Determination of the structure and evaluation of the cutaneous properties of chitosan hydrogels containing polymeric nanocapsules

Introdução e Objetivos: Hidrogéis de quitosana apresentam uma grande aplicabilidade na área farmacêutica. A combinação destes com sistemas nanométricos carreadores de fármacos pode representar a unificação de vantagens, como a bioadesividade, formação de filme e potencial de regeneração cutânea por parte da quitosana e a possibilidade de uma liberação controlada e mais efetiva do fármaco, além de proteção deste frente à degradação, por parte das nanocápsulas. O presente trabalho tem por objetivo a determinação da estrutura e das propriedades cutâneas (bioadesividade, sensorial, penetração, citotoxicidade e irritação) de hidrogéis de quitosana contendo nanocápsulas poliméricas, além de determinar a influência das nanopartículas na irritabilidade e na permeação cutânea de capsaicinóides. Adicionalmente, a presente tese tem como objetivo desenvolver um hidrogel regenerador da pele, a partir da quitosana e do óleo de rosa mosqueta. Metodologias: Para a obtenção das nanocápsulas [brancas, fluorescentes ou contendo ativos (capsaicina ou óleo de rosa mosqueta)] foi utilizada a técnica de deposição interfacial de polímero pré-formado utilizando polímeros acrílicos (Eudragit® ). As nanocápsulas e os hidrogéis de quitosana (ou de hidroxietilcelulose, usado como controle) foram avaliados utilizando diferentes técnicas. Foram realizados estudos in vitro de bioadesividade e de permeação/penetração cutânea utilizando pele de porco e pele humana em células de Franz padrão e/ou modificadas e estudo in vitro de lipoperoxidação para avaliar a oxidação do núcleo oleoso de origem vegetal. Estudos de toxicidade in vitro foram realizados com células primárias de pele humana (queratinócitos e fibroblastos) e membrana corioalantóide obtida de ovos embrionados. Estudos em humanos foram realizados para análise das características sensoriais e de irritação cutânea. Ainda, foram realizadas análises para estudar a estrutura dos hidrogéis de quitosana contendo nanocápsulas. Resultados: Observou-se que as nanocápsulas poliméricas e o hidrogel de quitosana conferem, de forma combinada, uma maior capacidade de adesão cutânea aos capsaicinoides, sendo que o efeito das nanocápsulas foi superior ao efeito da quitosana. Foi demonstrado que o veículo inovador proposto, composto de quitosana e nanocápsulas, não causa irritação cutânea em humanos e que a irritação cutânea causada pelos capsaicinóides, bem como o fluxo de permeação destes através da epiderme, foram diminuídos devido à nanoencapsulação. Com relação à estrutura dos hidrogéis, os estudos pemitiram evidenciar que as nanocápsulas encontram-se em aglomerados (redispersíveis até tamanho nanométrico) nos hidrogéis de quitosana. O sistema apresentou uma rede de gel bem desenvolvida, apesar da influência das nanopartículas na reticulação entre as cadeias de quitosana. Observou-se que as nanocápsulas somente são capazes de penetrar na pele quando esta se encontra lesada. Tanto a carga catiônica quanto o gel de quitosana apresentaram influência na penetração das partículas na pele. As nanocápsulas poliméricas brancas apresentaram toxicidade somente aos queratinócitos e somente após 24 e 48 h de contato, não estando relacionado à carga de superfície e à presença do gel de quitosana, mas provavelmente à presença do polisorbato 80. Estudos em membrana corioalanótide mostraram que as formulações não apresentam potencial irritante. O hidrogel de quitosana, independentemente da presença das nanocápsulas, apresentou maior pegajosidade imediata, maior formação de filme na pele e menor preferência em comparação aos hidrogéis de hidroxietilcelulose correspondente. Após a modificação, utilizando adjuvantes de uso cosmético, aumentou a aceitação e diminuiu a percepção do filme formado na pele. A presença das nanocápsulas apresentou pouca influência no sensorial do gel. Em relação ao estudo da encapsulação do óleo de rosa mosqueta foi possível otimizar a formulação e observou-se uma capacidade das nanocápsulas em proteger o óleo vegetal contra degradação frente à luz ultravioleta. O hidrogel de quitosana incorporando as nanocápsulas contendo óleo de rosa mosqueta apresentou características adequadas, mantendo o tamanho nanométrico e reduzindo a cremagem observada quando em suspensão aquosa. Conclusão: Os hidrogéis de quitosana contendo nanocápsulas apresentaram interessantes propriedades cutâneas, como adesão cutânea, baixa toxicidade à pele e ausência de potencial irritante, sensorial passível de ser aprimorado, além de diminuir a irritação, modular a permeação e