Wskaż Lidera Polskiej Chemii













Logo Chemical Online

Nanokosmetyki w natarciu

21.09.2007 12:14:47

Nanotechnologia – kojarzona jest obecnie z techniką miniaturyzacji zajmującą się wytwarzaniem określonych struktur lub elementów posiadających przynajmniej jeden wymiar – rzędu nanometrów (1 nm = 10-9 m). Jej początki sięgają lat pięćdziesiątych, kiedy to amerykański fizyk Richard Feynman, przedstawił wizję fabryk, w których do realizacji złożonych procesów technologicznych miały być stosowane nanomaszyny. Stąd też bywa ona określana mianem produkcji molekularnej (molecular manufacturing ang.).

Nanotechnologia spowodowała swoistą rewolucję w wielu dziedzinach, między innymi: chemii, fizyce, biologii, medycynie, przemyśle spożywczym czy też włókienniczym. Powoli staje się ona symbolem nowych czasów. Nie dziwi zatem fakt, iż coraz częściej wykorzystywana jest także w kosmetyce. Na półkach drogerii pojawiają się preparaty kosmetyczne oferowane zarówno w postaci nanoemulsji jak też zawierające pośród składników surowce o rozmiarach rzędu nanometrów.

Nanoemulsje
Nanoemulsje, można zdefiniować jako przezroczyste, jednorodne wizualnie, układy wodno–olejowe recepturowane na bazie odpowiednio dobranych związków powierzchniowo-czynnych, często opartych na produktach naturalnych. Od tradycyjnych emulsji odróżnia je stopień rozdrobnienia fazy wewnętrznej, który jest w stosunku do nich co najmniej o jeden rząd wielkości mniejszy. Rozdrobnienie układu zdyspergowanego w nanoemulsjach odpowiada wielkości drobin układów koloidalnych. Średnica cząsteczek fazy wewnętrznej, która nie przekracza 100 nm powoduje, że przechodzące przez układ światło przenika nie ulegając zjawisku dyfrakcji. W przypadku niektórych emulsji tego segmentu można zaobserwować efekt Tyndalla.
W porównaniu z klasycznymi emulsjami ich nano-odpowiedniki posiadają liczne zalety, do których należy między innymi prostota procesu ich wytwarzania. Produkowane są one poprzez wymieszanie w odpowiedniej temperaturze, często jest to temperatura pokojowa, przygotowanych faz. Proces ten wymaga na ogół znacznie mniejszych ilości energii niż w przypadku tradycyjnych układów. W większości przypadków nie ma problemu z powiększaniem jego skali. W związku z niskim napięciem międzyfazowym, systemy te, w odróżnieniu od normalnych emulsji, są stabilne termodynamicznie. Wykazują one trwałość w szerokim zakresie temperatur, nawet w przypadku zastosowania niejonowych środków powierzchniowo czynnych. Zjawiska destabilizacji układu, takie jak sedymentacja czy śmietanowanie praktycznie nie dotyczą tego typu wyrobów. Do nanoemulsji można stosunkowo łatwo wprowadzać substancje biologicznie aktywne. Układy te charakteryzuje idealna homogeniczność produktu końcowego, wyższa zdolność solubilizacji oraz zwiększenie efektywności działania znajdujących się w nich aktywnych składników kosmetycznych. Do ważnych ich cech charakterystycznych należą także: ładny wygląd produktu, jego przezroczystość, duża płynność, mała lepkość. Wszystkie opisane właściwości powodują, że układy te mogą stanowić bardzo dobrą formułę bazową dla wielu zastosowań kosmetycznych.

