Nanoformulacje jako innowacyjna forma preparatów stosowanych w regeneracji i leczeniu stanów zapalnych skóry

Warstwa rogowa skóry jest wielowarstwową tkanką zbudowaną z korneocytów, otoczonych płaskimi blaszkowatymi warstwami, bogatymi w ceramidy, cholesterol oraz wolne kwasy tłuszczowe (WKT). Lipidy hamujące wydostawanie się wody na zewnątrz są dostarczane do warstwy rogowej w postaci prekursorów przez wydzielanie naskórkowych ciałek lamelarnych. W procesie tworzenia się warstwy rogowej te organelle dostarczają nie tylko składników lipidowych (np. cholesterolu) i prekursorów lipidowych (np. glukozyloceramidów i fosfolipidów), ale również enzymów potrzebnych do tworzenia ceramidów i wolnych kwasów tłuszczowych[1,2]. Wraz z upływem czasu, ale także przy zwiększonej ekspozycji na czynniki szkodliwe (fizyczne, chemiczne, biologiczne i mechaniczne) bariera ta ulega osłabieniu, co może prowadzić do uszkodzenia lub przerwania ciągłości skóry. W efekcie dochodzi do zwiększonej przeznaskórkowej utraty wody, podatności na patogeny i zwiększonej penetracji egzogennych alergenów, a co się z tym wiąże podatności na stany zapalne[3].

Stany zapalne skóry stanowią największą i najbardziej złożoną grupę chorób skóry. Należą do nich między innymi łuszczyca i atopowe zapalenie skóry.

Łuszczyca jest to niezakaźna choroba, grudkowo-złuszczająca, która dotyczy1–5% populacji europejskiej, w równym stopniu kobiet i mężczyzn. Na ujawnienie choroby wpływają zarówno czynniki genetyczne, immunologiczne, jak i liczne czynniki środowiskowe. Charakterystycznym objawem tej choroby są czerwone grudki pokryte srebrzystą łuską W leczeniu zewnętrznym łuszczycy stosuje się cygnolinę, dziegcie, analogi witaminy D3, retinoidy i kortykosteroidy. Zazwyczaj składniki aktywne występują w podłożu takim jak: szampony, żele, lotiony, pianki, emulsje, oliwki[4].

Atopowe zapalenie skóry (AZS) występuje, w zależności od regionu świata, u 5–20% populacji i zazwyczaj ma swój początek we wczesnym dzieciństwie. Jest schorzeniem o przewlekłym i nawrotowym przebiegu, którego podstawowym objawem klinicznym jest uporczywy świąd oraz zapalne zmiany skórne o charakterze wyprysku. W terapii AZS wciąż najpowszechniej stosowanymi lekami są miejscowe preparaty glikokortykosteroidów, w postaci maści i kremów. Bardzo ważną rolę w eliminowaniu objawu suchości skóry dotkniętej AZS odgrywają emolienty, substancje nawilżająco-zmiękczające, wzmacniające uszkodzoną warstwę skóry[5].

Substancje nawilżające są najczęściej stosowanymi substancjami pomocniczymi w niefarmakologicznej terapii szeregu zapalnych chorób skóry, łagodząc ich objawy. Ze względu na swoją budowę i charakter chemiczny dzielą się na składniki: a) hydrofobowe okluzyjne (np. wazelina, lanolina, skwalan, wosk pszczeli itp.) tworzące nieprzepuszczalną warstwę na powierzchni skóry przez co zmniejszą transepidermalną utratę wody (TEWL ), b) hydrofilowe substancje tworzące hydrofilowy film wiążący wodę na powierzchni skóry (np. kwas hialuronowy, sok z aloesu, kolagen, elastyna), c) składniki hydrofilowe wnikające do naskórka, gdzie magazynują wodę (gliceryna, kwasy mlekowy i glikolowy, mocznik, pantenol, biotyna), d) składniki modyfikujące barierę ochronną naskórka (ceramidy, cholesterol, oleje roślinne zawierające niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe, fosfolipidy), które przyśpieszają odnawianie lipidów spoiwa międzykomórkowego[6-8].

W celu dostarczenia skórze zarówno składników leczniczych jak i nawilżających i odżywczych od lata prowadzone są badania nad opracowywaniem coraz bardziej skutecznych miejscowych i transdermalnych systemów nośnikowych.

