SCOPO DELLA TESI
La presente tesi nasce con lo scopo principale di utilizzare un polimero innovativo di origine naturale, lo Psillio, per la preparazione di formulazioni cosmetiche ad azione idratante.
Il lavoro ha riguardato:
1. valutazione delle capacità dello Psillio di assorbire e di trattenere acqua nel tempo;
2. messa a punto di formulazioni cosmetiche contenenti Psillio (emulsioni O/A, emugel);
3. valutazione della stabilità delle formulazioni preparate;
MATERIALI
Sono stati utilizzati i seguenti materiali:
Psyllium polvere cuticola (Polichimica S.r.l., Bologna) Glycerin (Polichimica s.r.l, Bologna)
Xanthan Gum (Keltrol T; Rahn AG, Svizzera) Hyaluronic acid (Chemofin s.r.l., Milano)
Hydroxyethylcellulose (Natrosol 250 HX; Aqualon)
Phenoxyethanol, methylparaben, ethylparaben, propylparaben, butylparaben (Sepicide HB; Seppic Italia s.r.l.)
Sorbitan stearate and sucrose cocoate (Arlatone 2121; Croda Italiana s.p.a., Mortara (PV))
Tri C12-C13 Alkyl Citrate (Cosmacol ECI ; Sasol Italia s.p.a.,
Paderno Dugnano (MI))
C12-C13 Alkyl Benzoate (Cosmacol EBI; Sasol Italia s.p.a.,
Paderno Dugnano (MI))
Di-C12-C13 Alkyl Tartrate-Tri-C12-C13 Alkyl Citrate-Silica
(Cosmacol PLG; Sasol Italia s.p.a., Paderno Dugnano (MI)) Di C12-C13 Alkyl Tartrate (Cosmacol ETI; Sasol Italia s.p.a.,
Paderno Dugnano (MI))
C12-C13 Alkyl Lactate (Cosmacol ELI; Sasol Italia s.p.a.,
Paderno Dugnano (MI))
Ethyl Hexyl Palmitate (Tegosoft OP; Evonik Degussa Italia s.p.a. (RA))
Glyceric stearate, cetearyl alcohol, stearic acid, sodium lauroyl glutamate (Protelan ENS; Zschimmer & Schwarz Italiana s.p.a, Italia)
Cetearyl alcohol (Lanette O; Cognis s.p.a., Fino Mornasco (CO)) Polyacrylamide, C13-14 Isoparaffin, laureth-7 (Sepigel 305;
Seppic Italia s.r.l.)
Glyceryl Stearate(and) PEG-75 Stearate (Gelot 64; Gattefosse) Dimethicone, dimethiconol (Dow Corning® 1403 FLUID)
Decyl Oleate (Dermol DO; Alzo, Milano)
Sodium Chloride (Carlo Erba Reagenti s.p.a., Rodano (MI)) Potassium Acetate (Sigma-Aldrich, Milano)
Magnesium Chloride hexahydrate (Sigma-Aldrich, Milano)
3. PSILLIO
3.1. Caratteristiche generali
Psyllium è il nome comunemente utilizzato per identificare varie piante del genere Plantago. Lo Psillio in uso nella medicina tradizionale è ottenuto dalla pianta officinale Plantago psyllium (Fig. 8), appartenente alla famiglia delle Plantaginaceae, originaria della regione mediterranea e coltivata nelle zone asiatiche, soprattutto Iran e India. E’ una pianta erbacea annuale con caule ridotto o accorciato, ha foglie allungate opposte o verticillate. I fiori sono bianchi, raggruppati in spighe rade con brattee corte. I semi sono ovali lunghi 2-3 cm, lisci al tatto e di color marrone scuro; la faccia ventrale è attraversata da una depressione lineare biancastra.
Figura 8. Immagine di Plantago psyllium
La parte farmacognosticamente importante è il seme essiccato. In esso si trovano principalmente carboidrati (70%) ma anche sostanze lipidiche, proteine, steroli, tracce di alcaloidi ciclopentapiridinici. La mucillagine, costituita principalmente da arabinosio e xilosio, è formata da una catena di residui β- (1,4) xilopiranosici altamente ramificata; i residui di arabinosio e xilopiranosio sono legati alle posizioni 2-3 della catena di xilopiranosio; inoltre sono presenti residui di ramnosio e acido D-galatturonico [20].