Tradycyjne surowce w nano wymiarach
Oprócz nanoemulsji coraz częściej w recepturach preparatów kosmetycznych pojawiają się także nanosurowce. Do sztandarowych ich przedstawicieli należą tlenki tytanu i cynku, powszechnie stosowane, między innymi jako filtry promieniochronne. Jakość kosmetyczna jak i działanie promieniochronne tych układów uwarunkowane są w dużej mierze stopniem ich rozdrobnienia.
Duże cząstki tlenków wprowadzane do receptur preparatów kosmetycznych, mogą powodować bielenie powierzchni, na których są stosowane, co znacznie ogranicza możliwości ich wykorzystania przez producentów kosmetyków, jak i potencjalnych użytkowników. Im większe ich cząstki w preparacie promieniochronnym aplikowanym na skórę, tym łatwiej ulegają one ścieraniu, a w konsekwencji maleje ochrona przed szkodliwym działaniem promieni UV. W obecnej chwili oferowane są związki o wielkościach cząsteczek rzędu 20 nm, czyli 500 razy mniejszych od średnicy ludzkiego włosa. Zmniejszenie rozmiarów surowca pozwala na lepsze jego wykorzystanie jako czynnika ochronnego, może jednak przyczynić się do wzrostu głębokości jego penetracji. Prowadzone badania wykazują, że przy regularnym, codziennym stosowaniu kremów zawierających w układzie recepturalnym tak rozdrobniony ditlenek tytanu zostaje on trwale zabsorbowany przez skórę. Jest to niewskazane, ponieważ cząsteczki tego surowca mogą generować pod wpływem promieniowania słonecznego niebezpieczne dla naszego organizmu wolne rodniki.
Coraz chętniej w kosmetyce wykorzystywane są także nanocząstki srebra i miedzi które charakteryzują się silnymi właściwościami mikrobójczymi. Ze względu na to działanie mogą one zastąpić powszechnie stosowane dotychczas w preparatach kosmetycznych syntetyczne środki konserwujące. Ich właściwości mikrobójcze można wykorzystać także w mydłach i pastach do zębów. W przypadku produktów przeznaczonych do higieny jamy ustnej – zapobiegają one stanom zapalnym dziąseł.
W literaturze można znaleźć informacje na temat wykorzystania nanokryształów hydroksfosforanu wapnia, ważnego składnika szkliwa zębów, w pastach do zębów. Zastosowanie ich pozwala tworzyć na powierzchni stosowanych układów ochronną warstwę, a w przypadku niewielkich ubytków – nawet je wypełniać.

Nanokapsułki
Oprócz nanosurowców w preparatach kosmetycznych coraz częściej można spotkać także nanokapsułki, określane mianem nanonośników lub promotorów przenikania substancji aktywnych. Zamknięte w nich surowce mogą być dostarczane w konkretne miejsca i tam stopniowo uwalniane. Jest to o tyle istotne, iż o właściwościach kosmetyku często decyduje nie tylko zawartość związków biologicznie aktywnych, ale także możliwość ich efektywnego wykorzystania, która w dużej mierze uwarunkowana jest ich zdolnością penetracyjną w głąb skóry. Kiedy duża część zawartych w preparacie składników biologicznie czynnych pozostaje na jej powierzchni, ich stężenie w głębszych warstwach skóry jest zbyt małe aby można było osiągnąć jakiekolwiek efekty kosmetyczne. Tylko nieliczne związki aktywne charakteryzują się bowiem efektywnym działaniem na powierzchni skóry. Należą do nich między innymi filtry promieniochronne. Z tego też powodu, nieustannie poszukuje się nowych systemów nośnych, których zadaniem jest pokonanie bariery warstwy lipidowej naskórka i umieszczenie przenoszonych substancji aktywnych w miejscu, gdzie mogą być one w kontrolowany sposób uwalniane. Dla osiągnięcia zamierzonego efektu kosmetycznego niezbędne jest nie tylko dotarcie substancji biologicznie aktywnej do jej określonej warstwy ale także pozostanie jej tam przez określony czas.
Podstawowa rola w tworzeniu nośników związana jest z zamknięciem aktywnych składników kosmetycznych w otoczkę naturalnych, biodostępnych, biodegradowalnych materiałów. Działanie to ma na celu nie tylko bardziej efektywne, ale także rozłożone w czasie ich wykorzystanie (przestrzenna i czasowa dystrybucja) w tkankach skóry. Tego typu kapsułki stosuje się także w celu ochrony zamykanych substancji między innymi przed szkodliwymi działaniem czynników zewnętrznych (np. tlen, wilgoć) czy też innymi składnikami receptury.
Pierwszymi stosowanymi w kosmetyce nanonośnikami były liposomy. Układy te, to drobne ciała tłuszczowe. Stąd zresztą wywodzi się ich nazwa. W języku greckim lipos oznacza bowiem tłuszcz, soma – ciało. Po raz pierwszy zostały one odkryte w 1961 roku przez znanego fizyka Aleca Banghama, który podczas prowadzonych badań odkrył, iż niektóre substancje tłuszczowe w kontakcie z wodą tworzą spontanicznie pęcherzyki zawierające we wnętrzu niewielką ilość roztworu w którym powstały. Liposomy obserwowane w mikroskopie elektronowym są małymi kulkami o powłokach podobnych w budowie i funkcji do membran komórek żywego ciała. Układy te charakteryzuje zdolność przenikania pomiędzy keratynocytami naskórka. Praktycznie zainteresowanie tymi systemami datuje się od momentu ich odkrycia. Jednak pomimo ogólnego entuzjazmu i rozlicznie prowadzonych badań liposomy przez długi okres czasu nie były produkowane na skalę przemysłową. Pierwsze preparaty farmaceutyczne i kosmetyczne zawierające je w swoim składzie pojawiły się dopiero pod koniec 1985 roku.
Zdolność do tworzenia populacji pęcherzyków posiadają związki amfifilowe, tj. takie, które zawierają w cząsteczce zarówno część polarną określaną mianem głowy, jak i fragment niepolarny nazywany ogonem (amphon – obydwa).
Do grupy tej zaliczamy takie surowce jak fosfolipidy, sfingolipidy czy też niektóre niejonowe związki powierzchniowo czynne (ZPC) i właśnie one najczęściej są wykorzystywane do otrzymywania struktur liposomalnych. Zewnętrzną ściankę tych układów stanowią membrany zbudowane z podwójnej warstwy lipidów (ang. bilayer).

