresce em diversas áreas

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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

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Pele como alvo dos nanocosmétocos

Estrato córneo

Epiderme

Derme

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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)

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SISTEMAS NANOESTRUTURADOS PARA FORMULAÇÕES COSMÉTICAS

• LIPOSSOMOS

• CICLODEXTRINAS

• NANOPARTÍCULAS E NANOCÁSULAS

• NANOEMULSÕES

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LIPOSSOMOS

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• Vesículas semelhantes a membrana plasmática;

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

• Apresentam 2 cavidades

HIDROFÓBICA

HIDROFÍLICA

LIPOSSOMOS

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Capacidade de encapsulação de ativos cosméticos

LIPOSSOMOS

Hidrofílico

Lipofílico

Anfifílico

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Número de bicamadas

MLV

MLVMLVConcêntricas

UNILAMELARES20-100 nm

UNILAMELARESAtivos hidrofílicos200-1000 nm

MULTILAMELARESAtivos lipofílicos400-3500 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

12

3

LIPOSSOMOS

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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

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• FILME LIPÍDICO

TÉCNICA DE PREPARO

• INJEÇÃO

• EXTRUSÃO: Preparo e Redução de tamanho

LIPOSSOMOS

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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

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Extrusão

Extrusor: preparo e redução do tamanho

LIPOSSOMOS

18

Injeção

Fosfolipídios são misturados em tampão através de um orifício

estreito para formação das vesículas.

LIPOSSOMOS

19

Remoção do ativo não encapsulado

• Cromatografia em coluna

PurificaçãoLIPOSSOMOS

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Microscopia Eletrônica (Caracterização morfológica)

LIPOSSOMOS

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DMAE – LIPOSSOMADO

REDUÇÃO DO MAU CHEIRO E MELHOR PENETRAÇÃO CUTÂNEA

R$ 95,00

FACE UP POWER®

LIPOSSOMOS

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CICLODEXTRINAS

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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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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

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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)

CICLODEXTRINAS

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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);

Grinding (moagem) - (inclusão na ausência de água)

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NANOCOSMÉTICO COM CICLODEXTRINA

RECONSTRUTOR CAPILAR

Ativos: peptídeos e oligoelementos

Complexo oferece:

• Proteção

• Liberação prolongada do ativo para os cabelos

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NANOPARTÍCULAS E NANOCÁPSULAS

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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)exemplos: PLGA, PLA, PCL, Alginato e Quitosana

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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.

NANOPARTÍCULAS

31


32

PENETRAÇÃO NO FOLÍCULO PILOSO MICROSCOPIA DE ELETRÔNICA DE VARREDURA

NANOPARTÍCULAS

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Métodos de preparo


Emulsão e evaporação do solvente (Ultrasonicador)

Nanoprecipitação

Spray dryer com ultrasonicator (produção em maior escala)

34

NANOPARTÍCULAS

Nanopartículas de ácido hialurônico

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NANOEMULSÕES

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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

NANOEMULSÕES

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MET (Nanoemulsão)

AAPS PharmSciTech. 2007; 8(4): Article 104. DOI: 10.1208/pt0804104

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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.

NANOEMULSÕES

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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

Instituto de Macromoléculas – IMA-UFRJ

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3-EFICIENCIA DE ENCAPSULÇÃO DO ATIVO

ESPECTROFOTÔMETRO UV-VIS (LADEG)

CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA (LADEG)

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


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• 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


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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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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

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• 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


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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


MEMBRANA

SOLUÇÃO RECEPTORA




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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 extraçãodos ativos

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Corte histológico de pele suína após permeação


Validação do método de separação Epiderme e Derme – Dep Histologia e Embriologia do ICB - UFRJ

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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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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

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NANOCOSMÉTICOS


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


NÃO RASURADORASURADOCUMULATIVA

Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H.

Formulação considerada não irritante

n= 6 animais

n= 6 animais

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NANOCOSMÉTICOS


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

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NANOCOSMÉTICOS


LIPOSSOMASCapsaicina 0,05% lipossomada

Irritabilidade dérmica - Coelhos

–Leve avermelhadoObservação diária, por 7 dias


NÃO RASURADORASURADOPRIMÁRIA

–Leve avermelhadoObservação diária, por 7 dias com aplicação diária por 5 dias


NÃO RASURADORASURADOCUMULATIVA

Irritabilidade observada lado rasurado que desapareceu após 24 H.

Formulação considerada não irritante

n= 6 animais

n= 6 animais

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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


LIPOSSOMAS

Capsaicina 0,05% lipossomada

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

Manutenção efeito

Ação prolongada (Efeito reservatório no lipossomos )

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NANOCOSMÉTICOS


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

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NANOCOSMÉTICOS


FPS in vitro

15,05 ± 0,5314,80 ± 0,51014,65 ± 0,09FPS

MCO lipossomadoβ-CD/MCOMCO livreλ


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

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NANOCOSMÉTICOS


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.


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NANOCOSMÉTICOS


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)


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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


MEMBRANA SINTÉTICA

SOLUÇÃO RECEPTORA



Temperatura 32oC, Agitação constante, Tempo de liberação 6H, Quantificação HPLC

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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

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NANOCOSMÉTICOS


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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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

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++ + ++ + +++ -++ + 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


CICLODEXTRINAS

Inclusão de Nicotinato de metila em Ciclodextrinas

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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) (scalalaboratorial)

Spray Dryer (Projeto Faperj) (escala piloto)

Projeto de mestrado

NANOCOSMÉTICOS

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NANOCOSMÉTICOS

Equipe LADEG

Prof. Eduardo Ricci Júnior ([email protected])

Profa. Elisabete Pereira dos Santos ([email protected])

OBRIGADO

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