Le proprietà farmacologiche dello Psillio sono dovute essenzialmente al suo contenuto di mucillagini, composti che, in presenza di acqua, rigonfiano. Per questo i semi di Psillio (Fig. 9), assunti con elevate quantità di acqua, vengono usati come lassativi non irritanti nella costipazione cronica; trovano anche impiego nel trattamento di eczemi e pruriti per le proprietà emollienti e lenitive delle loro mucillagini. Inoltre lo Psillio diminuisce la sensazione di fame riducendo lo svuotamento gastrico [21].
Figura 9. Immagini semi e cuticola di Plantago psyllium
3.2. Processo di purificazione
Il prodotto commerciale Psillio cuticola è stato purificato per renderlo idoneo all’ uso nel presente lavoro. Una dispersione acquosa di Psillio cuticola all’ 1% p/p è stata centrifugata (ALC 4236) per 15 minuti a 4000 rpm ottenendo tre frazioni: un precipitato colorato, una porzione gelatinosa ed una acquosa. Il precipitato veniva scartato e le altre due frazioni sottoposte a liofilizzazione (VirTis AdVantage 2.0, munito di software di comando Wizard 2.0).
Le condizioni del processo di liofilizzazione erano le seguenti:
Il congelamento era effettuato a una temperatura di -35° C mantenuti per 180 min, ad una pressione di 400 torr.
STEP 1: Temperatura = -35°C per 240 min., Pressione = 200 mtorr STEP 2: Temperatura = -25°C per 360 min., Pressione = 150 mtorr STEP 3: Temperatura = 10°C per 300 min., Pressione = 100 mtorr STEP 4: Temperatura = 25°C per 120 min, Pressione = 100 mtorr
L’essiccamento secondario avveniva alla temperatura di 27°C per 180 min, Pressione = 100 mtorr.
Il materiale essiccato è stato quindi macinato ottenendo una polvere purificata.
3.3. Valutazione delle capacità dello Psillio di assorbire e/o
trattenere acqua
La capacità del polimero di assorbire e trattenere acqua è stata valutata sulle seguenti forme:
·
polvere di Psillio liofilizzata (Ps-p)·
compresse di Psillio (Ps-c)·
film di Psillio (Ps-f)Come riferimento è stato utilizzato acido ialuronico (HA), noto in ambito cosmetico per le elevate proprietà idratanti e umettanti, nelle stesse forme: polvere di acido ialuronico (HA-p); compresse di acido ialuronico (HA-c); film di acido ialuronico (HA-f).
Le compresse sono state preparate comprimendo 0.25 g di polvere (Ps o HA) ad una forza di compressione di 3000 Kg mediante una pressa idraulica (Evacuable Pellet Die 5100-1144, Perkin Elmer, Waltham, USA; Fig. 10
)
. Le compresse avevano un diametro di 13 mm e uno spessore di 1.82 ± 0.02 mm.Figura 10. Pressa idraulica
I film venivano preparati evaporando, in una capsula di teflon a 37°C per 24 h, 10 g di soluzione acquosa contenente 1.5 % p/p di Psillio o acido ialuronico e 0.15% di glicerina, utilizzata come plastificante. Il film ottenuto, omogeneo e trasparente, aveva uno spessore di 0.8 mm da cui sono state ritagliate due porzioni circolari di diametro 15 e 25 mm, rispettivamente.
