Cyklodekstrynowa stabilizacja piękna

Kategoria: Artykuł Jakość i bezpieczeństwo
4 min. czytania

Składniki aktywne w produktach kosmetycznych grają główną rolę. To na nich opiera się marketing oraz działanie danego wyrobu. Jednakże, czasami na drodze do uzyskania idealnej receptury staje nam brak stabilności masy lub surowca. Wraz z ociepleniem klimatu, problem wysokich temperatur będzie narastał, a zatem branża kosmetyczna stanie przed wyzwaniem stabilizacji gotowych wyrobów oraz surowców. Rozwiązaniem dla wcześniej wspomnianego wyzwania, mogą okazać się cyklodekstryny, które możemy znaleźć w skrobii ziemniaczanej.

Rys. 1 A – struktura α, β i γ-cyklodekstryny z odpowiednio 6, 7 i 8 jednostek glukopiranozy. B – uproszczony schemat kompleksowania niepolarnej cząsteczki jaką jest limonem. Powierzchnia zewnętrzna stożka cyklodekstryny jest hydrofilowa, a wewnątrz posiada hydrofobowe wcięcie.  

Cyklodekstryny są cyklicznymi oligosacharydami, które znajdują szerokie zastosowanie nie tylko w branży kosmetycznej, ale również w spożywczej oraz farmaceutycznej. W przyrodzie najczęściej możemy je znaleźć w postaci 𝛼, 𝛽 i 𝛾-cyklodekstryn, które różnią się od siebie ilością jednostek glukopiranozy. Swoim kształtem przypominają stożek z hydrofilową powierzchnią zewnętrzną oraz hydrofobowym środkiem (Rysunek 1). Dzięki takiej budowie, mogą gościnnie przyjąć substancje niepolarne i tworzyć w ten sposób kompleksy typu gospodarz-gość. W zależności od naszych potrzeb, cyklodekstryny można modyfikować różnymi grupami funkcyjnymi w celu kontroli właściwości fizykochemicznych [1]. W przemyśle kosmetycznym cyklodekstryny znajdują zastosowanie w celu:

  • zwiększenia rozpuszczalności substancji lipofilowych
  • zmniejszenia podrażnienia skóry
  • poprawy stabilności emulsji i zawiesin oraz cząsteczek znajdujących się w nich jako goście, chroniąc ich przed rozkładem, utlenieniem, hydrolizą lub parowaniem
  • kontrolowanego uwalniania składników aktywnych
  • zwiększenia lub zmniejszenia penetracji danych substancji przez skórę
  • zapobieganiu interakcji między różnymi surowcami znajdującymi się w recepturze [2]

β-CD (𝛽-cyklodekstryna) jest najtańszą postacią i jednocześnie najczęściej wykorzystywaną. Jednakże ma dość słabą rozpuszczalność w wodzie, ale dzięki modyfikacjom można uzyskać jej pochodne o lepszej rozpuszczalności [3].

Czynnikiem, który skłania klienta do zakupu produktu często jest jego zapach. Przyjemna woń kojarzy się z przyjemnością jakiej możemy doznać po zastosowania danego kosmetyku. Czasami zastosowanie aromatu jest konieczne w celu zamaskowania charakterystycznych zapachów surowców. Lotność i odparowywanie cząsteczek zapachowych, które wchodzą w skład aromatu stanowi wyzwanie jakim jest przedwczesne wyczerpywanie się zapachu w trakcie przechowywania i stosowania wyrobu. Konserwacja zapachów z wykorzystaniem cyklodekstryn może być rozwiązaniem dla wcześniej wspomnianych utrudnień [1]. Znane są przypadki liofilizacyjnego kapsułkowania aromatu arbuza w 𝛾-cyklodekstrynie. Enkapsulacji można poddawać również sztuczne zapachy jabłka, które dzięki kompleksowaniu mogą być przechowywane nawet 60 dni w temperaturze 50oC [1]. Jeśli zaś w produkcie żelowym linalol zostanie poddany utworzeniu kompleksu z 2-hydroksypropylo-β-cyklodekstryną to po okresie 6 miesięcy, stężenie linalolu w porównaniu do nieskompleksowanego będzie większe o ponad 40% [2].

Cyklodekstryny zamykają w sobie nie tylko przyjemne zapachy, mogą również pochłaniać nieprzyjemną woń pochodzącą wydzielanych przez ciało pot czy wydzielin. HP-β-CD (2-hydroksypropylo-β-cyklodekstryna) wykorzystane w dezodorantach oraz antyperspirantach solubilizują cząsteczki o nieprzyjemnym zapachu, tworząc kompleksy gospodarz-gość.

