Przeczytaj także:

Badania in vitro składników aktywnych kosmetyków, a ich rzeczywiste działanie w żywym organizmie.

Peptydy - rewolucja w składnikach receptur kosmetycznych?

Nanocząsteczki (łac. nanos- karzeł) to struktury, których co najmniej jeden wymiar (długość, szerokość, wysokość) nie przekracza 100 nm. 1nm to 10 ^-9m, czyli miliardowa część metra. Struktury te są 200 razy mniejsze od ludzkich komórek, a ich powierzchnia jest większa od masy.

Taka definicja nanocząstek nie jest jednak dość precyzyjna dla naukowców. Uważa się, że nanocząstki są to wszystkie struktury w skali nano, obejmujące zarówno rozdrobnione materiały nieorganiczne (srebro, złoto, miedź, tlenek cynku, dwutlenek tytanu), pęcherzyki, sfery, a nawet nanoemulsje. Wielkość nanocząstek wynosi od 100 do 1000 nm, jednak dane literaturowe wskazują, iż maksymalna wielkość może wynosić nawet 5000 nm. Wynika to ze zdolności tworzenia aglomeratów, np. tlenku cynku oraz zwiększania swej objętości po dodaniu substancji aktywnej, jak np. w przypadku liposomów, czy nanokapsułek.

Istnieją 2 klasyfikacje nanostruktur: pierwsza dotyczy ich trwałości, druga natomiast składu chemicznego (Rys. 1 i Rys. 2).

rys 1. Klasyfikacja ze względu na trwałość nanocząstek.

rys 2. Klasyfikacja ze względu na skład chemiczny nanocząstek.

Nośniki stosowane w preparatach kosmetycznych definiuje się jako struktury lub systemy stanowiące rezerwuar substancji czynnych i umożliwiające ich kontrolowane uwalnianie w pożądanym miejscu w skórze. Mogą występować w różnej postaci- jako rozproszone w gazie (nanozole), w płynie (koloidy lub nano-hydrozole), osadzone w matrycy (nanokompozyty) lub w substratach (nanomateria). Istotne jest również podłoże, w którym zawieszone są nanocząstki, i tak może to być żel, roztwór, emulsja. Wówczas mówi się o koloidalnych systemach nośnikowych. Oczywistym jest fakt, że kosmetyk jest tym skuteczniejszy, im więcej aktywnego składnika pokona barierę warstwy rogowej i dotrze do skóry właściwej. Do tej pory najskuteczniejszą metodą transportu okazały się być systemy nośnikowe. Najczęściej mają one postać pęcherzyków, a substancja aktywna może być zamknięta w ich wnętrzu, dyspergowana w pęcherzyku bądź zaadsorbowana na jego powierzchni. Dąży się do uzyskania idealnego nośnika o optymalnym obciążeniu substancją aktywną, długim okresie magazynowania i niskiej toksyczności.

Korzyści wynikające z zastosowania nanostruktur w kosmetykach

• Systemy nośnikowe, jako katalizatory transportu przeznaskórkowego, ułatwiają dyfuzję cząsteczek składników aktywnych kosmetyków przez błony komórkowe
• Chronią substancje czynne przed działaniem czynników zewnętrznych, przez co umożliwiają wprowadzenie ich w głąb skóry w postaci niezmienionej
• Są biozgodne, biodegradowalne i kompatybilne ze składnikami błon biologicznych
• Zapewniają kontrolowane uwalnianie substancji aktywnej
• Zwiększają rozpuszczalność substancji trudnorozpuszczalnych
• Zapobiegają interakcjom pomiędzy różnymi związkami w danej formulacji
• Umożliwiają przenoszenie substancji aktywnych w wyższych stężeniach zmniejszając jednocześnie skutki uboczne z tym związane, jak np. podrażnienie

Liposomy- najpowszechniej stosowane w kosmetyce systemy submikronowe

Submikronowe systemy nośnikowe to struktury nie przekraczające 1000 nm. Najpopularniejsze są liposomy, które zostały odkryte w 1961 roku przez angielskiego biofizyka Aleca Bangham’a, natomiast w kosmetykach wykorzystano je dopiero w 1986 roku.

Gwarancja skuteczności wynikająca z budowy liposomów

Liposomy to sferyczne pęcherzyki zbudowane z dwuwarstwy lipidowej stanowiącej ścianę pęcherzyka oraz hydrofilowego rdzenia. W skład hydrofilowej błony liposomu wchodzą fosfolipidy (głównie fosfatydylocholina, czyli lecytyna), ceramidy i cholesterol. Hydrofilowe „głowy” obejmujące glicerol, cholinę i reszty fosforanowe cząsteczek fosfolipidów skierowane są na zewnątrz, a hydrofobowe „ogony”, na które składają się reszty kwasów tłuszczowych, do wnętrza dwuwarstwy (rys.3 i 4). Substancja aktywna transportowana przez liposomy może być rozpuszczona w fazie wodnej lub lipidowej. Otoczki liposomów o charakterze amfifilowym mogą być obojętne, naładowane dodatnio lub ujemnie. Poza rozmiarami w skali nano, ogromną zaletą liposomów jest ich skład, który bardzo przypomina strukturę lipidową skóry. Umożliwia to dostarczanie wyższych stężeń składników aktywnych do skóry, a składniki membrany liposomów, takie jak fosfatydylocholina, cholesterol i ceramid ywpływająna właściwości stratum corneum.