3.3.1. Capacità di assorbire acqua
La quantità di acqua assorbita da 50 mg di Psillio in forma di polvere liofilizzata (Ps-p) e dalla stessa quantità di acido ialuronico in polvere (HA-p), usato come riferimento, è stata determinata equilibrando i campioni per 24 ore in ambienti alla temperatura di 40°C e ad umidità relative (RH%) di 70, 30, 20 % ottenute utilizzando 150 ml di soluzioni sature di opportuni sali (NaCl, MgCl2*6H2O e CH3COOK, rispettivamente) poste in un contenitore chiuso di dimensione idonee al raggiungimento dell’equilibrio termodinamico [24]. La percentuale di umidità relativa era misurata esattamente con un igrometro professionale (Hanna Instruments, HI98601: HYGROCHECK®). Al termine del periodo di incubazione i campioni venivano pesati (Pu), quindi essiccati in stufa a 80°C per 24h e pesati nuovamente (Psecco) [20].
I campioni di film e di compresse a base di Ps o HA (Ps-c, Ps-f, HA-c, HA-f) sono stati essiccati per 4 ore a 80°C fino ad ottenimento di un peso costante (Psecco). La glicerina, usata come riferimento, è stata essiccata mediante
pompa a vuoto per 3 ore a 80°C. I campioni sono quindi stati posizionati all’interno del contenitore ad umidità nota (70, 30, 20 %) e dopo 24 ore di incubazione sono stati nuovamente pesati per la determinazione gravimetrica dell’acqua assorbita (Pu).
La quantità di acqua assorbita veniva calcolata mediante la seguente formula:
3.3.2. Capacità di trattenere acqua
Per valutare la capacità di trattenere acqua ciascun campione è stato posto a contatto con l’ ambiente al 70% di RH per 24h, successivamente è stato trasferito in un ambiente al 30% di RH e lasciato a riposo per 24h, passandolo, quindi, in un ambiente con umidità relativa del 20% per 24h [25].
Ad ogni passaggio veniva determinato gravimetricamente il contenuto di acqua dei campioni in esame con la stessa formula riportata nel paragrafo precedente (3.3.1.)
3.3.3. Misura della velocità di evaporazione dell’ acqua
La differenza tra la velocità di evaporazione dell’acqua pura e quella da una soluzione acquosa di una determinata sostanza è indice della capacità di questa sostanza di trattenere acqua.
A questo scopo, 100 µl di una soluzione contenente 0.5% p/p di Psillio sono stati applicati su di un filtro in fibra di vetro (Glassfibre, Sartorius Ø=13 mm) e pesati esattamente su un vetrino da orologio. Il peso del filtro è stato quindi misurato ogni ora per una durata complessiva di 5 ore. Come riferimento è stata utilizzata una soluzione allo 0.5% p/p di HA.
Pu – Psecco QUANTITA’ H2O ASSORBITA (%) = 100
Il metodo è stato eseguito a temperatura e umidità ambientali: T= 25°C, RH%= 45 % [26].
La quantità di acqua evaporata è stata calcolata mediante l’ utilizzo della seguente formula:
dove Pu1 e Pu2 sono il contenuto di acqua iniziale e a ciascun intervallo di tempo, rispettivamente.
Pu1 – Pu2
QUANTITA’ H2O EVAPORATA (%) = 100 Pu1
4. FORMULAZIONI COSMETICHE PREPARATE
Dal momento che le emulsioni sono le formulazioni cosmetiche più usate in commercio per il trattamento della pelle secca, è stato deciso di iniziare lo studio formulativo con la preparazione di un’ emulsione O/A in cui lo Psillio (0.5% p/p) veniva disperso nella fase acquosa contenente un emulsionante idrofilo costituito da sorbitan stearate e sucrose cocoate (5.5% p/p) e come additivo reologico la xanthan gum (0.1% p/p); venivano poi aggiunti la glicerina (4 % p/p) come agente umettante e una miscela di parabeni in fenossietanolo (0.5 % p/p), come sistema conservante. La fase oleosa conteneva come emulsionante lipofilo primario con proprietà emollienti il tri C12-C13 alkyl
benzoato (4% p/p), come emulsionante lipofilo secondario il cetearyl alchool (2 % p/p) e, infine, il decyl oleate (5% p/p) e l’ ethyl hexyl palmitate (4% p/p) come agenti emollienti (emulsione 1.).