Zalety tworzenia kompleksów inkluzyjnych cyklodekstryn można znaleźć również przy recepturowaniu produktów z fotoprotekcją. Filtry UV oraz przeciwutleniacze podatne są na niekorzystne działanie światła słonecznego oraz tlenu. Dodatkowo, przeciwutleniacze są słabo rozpuszczalne w wodzie, a lipofilowe substancje antyoksydacyjne mają skłonność do agregacji co ogranicza ich penetrację i biodostępność w głębszych warstwach skóry. Cyklodekstryny chroniąc wewnątrz zamknięte cząsteczki przeciwutleniaczy i filtrów mogą działać jak tarcza przed stresem oksydacyjnym oraz działaniem czynników zewnętrznych. Dzięki hydrofilowej powierzchni zewnętrznej, kompleksy inkluzyjne cyklodekstryna-przeciwutleniacz wykazują większą rozpuszczalność, a tym samym większą biodostępność. Oprócz wcześniej wspomnianych zalet, w niektórych przypadkach zastosowanie kompleksów inkluzyjnych filtrów i cyklodekstryn może zwiększyć wartość SPF nawet o 19,6 % [4]. Ponadto kompleksowanie filtrów z β-cyklodekstrynami lub jej pochodnymi może poprawiać ich właściwości, przez zwiększenie stężenia w górnych warstwach skóry, a tym samym tworząc barierę przed promieniami UV [5].

Cyklodekstryny są wielofunkcyjne. Mimo swojego dość dużego rozmiaru, który nie pozwala na przenikanie do warstwy rogowej naskórka, mogą one wzmacniać przenikanie substancji do głębszych warstw skóry. Dzięki modyfikacji, mogą wchodzić w interakcje z fosfolipidami skóry lub cholesterolem, a tym samym zmieniać jej barierę ochronną. Takie oddziaływania prowadzą do zwiększenia penetracji składników aktywnych [5]. Podsumowanie licznych funkcji cyklodekstryn oraz przykłady ich zastosowania zostały umieszczone w Tabeli 1 [5].

Tabela 1. Przykłady produktów kosmetycznych oraz składników aktywnych zawierających wolne β-CD lub HP-β-CD [5][6]

Liczne badania mówią o ochronnym działaniu, jakie cyklodekstryny wykazują w stosunku do niektórych składników aktywnych. Przykładem takich związków mogą być terpeny, które będąc wrażliwe na światło i utlenianie mogą powodować podrażnienia skóry. Utworzenie kompleksu między gospodarzem, a gościem jakim są składniki aktywne, zapewnia ochronę dla danej substancji. Skutkuje to zmniejszeniem reakcji podrażnień skórnych, a tym samym możliwość stosowania wyższych stężeń. Podobna sytuacja ma miejsce również w przypadku związków retinolu, wrażliwych na utlenianie, światło czy wysoką temperaturę. Rynek kosmetyczny jest obfity w liczne produkty  o działaniu anti-aging, które zawierają kompleksy cyklodekstryn z retinolem. Taki kompleks pozwala na wzmocnienie przepuszczalności składników aktywnych, a także zwiększenie rozpuszczalności oraz ich stabilności. Na działanie czynników zewnętrznych wrażliwy jest również octan retinylu, który znajduje się w obszarze zainteresowań. Celem badań jest opracowanie strategii z wykorzystaniem cyklodekstryn, aby móc zachować jego stabilność oraz właściwości przez długi czas. Zakapsułkowanie octanu retinylu pozwala poprawić jego stabilność termiczną z granicy 150oC do zakresu 230-300oC [7].

Dzięki korzyściom jakie przynosi zastosowanie cykledekstryn w recepturze, stają się one co raz popularniejsze na rynku kosmetycznym. Niektóre z nich wraz z innymi substancjami znajdują swoje miejsce na liście opatentowanych kompleksów. Oferują nie tylko poprawę stabilności i rozpuszczalności surowców lub gotowego produktu końcowego, ale również mogą wspomagać biodostępność składników aktywnych.

Bibliografia

[1] Russel S. Bruns N.,Encapsulation of Fragrances in Micro- and Nano-capsules, polymeric Micelles, and Polymersomes, Macromolecular. Rapid Communications

[2] Numanoğlu U., Şen T., Tarimci N., Kartal M., Koo O.M.Y., Önyüksel HY., Use of cyclodextrins as a Cosmetic Delivery System for Fragrance Materials: Linalool and Benzyl Acetate

[3] Ziubing X., Yaqi Z., Yunwei N., Qinfei K., Xingran K., Cyclodexrins as carriers for volatile aroma compounds: A review

[4] Dahabra L., Broadberry G., Gresley A.L., Najlah M., Khoder M., Sunscreens containing cyclodextrin inclusion complexes for enhanced efficiency: a strategy for Skin Cancer prevention

[5] Ferreira L., Mascarenhas-Melo F., Rabaça S., Mathur A., Sharma A., Giram S. P., Pawar D. K., Rahdar A., Raza F., Veiga F., Mazzola P. G., Paiva-Santos A. C., Cyclodextrin-based dermatological formulations: dermopharmaceutical and cosmetic application.

[6] Grafiki wykorzystane w artykule pochodzą z bazy portalu canva.com, dostęp 16.05.2024

[7] Lemma M. S., Scampiccio M., Mahon J. P., Sbarski I., Wang J., Kingshott P., Controlled release of retinyl acetate from β-cyclodextrin funcionalized poly(vinyl alcohol) elecrospun nanofibers

Dodatkowe informacje

Artykuł został opublikowany w kwartalniku „Świat Przemysłu Kosmetycznego” 2/2024

Autorzy

  • Aleksandra Kondrusik

    Dr Koziej