Liposomy charakteryzują się wysoką zdolnością pokonywania bariery, jaką dla wielu substancji zawartych w kremie stanowi naskórek. Z tego też powodu znalazły one zastosowanie do transportu, różnorodnych związków biologicznie aktywnych, poprzez przestrzenie międzykomórkowe w głębsze jego warstwy. W efekcie tego substancje, które są za ich pomocą przenoszone wykazują znacznie silniejsze działanie kosmetyczne, niż gdy są one aplikowane w postaci wolnej. Średnia wielkość tego typu pęcherzyków wynosi około 100 nm.
W liposomach mogą być zamykane różnorodne, różniące się w sposób znaczący właściwościami składniki aktywne. Ponieważ wnętrze pęcherzyka wypełnione jest wodą mogą być w niej umieszczane substancje o charakterze hydrofilowym – polarnym. W tym wypadku mówimy o tzw. układzie dyspersyjnym. Przy pomocy tworzonych nośników mogą być również przenoszone związki lipofilowe, które umieszczane są w podwójnej warstwie lipidowej otoczki tworząc tzw. liposom emulsyjny. Niezależnie od tego jakie substancje są przy ich pomocy transportowane po opróżnieniu pęcherzyka, tłuszcze stanowiące szkielet kapsułki formują się w sieć wzmacniającą barierę lipidową skóry. Ze względu na rolę jaką pełnią liposomy muszą charakteryzować się one znaczną trwałością. W dużej mierze zależy ona od metody wytwarzania jak i składu chemicznego materiału zastosowanego do ich produkcji.
Opracowywanie receptur preparatów kosmetycznych zawierających liposomy niesie za sobą jednak pewne ograniczenia. Układy te są niezgodne z wieloma surowcami, między innymi związkami powierzchniowo czynnymi. Z tego powodu nie ma możliwości wprowadzenia ich do niektórych receptur kosmetycznych, między innymi szamponów czy płynów do mycia, których podstawowymi surowcami są właśnie detergenty. Również w niektórych emulsjach kosmetycznych mogą one wykazywać brak stabilności. Niebezpieczne dla struktur liposomów są także substancje silnie dysocjujące, jak również rozpuszczalniki, między innymi alkohol etylowy, które powodują w ich układzie obniżenie zawartości wody. Systemy te są nietrwałe w podwyższonych temperaturach. Ich struktury mogą ulec uszkodzeniu także pod wpływem standardowo stosowanego w kosmetyce procesu homogenizacji.
Wszystkie te niedogodności związane ze stosowaniem liposomów spowodowały rozwój badań nad alternatywnymi dla nich nośnikami, które zamykałyby przenoszone substancje odpowiednio trwale, ale także uwalniałyby je ze swoich struktur w sposób ściśle kontrolowany. Konkurencyjnymi systemami dla liposomów coraz częściej stają się tzw. nanokapsułki. Tego typu wektory są efektywnymi środkami przedłużającymi strukturalną integralność składników aktywnych stosowanych w preparatach kosmetycznych. Nie dziwi zatem fakt, że stały się one wyznacznikami ich optymalnej skuteczności.
