Studio e sperimentazione
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Studio e sperimentazione ■ Luana Perioli - Dip. di Chimica e Tecnologia del Farmaco – Università degli Studi di Perugia ■ Michele Sisani - Prolabin & Tefarm – Spin-Off dell’Università degli Studi di Perugia Veicolazione di acido azelaico con argille anioniche Questa piccola molecola (INCI name: azelaic acid) possiede molteplici attività e viene impiegata con successo in molte formulazioni cosmetiche e dermatologiche contro acne, rosacea, macchie cutanee e caduta dei capelli L’ acido azelaico è un acido dicarbossilico saturo, poco solubile in acqua, presente in natura in vari cereali (frumento, orzo, segale) e nell’olio d’oliva, specie se irrancidito. Può essere normalmente presente anche sulla pelle umana in quanto prodotto da Malassezia furfur, un lievito presente nella flora cutanea della maggior parte di esseri umani adulti. Acne L’acido azelaico è usato per trattare forme lievi o moderate di acne, sia infiammatorio che con presenza di comedoni. È in grado di ridurre la crescita dei batteri nel follicolo (Propionibacterium acnes e Staphylococcus epidermidis), di svolgere attività cheratolitica e comedolitica normalizzando la crescita delle cellule follicolari. Inoltre presenta una buona attività di radical scavenger (anti radicali liberi) che è interessante non tanto per il possibile impiego come anti-aging, ma perché contrasta l’infiammazione che spesso accompagna l’acne [1]. Rosacea Anche in questo caso l’uso di acido azelaico è riservato al trattamento cosmetico di forme lievi. Viene impiegato, generalmente, per via topica sottoforma di gel soprattutto al fine di lenire l’infiammazione. Macchie cutanee Sicuramente l’attività “antimacchia” dell’acido azelaico è quella più conosciuta e sfruttata per mettere a punto numerosi prodotti topici 28 Kosmetica • febbraio 2013 Malassezia furfur. da utilizziare nel trattamento del melasma o di lentiggini per esempio lasciate da stati acneici [1]. Il melasma o “pelle macchiata” è la più frequente condizione d’ipermelanosi acquisita della cute e colpisce soprattutto il sesso femminile. Le sue cause possono essere molteplici e tra queste le più frequenti sono gravidanza (maggior produzione di Melanocyte Stimulating Hormone), disturbi ormonali, uso di farmaci (contraccettivi orali, diuretici, antipertensivi), che possono essere causa di fototossicità o fotosensibilizzazione allergica, consumo di particolari alimenti, soprattutto di origine vegetale, radiazioni solari o semplice invecchiamento della pelle. Il principale trattamento del melasma è rappresentato dal peeling chimico, che risulta tanto più efficace quanto più superficiale e recente è la macchia cutanea. Generalmente si usa un cocktail di ingredienti attivi con attività idratante (alfa e beta idrossiacidi), esfoliante (acido glicolico, acido salicilico ecc.) e con effetto schiarente (acido azelaico, arbutina, acido cogico, estratti di liquirizia ecc.) in modo da interagire con la produzione di melanina. L’acido azelaico riveste un ruolo di primo piano tra i depigmentanti [2]. Esercita un’azione inibitoria nei confronti della tirosinasi, enzima chiave per la sintesi di melanina, e grazie a questa sua azione specifica risulta efficace, soprattutto a livello dei melanociti iperattivi (atipici), risparmiando quelli normali [1]. ormoni androgeni, soprattutto in individui geneticamente predisposti. In questa condizione la concentrazione dell’enzima 5-alfa reduttasi, che converte il testosterone in diidrotestosterone, a livello del follicolo gioca un ruolo fondamentale ed è ritenuta la principale responsabile dell’insorgenza della calvizie. Gli studi condotti da Stamatiadis et al. [3] hanno dimostrato che l’acido azelaico possiede un’elevata attività inibitoria nei confronti dell’enzima 5-alfa-reduttasi. In particolare, a livello del bulbo pilifero, è stato osservato che il metabolismo del testosterone risulta modificato e l’ormone non alimenta la sintesi di diidrotestosterone, ma si ossida ad androstenedione ed estrone con conseguente effetto stimolante sulla crescita del capello. Quest’attività sembra essere potenziata dall’associazione di acido azelaico con piridossina, zinco e vitamina B6. Inoltre, le contemporanee attività di antibatterico, antinfiammatorio, coadiuvante nei disordini della cheratinizzazione e antiradicali liberi lo rendono un buon principio attivo da inserire in trattamenti volti a