W kosmetyce wykorzystywane są liposomy wielkości 100- 250 nm, ponieważ pęcherzyki o mniejszej średnicy mogą przedostawać się do krwiobiegu.

rys 3. Budowa liposomu.

Pochodnymi liposomów są:

• Niosomy- pęcherzyki, zbudowane z amfifilowych uwodnionych monomerów surfaktantów o zdolnościach samorzutnego gromadzenia się w dwuwarstwy.
• Swingosomy- składają się z dwuwarstwy uformowanej przez cząsteczki sfingozyny.
• Etanolosomy-liposomy,  w których skład wchodzi także etanol.

rys.4 Budowa cząsteczki fosfolipidu.

Najmniejszymi liposomami są nanosomy, które najłatwiej wnikają w głąb skóry. Są to pęcherzyki otoczone jedną lub wieloma warstwami fosfolipidów.

Liposom w miejscu docelowym, czyli w skórze właściwej

Poza korzyściami wynikającymi z pokonywania bariery naskórkowej, jednym z celów stosowania liposomów jest kontrolowanie uwalniania substancji aktywnych, szczególnie takich, które w dużych stężeniach powodują podrażnienie. W przypadku małych, hydrofilnych cząsteczek, takich jak np. kwas glikolowy uzyskanie tego procesu jest utrudnione. W wyniku badań odkryto, że dodanie chitozanu do liposomów powoduje poprawę stabilności i bioadhezyjności pęcherzyków liposomalnych przez co wydłuża czas uwalniania kwasu glikolowego. Poza tym, nie niesie ze sobą ryzyka związanego z jego toksycznością, ponieważ związek tenjest biokompatybilny i biodegradowalny.

Metody zapobiegania autooksydacji liposomów

Liposomy są strukturami nietrwałymi, podatnymi na autooksydację. Częstym zjawiskiem  jest także hydroliza składników błony liposomu. Niestety powstałe produkty są bardzo toksyczne dla komórek. Natomiast następstwem hydrolizy lipidów błony liposomu jest uwolnienie wolnych kwasów tłuszczowych i wytworzenie lizofosfatydylocholiny, co prowadzi do wzrostu przepuszczalności ściany liposomu, zwiększenia płynności dwuwarstwy oraz wyciekania wodnego rdzenia.

Ogromny wpływ na płynność dwuwarstwy pęcherzyków liposomalnych (uporządkowanie budujących ją cząsteczek) ma cholesterol. Pomimo, iż występuje on w niewielkich ilościach niweluje pływ zmiany temperatury na przepuszczalność ściany pęcherzyka iposomalnego. Zapobiega on także agregacji pęcherzyków, a co za tym idzie zwiększaniu się rednicy liposomów w czasie przechowywania.

Innym sposobem zapobiegania autooksydacji jest stabilizowanie liposomów poprzez otaczanie ich biopolimerową błoną. Jest ona kowalencyjnie usieciowana na powierzchni liposomu, pozwalając zachować jego specyficzną strukturę. Polimerem wykazującym zdolność do formowania takiej otoczki jest chitozan. Ponadto, modyfikacja ta wpływa korzystnie na proces kontrolowanego uwalniania substancji aktywnej z pęcherzyka.

Liposomy mogąbyćrównież stabilizowane poprzez dodanie do emulsji substancji żelujących lub włączenie ich do hydrożelu.

W pH powyżej 7 (co może być indukowane poprzez dodanie do formulacji emulgatorów) łatwo zachodzi hydroliza fosfatydylocholiny. W związku z tym, nie zaleca się stosowania emulgatorów w formulacjach liposomalnych. Liposomy są natomiast stabilne w  pH = 5,5-7.

Nanokapsułki – druga obok liposomów forma nanocząstek wykorzystywanych w kosmetyce

Nanokapsułki to koloidalne, pęcherzykowe systemy, w których substancja aktywna znajduje się w rdzeniu otoczonym przez polimerową powłokę lub jest absorbowana na jej powierzchni. Kapsułkowaniu łatwiej ulegają substancje lipofilne, które mogą być zamknięte w liposomie w postaci płynnej lub żelowej. Materiały wybierane do tworzenia nanokapsułek powinny charakteryzować się takimi cechami jak: całkowita biologiczna zgodnośćotoczki i produktów jej rozkładu oraz biodegradowalność substancji tworzących otoczkę, na co ostatnio zwraca sięszczególną uwagę. Najczęściej wykorzystywanym polimerem jest tutaj chitozan, a także cyklodekstryny. Nanokapsułki charakteryzują się kontrolowanym uwalnianiem czynnika aktywnego poprzez powolną enzymatyczną degradację polimeru otoczki. Budowę nanokapsułki przedstawia rys 5.

rys.5  Budowa nanokapsułki.