Wybór stosowanych nośników może być oparty o różne kryteria z których najważniejsze to: biodegradowalność materiałów wyjściowych służących do zamykania aktywnych składników, całkowita zgodność biologiczna otoczki i produktów jej rozkładu, system uwalniania zamkniętych surowców. Ważnym układami coraz częściej wykorzystywanymi w kosmetyce są nośniki, których otoczki zamykające stanowią różnorodne polimery. W przypadku odpowiednio dobranego surowca zawarte w nich substancje biologicznie aktywne mogą być uwalniane pod wpływem występujących w skórze enzymów powodujących degradację ścianki nośnika. Stosowane w preparatach kosmetycznych kapsułki mogą pełnić dwojaką rolę. Jeśli są to układy cząsteczkowe, uwalniają one progresywnie zawarte w nich składniki aktywne, dzięki czemu przedłużają ich działanie. Jeżeli natomiast mają one strukturę płynną podobną do liposomów penetrują w głąb skóry zwiększając w ten sposób zdolność przenikania aktywnych składników, które transportują. W literaturze patentowej pojawiają się informacje na temat układów, których otoczki zbudowane są z odpowiednio dobranych polimerów, pod którymi zamknięta jest warstwa lipidowa. Stanowią one swoisty system wzmocnienia delikatnych struktur liposomów, poprzez otoczenie ich biopolimerową błoną. Układy te wytwarzane są przez kowalencyjne ich sieciowanie na powierzchni liposomu, który zachowuje swoja specyficzną strukturę.
Oferowane są także nanokapsułki, których otoczkę stanowi jednolamelarna warstwa złożona z cylindrycznych fosfolipidów i stożkowych ko-surfaktantów stabilizujących układ.
Zamknięcie aktywnych składników w macierzystej cząsteczce jest bez wątpienia jedną z najbardziej obiecujących dróg ich transportu. Dobrymi materiałami nośnikowymi są cyklodekstryny, czyli węglowodany, które składają się z połączonych wiązaniami α-1,4-acetalowymi merów glukozowych, tworzących strukturę cykliczną. Otrzymuje się je ze skrobi, w wyniku jej kontrolowanej hydrolizy enzymatycznej z użyciem α-amylazy. Cyklodestryny są łatwo rozpuszczalne w wodzie i przyjmują w roztworze kształt otwartego z obu stron ściętego stożka tzw. toroidu, w którym pierwszorzędowe grupy hydroksylowe są umieszczone na zewnątrz. Powierzchnia cyklodekstryn wykazuje charakter hydrofilowy, dlatego są one rozpuszczalne w wodzie, natomiast ich wnętrze posiada cechy hydrofobowe. Dzięki tej właściwości cyklodekstryny mogą tworzyć kompleksy inkluzyjne ze związkami normalnie nierozpuszczalnymi w wodzie, choć cały układ jest nadal w niej rozpuszczalny. Z tego też powodu pełnią one rolę swoistego gospodarza dla rozmaitych, najczęściej lipofilowych, zarówno organicznych jak i nieorganicznych cząsteczek. Jako matryce nośnikowe wykorzystywane są także ich modyfikowane pochodne.
Nową generację ciekłych nanowektorów o wielkościach 100 -300 nm, uzyskano na bazie lipofilizowanych, poprzez włączenie do ich struktur łańcuchów kwasu laurylowego, beta-cyklodekstryn. Utworzone systemy charakteryzują się zdolnością do zamykania zarówno hydro - jak i lipofilnych składników aktywnych, a ich zdolność przenikania jest wyższa niż liposomów. Nośniki te mogą bez trudu penetrować przez odpowiednie tkanki, a następnie uwalniać zaokludowane wcześniej związki, które dzięki temu wykazują określone działanie kosmetyczne. Za ich pomocą mogą być przenoszone surowce trudno rozpuszczalne w wodzie, wrażliwe na działanie takich czynników jak: temperatura, światło, tlen, mikroorganizmy. Dzięki zastosowaniu kompleksu dekstryn uzyskuje się systemy praktycznie bezwonne, bez smaku, stabilne, łatwe w dozowaniu. Układy te cechuje bardzo dobrą biokompatybilność ze skórą.