combattere la calvizie. Applicazione cosmetica: acido azelaico e problematiche formulative Figura 1 Ci sono in commercio varie formulazioni per l’applicazione topica di acido azelaico che talvolta produce effetti indesiderati, come Perdita dei capelli L’alopecia androgenetica, la più comune causa della “perdita” di capelli sia nell’uomo sia nella donna, è legata all’azione degli Kosmetica • febbraio 2013 Figura 2 29 Studio e sperimentazione Figura 3 per esempio irritazione cutanea, che si manifesta con formicolio o pizzicore, rossore, secchezza e peeling cutaneo. Soprattutto quando si utilizzano lozioni a base di acido azelaico è generalmente raccomandato di non esporre la parte trattata (es. cuoio capelluto) al sole per evitare fotosensibilizzazione cutanea. Questi problemi sono ovviamente dipendenti dalle caratteristiche dell’attivo ma anche dal fatto che tutte le formulazioni disponibili sono preparazioni tradizionali che, una volta applicate sulla zona interessata, non sono in grado di modulare il rilascio dell’attivo ma lo rendono disponibile, tutto e subito, a venire in contatto con la pelle. Altro problema, che si presenta in fase di applicazione, è rappresentato dai pro- Propionibacterium acnes. 30 blemi di solubilità dell’acido azelaico che è poco solubile in acqua e quindi difficile da disciogliere o disperdere finemente in formulazioni idrofile. Quando viene disperso, anche in formulazioni che presentano una fase lipofila, si presenta comunque in forma di aggregati abbastanza grandi che, applicati sulla pelle, risultano poco disponibili a interagire con le strutture biologiche (bassa biodisponibilità locale). Impiego di argille anioniche (idrotalciti) Il presente studio vuole risolvere queste problematiche e propone l’impiego di idrotalcite (HTlc), matrice inorganica lamellare appartenente alla famiglia delle argille anioniche e ampiamente studiata e utilizzata sia per formulazioni farmaceutiche che cosmetiche [4,5]. A questo scopo e per la sinergia che può esistere tra acido azelaico e zinco, è stata scelta un’idrotalcite a base di idrossidi di zinco e alluminio in forma nitrato (ZnAl-HTlc-NO3) avente la seguente formula Zn4Al2(OH)12(C9H15O4)2 ×3H2O. Questa si presenta come una polvere microcristallina bianca di aspetto e consistenza simile al talco e con struttura lamellare organizzata a strati. Ogni singola lamella che compone il cristallo è costituita dal concatenarsi di idrossidi di metalli bivalenti (zinco) e trivalenti (alluminio). La presenza di metalli trivalenti (alluminio) conferisce agli strati un eccesso di carica positiva, che costituisce la driving force per attirare degli anioni nella regione interlamellare. L’impilamento e la stabilizzazione degli strati permettono la costruzione di una struttura multi lamellare altamente organizzata. Lo ione nitrato (in questo caso) che si trova tra le lamelle è facilmente rimovibile e, a seguito di scambio ionico (fig. 2) con altri anioni anche di natura e dimensioni diverse, permette l’inserimento di ingredienti attivi tra le lamelle [4,6], come l’acido azelaico. All’analisi di diffrattometria di raggi X da polveri (XRPD) questa HTlc in forma nitrato mostra delle “gallerie” che hanno un’altezza di circa 8.9 Å. Quando avviene lo scambio tra lo ione nitrato e l’acido azelaico (azelato in forma ionica), che ha dimensioni maggiori del nitrato, l’altezza della galleria aumenta passando a 17.3 Å (figg.2 e 3). A seguito del contatto tra l’idrotalcite in questione e acido azelaico disciolto in soluzione acquosa (azelato), si ha uno scambio ionico che porta all’intercalazione dell’azelato tra le lamelle. Si forma, quindi, il Staphylococcus epidermidis. Kosmetica • febbraio 2013 composto ZnAl-HTlc-azelato che è un ibrido (inorgano-organico) in cui la fase esterna, o host, è rappresentata dall’idrotalcite inorganica e la fase interna, o guest, dall’acido azelaico in forma molecolare. Dall’analisi termo gravimetrica (TGA/DTA) è stato possibile calcolare la quantità di attivo intercalata tra le lamelle e il carico di azelaico è risultato essere del 38% in peso, carico molto elevato se comparato ad altri sistemi di veicolazione di ingredienti attivi. Rilascio di acido azelaico dall’idrotalcite Lo scambio ionico, responsabile dell’intercalazione dell’attivo nella matrice lamellare, è anche alla base del meccanismo del suo rilascio. Quando il complesso host-guest si trova in contatto con anioni, che presentano affinità per gli strati