W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się nanoformulacje na bazie lipidów (liposomy, niosomy, etosomy, transferosomy nanoemulsje, nanocząstki lipidowe) wykorzystywane głównie w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. Systemy nanostrukturalne zyskały dużą uwagę ze względu na ich biokompatybilność, biodegradowalność, niską toksyczność, zdolność do kapsułkowania trudnych do recepturowania hydrofobowych substancji aktywnych, a co za tym idzie zwiększenia ich biodostępności. Wykazano, że ich zastosowanie jako formy nośników pozwala na obniżenie skutecznej dawki substancji aktywnej przy zachowaniu lub zwiększeniu jej aktywności biologicznej[3, 6, 9, 10].

Liposomy, opisane po raz pierwszy we wczesnych latach sześćdziesiątych XX wieku, to pęcherzyki (o wielkości 0,01-10 μm) wypełnione wodą (lub roztworem wodnym) i otoczone dwuwarstwą lipidową o strukturze analogicznej do tej występującej w błonach biologicznych. Substancje hydrofilowe są inkorporowane w wodnym rdzeniu, a substancje lipofilowe w otoczce lipidowej. Warstwa lipidowa jest utworzona zazwyczaj z fosfolipidów i cholesterolu. Ze względu na rozmiar i ilości warstw otoczki możne je sklasyfikować na wielowarstwowe pęcherzyki (MLV – ang. multillamellar vesicles) o średnicy 0,5–10 µm, małe jednowarstwowe pęcherzyki (SUV – ang. small (or sonicated) unilameller vesicles) o rozmiarze mniejszym niż 100 nm i duże jednowarstwowe pęcherzyki (LUV – ang. large unilameller vesicles), które są większe niż 100 nm[3, 11].

Niosomy to pęcherzyki zbudowane z niejonowych środków powierzchniowo czynnych (NSVs – ang. non-ionic surfactant vesicles), po raz pierwszy opisane przez zespół badawczy Handjani-Vila w 1979 roku. W porównaniu do liposomów są one bardziej elastyczne i stabilne[3, 11].

Transferosomy (TF) zostały opisane po raz pierwszy w 1992 przez Cevc i Blume. Są to liposomami zbudowane z fosfolipidów i surfaktantów (cholan sodu, deoksycholan sodu, polisorbat 80), które nadają im elastyczność. Zawierają również kilka procent etanolu. Transferosomy łatwo ulegają odkształceniom i dlatego są zdolne przenikać przez warstwę rogową naskórka[3, 11].

Etosomy zostały wprowadzone po raz pierwszy w 1996 roku przez firmę Touitou. Są to liposomy, zbudowane głównie z fosfolipidów, zawierające 20–45% etanolu. Ma on za zadanie zaburzać uporządkowany układ lipidów w stratum corneum, przez co umożliwia etosomom penetrację przez warstwę rogową naskórka. Etosomy charakteryzują się zwiększonym przenikaniem do skóry, stabilnością fizyczną oraz duża zdolnością enkapsulacji leków, jednak mogą powodować podrażnienie skóry ze względu na stosunkowo wysoką zawartość etanolu.[3, 11].

Pierwsza generacja nanocząstek lipidowych, zwanych stałymi nanocząsteczkami lipidowymi (SLN – ang. Solid Lipid Nanoparticles), został opracowany w latach 90 ubiegłego wieku. Powstają przez zastąpienie ciekłego oleju emulsji O/W stałym lipidem, bądź mieszaniną stałych lipidów. Ich zawartość w roztworze wodnym nie powinna przekraczać 30% masowych, a całość stabilizowana jest surfaktantem w ilości od 0,5 do 5%. Mają szereg zalet w porównaniu z tradycyjnymi systemami koloidalnymi, jak na przy kład stabilność fizyczna, ochrona substancji czynnej i kontrolowane uwalnianie, biokompatybilność, selektywne ukierunkowanie, niestosowanie rozpuszczalników organicznych. Jedną z głównych wad SLN jest ich niska zdolność inkorporowania leków[3, 11, 12].