Nanonośniki pod kontrolą
W kosmetyce znajdują zastosowanie także tzw. nanogąbki, porowate struktury polimeryczne o zmiennej wielkości od 10 do 800 nm. Ich monomery połączone są krzyżowo w emulsji, tworząc postać mikro przegródek. Zasada ich działania oparta jest na absorbowaniu aktywnych składników w porach gąbczastych struktur. Wadą tego systemu jest fakt ich biernego i stosunkowo niekontrolowanego uwalniania oraz nieefektywnej ochrony „złapanych w pułapkę składników aktywnych”. W kosmetyce wykorzystywane są też gąbki modyfikowane poprzez pokrycie ich mono albo wielowarstwowymi układami fosfolipidów lub związkami powierzchniowo czynnymi. Ich struktury są bardzo małe (20 do 200 nm) ale mają one te same wady co poprzednie układy.
Coraz częściej w preparatach pielęgnacyjnych można spotkać tzw. kolasfery. Są to nośniki, w których ścianka zbudowana jest z substancji biogennych dla naszej skóry: kolagenu i glikozoaminoglikanów. Opracowano dwa rodzaje kapsułek. Pierwsze z nich to tzw. kolasfery H z medium olejowym, przenoszące substancje hydrofobowe, rozpuszczalne w olejach. Drugą grupę stanowią kolasfery A z medium wodnym transportujące substancje hydrofilowe. Ze względu na materiał otoczki zaliczane są one do układów biodegradowalnych. W skórze są one bowiem w sposób naturalny rozkładane pod wpływem znajdującej się tam kolagenazy. Systemy te zapewniają równomierne, rozłożone w czasie uwalnianie substancji biologicznie aktywnych. Ponadto zapewniają one przyjemne odczucia podczas aplikacji na skórze.
Do przenoszonych za pomocą nanonośników substancji należą: proteiny (kolagen, elastyna), witaminy, ekstrakty roślinne, olejki eteryczne, flawonoidy, enzymy, surowce o działaniu samoopalającym (DHA, tyrozyna), pigmenty, zapachy. Chętnie w kosmetykach wykorzystywane są układy obciążone kwasem hialuronowym, który bardzo intensywnie nawilża skórę, poprawia jej elastyczność, opóźnia efekty starzenia. Substancja aktywna zamknięta w nośniku działa w głębszych warstwach skóry zabezpieczając jej odpowiednie nawilżenie. Za pomocą tego typu transporterów można przenosić również tlen. Zastosowanie takiego systemu umożliwia penetrację jego cząsteczek do głębszych warstw skóry. Powoduje to efektywniejsze wykorzystanie jego działania związanego z poprawą mikrokrążenia i przemiany materii, które jest szczególnie przydatne w przypadku walki z cellulitem.
Na koniec warto zwrócić uwagę na fakt, że ze względu na to, że stosowane nanonośniki są na tyle małe aby mogły penetrować w głębsze warstwy skóry, pojawia się konieczność kontrolowania tego zjawiska. Z tego też powodu prowadzone są badania zdolności penetracyjnych nanocząsteczek prowadzone przy pomocy mikroskopii jonowej i elektronowej, jak również autoradiografii. Realizowane są one między innymi w ramach działającego w oparciu o fundusze Unii Europejskiej programu Nanoderm. Partnerami tego przedsięwzięcia są liczne ośrodki naukowe. Należą do nich także: Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego oraz Collegium Medicum Uniwersytetu Jagielońskiego.
drukuj ten artykuł drukuj ten artykuł  |   poleć artykuł znajomemu poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)