dell’idrotalcite, inizia un nuovo scambio grazie al quale il nuovo anione che entra gioco andrà a sostituirsi a quello presente tra le lamelle “spiazzandolo” e, quindi, provocandone la fuoriuscita. Quando una formulazione viene applicata sulla pelle, il rilascio viene attivato dall’esposizione all’aria (anidride carbonica e umidità/carbonato) e dagli ioni presenti sullo stato epidermico come carbonati, bicarbonati, cloruri, acidi organici e costituenti vari del film idrolipidico. Per eseguire correttamente dei saggi di rilascio è stato necessario mettere a punto un esperimento in vitro stabilendo con attenzione le modalità di esecuzione ponendo attenzione a: geometria del sistema di rilascio, fluidi accettori, condizioni sink, metodo analitico per la valutazione quantitativa del farmaco rilasciato, durata del test e tempi a cui effettuare prelievi dei campioni. Per quanto riguarda la scelta del fluido accettore, sono stati scelti una soluzione di K2CO3 0.025 N (7), per mimare l’effetto dell’anidride carbonica quando la formulazione è esposta all’aria, e un tampone fosfato a pH 5.5 (FU XI), per mimare il pH della pelle. La valutazione del rilascio dell’attivo è stata effettuata con la spettroscopia XRPD su campioni prelevati a intervalli regolari e prestabiliti. Nel primo test di rilascio, effettuato in soluzione di carbonato di potassio, i campioni sono stati monitorati analizzando il riflesso realtivo all’azelato (fig. 4A) e quello del carbonato (fig. 4B). Durante il contatto del prodotto di intercalazione con la soluzione di carbonato avviene lo scambio azelato/car- Kosmetica • febbraio 2013 Figura 4 bonato, ovvero gli ioni carbonato entrano tra le lamelle e contemporaneamente una certa quantità di ioni di azelato esce in modo da mantenere l’elettroneutralità sia del solido che della soluzione. Il fenomeno è ben evidenziabile dall’analisi contemporanea delle due figure 4A e 4B che mostrano come al decrescere del riflesso dell’azelato corrisponda il crescere del riflesso del carbonato. È anche evidente che il riflesso dell’azelato, ancora netto dopo un’ora, diminuisce pro- porzionalmente al tempo di contatto fino a scomparire dopo 8 ore. A questo tempo, viceversa, corrisponde il massimo del segnale del carbonato. In modo analogo è stato condotto il test di rilascio in tampone fosfato a pH 5.5, tampone che oltre a contenere ioni fosfato contiene anche una parte di ioni carbonato in quanto è stato preparato con acqua non distillata. In figura 5, quindi, sono mostrati i riflessi relativi all’azelato (A), al fosfato (B) 31 Studio e sperimentazione e al carbonato (C). Anche in questo caso il test è stato condotto per otto ore durante le quali è stato possibile evidenziare il rilascio dell’azelato tramite scambio ionico. L’analisi comparata delle tre figure permette di osservare il graduale rilascio dell’attivo (5A) durante tutto il periodo, a cui contribuiscono sia il fosfato (5B) che il carbonato (5C) i cui riflessi aumentano progressivamente. Questo dimostra chiaramente che l’idrotalcite scelta è idonea a “contenere” l’acido azelaico e rilasciarlo gradatamente nel tempo. Vantaggi derivanti dall’impiego di idrotalciti Figura 5 32 Dal punto di vista chimico fisico, il guest (acido azelaico) è omogeneamente disperso nell’host idrotalcite ed entrambi mantengono le loro identità chimiche, le molecole di guest si dispongono in modo ordinato all’interno dell’host formando uno strato “quasi liquido” ovvero uno stato non aggregato che assomiglia a quello liquido, anche a causa della relativa mobilità all’interno della regione interstrato. Nel momento del rilascio ciò consente la liberazione dell’attivo in forma molecolare migliorando sicuramente le caratteristiche di solubilizzazione, dispersione ed emulsionamento e quindi la biodisponibilità locale. La differenza tra una formulazione contenente l’ingrediente attivo da solo e una contenente l’attivo intercalato in idrotalcite consiste nel fatto che nel secondo caso è assente la forma cristallina insolubile e che l’attivo, via via liberato dalla matrice inorganica, viene rilasciato in forma molecolare, forma che lo rende facilmente e omogeneamente dispersibile sulla pelle e capace di penetrare tra i corneociti. L’argilla ZnAl-HTlc non ha solo una funzione di “contenitore” che stabilizza e controlla il rilascio dell’attivo ma svolge anche numerose altre funzioni sia nei confronti della zona di applicazione (pelle) che nei confronti della