proteger contra degradação das substâncias encapsuladas. Tais propriedades os tornam veículos promissores para a veiculação de diversas substâncias dermatológicas e cosméticas.Introduction and Objectives: Chitosan hydrogels present a great aplicability in the pharmaceutical area. Their combination with nanometric drug carrier systems may represent the unification of distinct advantages such as bioadhesion, film formation and wound healing promotion, due to chitosan, and the controlled release, a more effective action and protection against drug degradation, due to the nanocapsules. The present work aimed to determine the structure and the cutaneous properties (bioadhesion, sensorial, penetration/permeation, cytotoxicity and irritation) of chitosan hydrogels containing polymeric nanocapsules, besides determining the influence of the nanoparticles on the skin irritation and permeation of the capsaicinoids. Additionally, this work aimed to develop a skin regenerating hydrogel based on chitosan and rose-hip oil. Methodologies: For obtaining the nanocapsule [blank, fluorescent or drugloaded (capsaicin or rose-hip oil), the interfacial deposition of pre-formed polymer method was applied, using acrylic polymers (Eudragit ® ). The nanocapsules and the chitosan or the hydroxyethyl cellulose hydrogels (used as control) were characterized using several techniques. Skin bioadhesion and permeation/penetration were performed in vitro, using pig and human skin in usual and/or modified Franz cells, as well as lipoperoxidation studies, to study in vitro the oxidation process of the oily core of vegetable origin. In vitro toxicity studies were performed with primary skin cells (keratinocytes and fibroblasts) and corioallantoic membrane obtained from embrionated eggs. Studies in humans were also performed in order to evaluate the sensorial and the skin irritation properties. Aditionally, several analyzes were performed to study the structure of the chitosan hydrogels containing nanocapsules. Results: It was observed that the nanocapsules and the chitosan hydrogel contributed to the skin adhesion of the formulation, in a way that the nanocapsules influence was higher compared to the influence of the biopolymer. The innovative vehicle proposed, composed of chitosan and nanocapsules, did not cause skin irritation in humans and the irritation caused by the capsaicinoids, as well as the flux of permeation across the epidermis, was decreased due the nanoencapsulation. Regarding the hydrogels structure, the studies evidenced that the nanocapsules are probably in agglomerates (quickly redispersed into the primary particle size) in the chitosan hydrogels. The proposed innovative system presented a well structured gel network, despite the nanocapsules influence on the crosslinking between chitosan chains. It was observed that the nanocapsules are capable of penetrating the skin when this tissue is harmed. The cationic charge and the chitosan gel influenced the skin penetration of the nanoparticles. The nanoparticles presented toxicity only to the keratinocytes and after 24h and 48h of contact, in a way that neither the surface charge nor the presence of the chitosan gel presented influence, which may be related to the presence of polysorbate 80. Studies applying coriallantoic membrane showed that the formulations presented no irritation potencial. The chitosan hydrogel, despite the presence of nanoparticles, presented higher immediate stickiness and film formation on the skin and lower preference compared to the hydroxyethyl cellulose correspondent hydrogels. After a gel modification, by the additon of cosmetic adjuvants, the acceptance increased while the perception of film formation on the skin reduced. The presence of nanocapsules presented low influence on the sensory of the gel. Regarding the rose-hip oil nanoencapsulation, it was possibile to optimize the formulation and to observe a capacity of the nanocapsules in protecting the rose-hip oil from degradation under ultraviolet light. The chitosan hydrogel incorporating the rose-hip oil loaded nanocapsules was an adequate proposal, mantaining the nanometrical particles sizes and reducing the nanoparticles creaming observed when in aqueous suspension. Conclusion: The chitosan hydrogels containing nanocapsules presented interesting cutaneous properties, such as skin adhesion, low toxicity to skin and no irritation potential, possibility of a suitable sensory, besides decreasing the irritation, modulating the permeation and protecting against degradation of encapsulated substances. Those properties turn them into promising vehicles to carry dermatological and cosmetic substances