Polimerosomy, kolasfery i nanosfery, czyli pochodne nanokapsułek

Polimerosomy pod względem budowy przypominają liposomy. W przeciwieństwie do nich przeznaczone są do przenoszenia czynników aktywnych rozpuszczalnych w wodzie.

Kolasfery to  nanocząstki, których otoczka zbudowana jest z substancji fizjologicznie występujących w ludzkiej skórze, takich jak: kolagen i glikozaminoglikany. Są to systemy biodegradowalne, rozkładane w skórze przez kolagenazę, z czym wiąże się przedłużone, równomierne uwalnianie czynnika aktywnego. 

Nanosfery to stałe, koloidalne cząstki typu matrix, w których substancje aktywne są rozpuszczone, zakapsułkowane, chemicznie związane i zaabsorbowane w podstawowej polimerowej macierzy. Ciekawym rodzajem nanosfer są  nanogąbki, czyli porowate, polimeryczne struktury o wielkości 10- 800 nm. Absorbują one aktywne składniki w porach mikrogąbczastych struktur.

Nano- formulacje, czyli nanoemulsje

To, co wyróżnia mikroemulsje spośród pozostałych rodzajów emulsji jest termostabilność. Pomimo, iż wielkości kropel (poniżej 100 nm) są podobne jak w mikroemulsji, to jednak są to dwie różne formulacje. Tylko nanoemulsje są metastabilne, czyli mają niskie napięcie międzyfazowe, co zapewnia dużą stabilność termodynamiczną. Poza tym ten typ formulacji jest trwały w szerokim zakresie temperatur, nawet przy zastosowaniu niejonowych surfaktantów.

Stałe lipidowe nanocząstki (SLN) i nanostrukturalne lipidowe nośniki (NLC)

SLN są to sferyczne cząstki zbudowane z lipidów stałych w temperaturze pokojowej, rozpuszczonych w fazie wodnej z dodatkiem emulgatora. Lipidami tworzącymi SLN  są trójglicerydy (tristearynian, tripalmitynian), niektóre glicerydy np. monostearynian glicerolu, nasycone kwasy tłuszczowe (stearynowy, palmitynowy, steroidy (cholesterol) i woski (palmitynian cetylu).

Natomiast NLC stanowią alternatywę dla  SLN, rozwiązującą problemy z nimi związane. Są złożone z mieszaniny stałych lipidów z olejami. Taki skład niesie ze sobą wiele korzyści, między innymi: obniżenie temperatury topnienia oraz zwiększenie ilości substancji aktywnej rozpuszczonej w mieszaninie lipidowej.

W kosmetyce często wykorzystywane są także nieorganiczne nanocząstki, powstające w wyniku dużego rozdrobnienia nanomateriałów, np. dwutlenek tytanu, tlenek cynku, srebro, miedź, złoto, wapń, hydroksyapatyty.

rys.6 Nanocząstki srebra.

Wielokierunkowe zastosowanie nanocząstek w preparatach kosmetycznych

Nanocząstki najczęściej wykorzystywane są w preparatach nawilżających, ze względu na podobieństwo ich budowy do substancji lipidowych obecnych w naskórku, a tym samym łatwe uwalnianie substancji aktywnej w stratum corneum.

Kolejną grupą preparatów kosmetycznych, w której struktury nano okazały się być rewolucją są kosmetyki anty- aging. Zastosowanie liposomów umożliwiło poprawę stabilności związków aktywnych, np. wrażliwych na światło witamin A i C. Ponadto możliwe jest wykorzystanie większych stężeń substancji, kontrolowane ich uwalnianie w głębszych warstwach skóry oraz zmniejszenie ryzyka działania drażniącego. Poniższa tabela przedstawia różnorodność wykorzystania nanostruktur w preparatach kosmetycznych.

Szacunkowe dane UE z 2006r. określają, że około 5% ogółu produktów kosmetycznych zawiera w sobie nanocząstki, a liczba ta wciąż rośnie.

Red. Monika Krzyżostan

1. Waszkiewicz-Robak B., Świderski F.,Nanotechnologia- korzyści i zagrożenia zdrowotne, Bromat. Chem. Toksykol. XLI, 2008.

2. C.C. Muller-Goymann, „Physicochemical characterization of colloidal drug delivery

system such as reverse micelles, vesicles, liquid crystals and nanoparticles for topical

administration”, Eur. J. Pharm. Biopharm., 2004.

3. M. Sikora, „Nanokosmetyki w natarciu”, Plastics Review 7/2007

4. K. Dong-Goon et al , „Retinol - encapsulated low molecular water-soluble chitosan

nanoparticles”, Int. J. Pharm., 2006.

5. J. Pardeike, A. Hommoss, R. H. Muller, „Lipid naoparticles (SLN, NLC) In cosmetics

and pharmaceutical deramal products” Int. J. Pharm., 2009.

6.http://www.bioteach.ubc.ca/Bio-industry/Inex/