W celu przezwyciężenia niektórych ograniczeń SLN związanych z ich strukturą, opracowano drugą generację nanocząstek lipidowych, nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC – ang. Nanostructured Lipid Carriers). Cząstki te są otrzymywane przez dodatek ciekłego lipidu, w związku z tym zmienia się całkowicie struktura matrycy lipidowej, jest ona znacznie mniej uporządkowana, przez co zwiększa się liczba wolnych przestrzeni, gdzie może zostać zainkorporowana substancja aktywna[3, 10].

Nanoemulsje to układy koloidalne zawierające fazę wodną i fazę olejową, stabilizowane związkami powierzchniowo czynnymi, czasami z dodatkiem pomocniczych związków powierzchniowo czynnych. Charakteryzują się znacznym stopniem rozdrobnienia kropel fazy rozproszonej (20-500 nm) co czyni je układami o dużej powierzchni międzyfazowej i pozwala na dyfuzję substancji czynnej w głębsze warstwy skóry. Dodatkową ich zaletą jest zwiększenie stabilności preparatów zawierających substancje wrażliwe na działanie czynników zewnętrznych, takich jak światło czy temperatura. Ponadto charakteryzują się kontrolowanym przebiegiem uwalniania substancji aktywnej do organizmu[10].

W tabeli 1 zestawiono przykłady nanoformulacji na bazie lipidów pełniących rolę nośników dla substancji aktywnych/ leczniczych wpływających na poprawę kondycji skóry dotkniętej wypryskiem atopowym i łuszczycą.

Jak wynika z przeglądu literaturowego, nanoformulacje lipidowe dzięki swoim unikatowym właściwościom doskonale sprawdzają się jako nośniki składników leczniczych, nawilżających i odżywczych. Badania in vivo potwierdzają iż, podłoża te zwiększają biodostępność i przenikanie składników aktywnych stosowanych w leczeniu stanów zapalnych skóry w porównaniu do preparatów konwencjonalnych dostępnych na rynku, takich jak kremy, maści czy żele[14,15, 17, 18, 20, 21], działają nawilżająco[19], wpływają na znaczącą poprawę stanu skóry, redukują świąd i zaczerwienienie[14, 15, 17, 18, 20] oraz redukują efekty uboczne substancji leczniczych stosowanych w terapii miejscowej[14 – 18, 20].

Nanoformulacje na bazie lipidów stałych takie jak SLN czy NLC opisane w tabeli 1 ze względu na swoją strukturę są bogate w hydrofobowe substancje nawilżające, tworzące nieprzepuszczalną warstwę na powierzchni skóry przez co zmniejszą transepidermalną utratę wody (wosk, pszczeli, behenian glicerolu, palmitostearynian glicerolu)[16-18]. NLC i nanoemulsje zawierają w sowim składzie również lipidy ciekłe, m.in. oleje roślinne (olej z otrębów ryżowych, olej rycynowy, olej z alg, olej ze słodkich migdałów, oliwa z oliwek), które dzięki zawartości NNKT przyśpieszają odnawianie lipidów spoiwa międzykomórkowego[19, 20, 22-24]. Mechanizm działania polegający na modyfikacji bariery ochronnej jaką stanowi naskórek, charakteryzuje również liposomy zbudowane głownie z fosfolipidów[13-15]. Podobieństwo lipidów, będących podstawowym budulcem omawianych nanoformulacji, do składników spoiwa międzykomórkowego, umożliwia nośnikom interakcje z warstwą rogową, tworząc tym samym przegrupowania lipidowe, co również ułatwia przenikanie substancji aktywnej. Dodatkowo preparaty te mogą zawierać hydrofilowe substancje nawilżające skórę od zewnątrz (kwas hialuronowy) i od wewnątrz ( gliceryna, trehaloza)[17, 23]. Z powodu nanometrycznych wielkości cząstek charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą, dzięki czemu zwiększają stopień absorpcji substancji czynnej przez skórę. Mały rozmiar cząstek wpływa w dodatku na zwiększenie przyczepności nanoformulacji lipidowych do powierzchni warstwy rogowej, ułatwiając transport przezskórny[10]. Są zatem doskonała alternatywą dla konwencjonalnych form dostarczania substancji aktywnych zarówno w przemyśle farmaceutycznym jak i kosmetycznym.

Małgorzata Miastkowska
Instytut Chemii i Technologii Organicznej
Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej
Politechnika Krakowska Kraków