L’obiettivo del presente studio è la veicolazione di principi attivi di origine naturale, quali curcumina, piperina, gossipina e genisteina per il trattamento topico o la prevenzione di problematiche dermatologiche e cosmetiche. In particolare, sono stati studiati nanosistemi a base lipidica, quali etosomi, transetosomi e spongosomi per consentirne l’applicazione topica e superarne le problematiche di biodisponibilità. La loro composizione lipidica, simile a quella dello strato corneo, li rende particolarmente adatti alla somministrazione topica ed estremamente biocompatibili. La ricerca è stata articolata in 4 progetti principali. Nel Progetto 1 sono stati studiati etosomi per la veicolazione di curcumina e piperina per prevenire i danni cutanei indotti dai gas di scarico dei motori diesel. Le formulazioni sono state caratterizzate, quindi test in vitro hanno evidenziato la capacità degli etosomi di controllare il rilascio del farmaco e di migliorare la permeazione della curcumina. Il test di attività antiossidante ha suggerito che la combinazione degli etosomi caricati separatamente con curcumina e piperina può aumentare il potere antiossidante della curcumina. Studi ex vivo su espianti di pelle umana hanno dimostrato la potenzialità delle formulazioni nel prevenire i danni alla pelle causati dall’esposizione ai gas di scarico dei motori a diesel. Nel Progetto 2 è stato sviluppato un nuovo metodo per la preparazione di dispersioni acquose di gliceril monooleina, che ha portato alla formazione di spongosomi, identificati grazie a tecniche di microscopia elettronica a trasmissione criogenica e di diffrazione a raggi X a piccolo angolo. Sono stati prodotti e caratterizzati spongosomi caricati con curcumina e piperina, sia singolarmente che in associazione. Il test di permeazione in vitro ha rivelato che la piperina aumenta la penetrazione della curcumina. Studi ex vivo su biopsie di pelle umana hanno dimostrato che gli spongosomi contenenti curcumina e piperina sono in grado di proteggere la pelle dal danno causato dai gas di scarico dei motori a diesel. Inoltre, le formulazioni sono risultate non irritanti per la pelle umana. Nel Progetto 3 è stato eseguito un confronto tra due diverse metodologie (ethanol injection e water injection) per preparare gli etosomi, con l'obiettivo di veicolare la gossipina per il trattamento del melanoma cutaneo. La caratterizzazione delle nanovescicole ha evidenziato differenze significative tra i due metodi, portando alla selezione del metodo ethanol injection come il più vantaggioso. E’ stata confermata la capacità degli etosomi di controllare il rilascio di gossipina e di migliorarne la permeazione in vitro. Le dispersioni colloidali sono state poi gelificate e caratterizzate mediante tecniche di diffrazione a raggi X. Il test di attività antiossidante ha confermato l’azione della gossipina. Studi in vitro sulla linea cellulare A375 hanno mostrato il potenziale degli etosomi contenenti gossipina per il trattamento del melanoma. Nel Progetto 4, è stata studiata la veicolazione di genisteina per la prevenzione dei tumori della pelle. I transetosomi prodotti con il metodo ethanol injection sono stati selezionati come il veicolo più appropriato. Dopo caratterizzazione delle formulazioni, è stato eseguito il test di permeazione in vitro, per confermare la capacità dei transetosomi di migliorare la diffusione della genisteina. La dispersione colloidale è stata poi gelificata e caratterizzata mediante analisi reologica e diffrazione a raggi X a piccolo angolo. Il test di attività antiossidante ha confermato l'attività della genisteina, mentre esperimenti in vivo di patch test e tape stripping hanno dimostrato la sicurezza e la potenzialità del gel transetosomiale per la veicolazione della genisteina. La ricerca è stata condotta con un approccio ecosostenibile, mediante la selezione di metodologie di produzione green ed eccipienti di origine naturale.
The aim of the present study is the delivery of active molecules of natural origin such as curcumin, piperine, gossypin and genistein for the topical treatment or prevention of dermatological and cosmetic issues. In particular, lipid-based nanosystems such as ethosomes, transethosomes and spongosomes, were investigated in order to enable their topical application and overcome their bioavailability limitations. Their lipidic composition, similar to that of the stratum corneum, makes them particularly suitable for topical administration, as well as rendering them extremely biocompatible. The research was organized into 4 main projects. In Project 1 ethosomes were investigated for curcumin and piperine delivery to prevent skin damage induced by diesel engine exhaust. Formulations were characterized, while in vitro tests highlighted the capability of ethosomes to control drug release and enhance curcumin permeation. The antioxidant activity test suggested that the combination of ethosomes separately loaded with curcumin and piperine, can boost curcumin antioxidant power. Ex vivo studies on human skin explants have shown the potential of the formulations to prevent the skin damage induced by diesel engine exhaust exposure. In Project 2, a new method was developed for the preparation of glyceryl monoolein aqueous dispersions, leading to the formation of spongosomes, which were identified thanks to cryogenic transmission electron microscopy and small-angle X-ray scattering techniques. Spongosomes loaded with curcumin and piperine, both singularly and in association, were produced and characterized. In vitro permeation test revealed that piperine enhances the penetration of curcumin. Ex vivo studies on human skin biopsies showed that curcumin and piperine-loaded spongosomes are able to protect the skin against diesel engine exhaust damage. Moreover, the formulations resulted non-irritating on human skin. In Project 3 a comparison between two different methodologies (i.e. ethanol injection and water injection) was performed to prepare ethosomes, with the objective to deliver gossypin for the treatment of cutaneous melanoma. Nanovesicles characterization evidenced significant differences between two different methods, leading to the selection of the ethanol injection method as the most advantageous. The capability of ethosomes to control gossypin release and to enhance its permeation was confirmed in vitro. Colloidal dispersions were then gelified, and characterized by X-ray scattering techniques. Antioxidant activity test proved the activity of gossypin, and in vitro tests on A375 cell line showed the potential of gossypin-loaded ethosomes for the treatment of melanoma. In Project 4, the delivery of genistein was studied aiming at prevention of non-melanoma skin cancers. Transethosomes produced by the ethanol injection method were selected as the most appropriate vehicle. After formulation characterization, an in vitro permeation test was performed, to confirm the capability of transethosomes in enhance genistein diffusion. Then, the colloidal dispersion was gelified and characterized by rheology and small angle X ray scattering technique. The antioxidant activity test confirmed the action of genistein, while in vivo patch test and tape stripping experiments, demonstrated the safety and the potentiality of transethosomal gel for genistein delivery. The research was carried out with an eco-sustainable approach, through the selection of green production methods, as well as excipients of natural origin.