formulazione di cui entra a far parte e quindi della compliance dell’utente. Nei confronti della pelle svolge azione eudermica, protettiva, lenitiva, riparatrice, adsorbente e antilucido ed è quindi indicata per formulazioni destinate anche a pelli sensibili, impure, grasse e demineralizzate. Tutte queste attività, largamente descritte in pubblicazioni scientifiche, rendono quindi ZnAlHTlc interessante anche sotto il profilo funzionale in quanto queste attività possono essere coadiuvanti dell’attivo come, nel caso specifico dell’acido aze- Kosmetica • febbraio 2013 laico. Oltre alla sinergia di azione host-guest nei confronti del trattamento cosmetico per cui la formulazione sarà indicata, è possibile inoltre individuare un altro effetto positivo esplicato dall’host nei confronti della pelle e quindi della compliance dell’utente. Spesso molti ingredienti attivi, tra cui acido azelaico, sono irritanti sulla pelle (bruciore). Nel caso dell’impiego del prodotto idrotalcite/acido azelaico questo effetto sgradevole sarà evitato o comunque fortemente ridotto grazie a un duplice meccanismo: l’inclusione dell’attivo nell’host evita il contatto diretto della pelle con la quantità totale di acido azelaico presente nella formulazione (sarà ceduto gradualmente), l’host ha un’azione lenitiva. Inoltre, la presenza d’idrotalcite nella formulazione cosmetica risulta essere un valore aggiunto sia in formulazioni sottoforma di polveri (ombretti, ciprie, fard, polveri aspersorie) che liquide o semisolide (creme, geli, emulgel, paste ecc). Nel caso di polveri il suo contatto diretto con la pelle consente di esplicare le attività precedentemente elencate (eudermica, protettiva, lenitiva, adsorbente e antilucido) e le sue dimensioni micrometriche rendono sicura l’applicazione in quanto le particelle non saranno in grado di penetrare nelle cellule. Nel caso di formulazioni liquide o semisolide i vantaggi legati alla presenza dell’host lamellare, noto agente reologico (8, 9) in grado di controllare la viscosità, sono riscontrabili sia in termini di usability che di conservazione del prodotto finito. Queste matrici host, infatti, influiscono sulle proprietà reologiche del prodotto migliorandone le performances (estrudibilità, scorrevolezza e spalmabilità). Grazie alla sua presenza nella formulazione anche veicoli rigidi dal punto di vista strut- turale (microstruttura), poco scorrevoli e con un comportamento plastico assumono un comportamento pseudoplastico tissotropico. Ciò significa che le formulazioni non presentano un limite di scorrimento (al di sotto del quale non scorrono), risultando maneggevoli e gradevoli per l’utilizzatore. Inoltre, si mostrano abbastanza viscose in condizioni di riposo, proprietà desiderabile in fase di conservazione al fine di evitare fenomeni di separazione di fase o di sedimentazione, e diminuiscono la loro viscosità a seguito di sollecitazioni, caratteristica desiderabile in fase di estrusione/prelevamento e applicazione. Conclusioni La formulazione di prodotti cosmetici e dermatologici a base di acido azelaico è stata accuratamente studiata, al fine di ottenere delle formulazioni efficaci e sicure nell’impiego. Sono state proposte e realizzate numerose strategie formulative che prevedono il suo inserimento (incapsulazione) in strutture supramolecolari (vescicolari e particellari) come liposomi, niosomi, etosomi, nanosomi, microcapsule, microsfere, nanoparticelle, ciclodestrine, SLN ecc., ma l’approccio idrotalcite/azelaico sembra essere molto vantaggioso rispetto agli altri in quanto è: meno costoso (cheap); presenta un’elevata percentuale di carico di ingrediente attivo (high loading); è realizzato con metodi che non prevedono l’uso di reagenti organici inquinanti e/o tossici (ecofriend); la produzione è scalabile; l’host modula il rilascio dell’attivo permettendo un rilascio protratto (long lasting); il rilascio non immediato e l’attività lenitiva dell’host mitigano/ eliminano gli effetti sgradevoli (bruciore, pizzicore) dell’attivo; host e guest hanno attività sinergica; l’host non apporta materiale indesiderato per la pelle, anzi svolge funzioni positive; l’host migliora la scorrevolezza, la compattabilità e la stabilità delle formulazioni finali (polveri o compatti); l’host migliora la stabilità e l’usability delle formulazioni finali (semisolide). © RIPRODUZIONE RISERVATA Bibliografia [1] Yu RJ, Van Scott EJ. 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