LIPID-BASED NANOSYSTEMS: GREEN NANOTECHNOLOGIES FOR PHYTOCOMPOUNDS TOPICAL ADMINISTRATION
BONDI, AGNESE
2025
Abstract
L’obiettivo del presente studio è la veicolazione di principi attivi di origine naturale, quali curcumina, piperina, gossipina e genisteina per il trattamento topico o la prevenzione di problematiche dermatologiche e cosmetiche. In particolare, sono stati studiati nanosistemi a base lipidica, quali etosomi, transetosomi e spongosomi per consentirne l’applicazione topica e superarne le problematiche di biodisponibilità. La loro composizione lipidica, simile a quella dello strato corneo, li rende particolarmente adatti alla somministrazione topica ed estremamente biocompatibili. La ricerca è stata articolata in 4 progetti principali. Nel Progetto 1 sono stati studiati etosomi per la veicolazione di curcumina e piperina per prevenire i danni cutanei indotti dai gas di scarico dei motori diesel. Le formulazioni sono state caratterizzate, quindi test in vitro hanno evidenziato la capacità degli etosomi di controllare il rilascio del farmaco e di migliorare la permeazione della curcumina. Il test di attività antiossidante ha suggerito che la combinazione degli etosomi caricati separatamente con curcumina e piperina può aumentare il potere antiossidante della curcumina. Studi ex vivo su espianti di pelle umana hanno dimostrato la potenzialità delle formulazioni nel prevenire i danni alla pelle causati dall’esposizione ai gas di scarico dei motori a diesel. Nel Progetto 2 è stato sviluppato un nuovo metodo per la preparazione di dispersioni acquose di gliceril monooleina, che ha portato alla formazione di spongosomi, identificati grazie a tecniche di microscopia elettronica a trasmissione criogenica e di diffrazione a raggi X a piccolo angolo. Sono stati prodotti e caratterizzati spongosomi caricati con curcumina e piperina, sia singolarmente che in associazione. Il test di permeazione in vitro ha rivelato che la piperina aumenta la penetrazione della curcumina. Studi ex vivo su biopsie di pelle umana hanno dimostrato che gli spongosomi contenenti curcumina e piperina sono in grado di proteggere la pelle dal danno causato dai gas di scarico dei motori a diesel. Inoltre, le formulazioni sono risultate non irritanti per la pelle umana. Nel Progetto 3 è stato eseguito un confronto tra due diverse metodologie (ethanol injection e water injection) per preparare gli etosomi, con l'obiettivo di veicolare la gossipina per il trattamento del melanoma cutaneo. La caratterizzazione delle nanovescicole ha evidenziato differenze significative tra i due metodi, portando alla selezione del metodo ethanol injection come il più vantaggioso. E’ stata confermata la capacità degli etosomi di controllare il rilascio di gossipina e di migliorarne la permeazione in vitro. Le dispersioni colloidali sono state poi gelificate e caratterizzate mediante tecniche di diffrazione a raggi X. Il test di attività antiossidante ha confermato l’azione della gossipina. Studi in vitro sulla linea cellulare A375 hanno mostrato il potenziale degli etosomi contenenti gossipina per il trattamento del melanoma. Nel Progetto 4, è stata studiata la veicolazione di genisteina per la prevenzione dei tumori della pelle. I transetosomi prodotti con il metodo ethanol injection sono stati selezionati come il veicolo più appropriato. Dopo caratterizzazione delle formulazioni, è stato eseguito il test di permeazione in vitro, per confermare la capacità dei transetosomi di migliorare la diffusione della genisteina. La dispersione colloidale è stata poi gelificata e caratterizzata mediante analisi reologica e diffrazione a raggi X a piccolo angolo. Il test di attività antiossidante ha confermato l'attività della genisteina, mentre esperimenti in vivo di patch test e tape stripping hanno dimostrato la sicurezza e la potenzialità del gel transetosomiale per la veicolazione della genisteina. La ricerca è stata condotta con un approccio ecosostenibile, mediante la selezione di metodologie di produzione green ed eccipienti di origine naturale.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