Per migliorare l’ omogeneità e la consistenza della preparazione sono state messe a punto altre formulazioni. In un caso si utilizzava come agente viscosizzante l’ hydroxyethylcellulose (0.1 % p/p) anziché la xanthan gum (emulsione 2.); in un altro caso veniva aggiunto come agente ispessente, il polyacrylamide, C13-14 isoparaffin, laureth-7 (2 % p/p) (emulsione 3.). Infine
l’ emulsione 4 era ottenuta eliminando il decyl oleate e aggiungendo il dimethicone/dimethiconol per migliorare la spalmabilità.
Le formulazioni successive sono state preparate eliminando la xanthan gum e utilizzando diversi emulsionanti di derivazione alchilica: il tri C12-C13 alkyl citrate (emulsione 5.), il di-C12-C13 alkyl tartrate-Tri-C12-C13 alkyl citrate-silica
(emulsione 6.), il di C12-C13 alkyl tartrate (emulsione 7.), il C12-C13 alkyl lactate
(emulsione 8.).
Aggiungendo un emulsionante lipofilo costituito da glyceryl stearate e PEG-75 stearate 2 % p/p si otteneva l’ emulsione 9. Nell’ emulsione 10 veniva nuovamente aggiunto xanthan gum (0.5% p/p) e diminuita la concentrazione del sorbitan stearate e sucrose cocoate dal 5.5 al 3 % p/p. L’ emulsione 11 e l’ emulsione 12 erano ottenute eliminando l’ emulsionante liofilo e diminuendo la concentrazione dello xanthan gum allo 0.25% p/p, rispettivamente. Infine,
sulla base delle informazioni raccolte con le formulazioni precedenti, è stata messa a punto l’emulsione 13 contenente Psillio (0.5 % p/p) disperso nella fase acquosa a cui veniva aggiunta la glicerina (4 % p/p) e la miscela di parabeni in fenossietanolo (0.5 % p/p); la fase oleosa conteneva come emulsionante primario il tri C12-C13 alkyl citrate (5% p/p), come agenti emulsionanti secondari il glyceric stearate, cetearyl alcohol, stearic acid, sodium lauroyl glutamate (3% p/p) e il cetearyl alchool (3 % p/p), come agente emolliente l’ ethyl hexyl palmitate (5 % p/p) e il dimethicone/dimethiconol (0.5 % p/p).
La composizione quali-quantitativa delle formulazioni preparate è riassunta nella Tabella 5.
Parallelamente veniva preparata un altro tipo di formulazione, un emugel, ottenuto eliminando la fase oleosa dall’ emulsione 1. e aggiungendo polyacrylamide, C13-14 isoparaffin, laureth-7 (2 % p/p) come agente ispessente
(emugel 14.). La percentuale di polyacrylamide, C13-14 isoparaffin, laureth-7 è
stata quindi diminuita dal 2 allo 0.5%p/p (emugel 15.) ed infine è stato aggiunto il dimethicone/dimethiconol (emugel 16) (vedi Tabella 6.).
La formula quali-quantitativa delle due formulazioni scelte (emulsione 13 e emugel 16) per la continuazione dello studio, sulla base delle loro caratteristiche macroscopiche, quali spalmabilità, aspetto e consistenza, è riportata nelle Tabelle 7 e 8.
In entrambe le formulazioni lo Psillio veniva idratato in acqua per 2 ore.
Per quanto riguarda l’ emulsione O/A, si procedeva preparando separatamente la fase acquosa (fase A) e la fase oleosa (fase B).
Alla soluzione acquosa di Psillio era aggiunta glicerina e riscaldata a 70° C. Contemporaneamente il Cosmacol ECI (tri C12-C13 alkyl citrate), il Tegosoft OP
(ethyl hexyl palmitate), il Lanette 0 (cetearyl alcohol) e il Protelans ENS (glyceric stearate, cetearyl alcohol, stearic acid, sodium lauroyl glutamate) venivano fusi ad una temperatura di 60-70°C. Successivamente veniva aggiunta la fase A alla fase B sotto agitazione, fino ad arrivare ad una temperatura di 40°C. Infine, venivano aggiunti il Dowcorning® 1403 FLUID (dimethicone/dimethiconol) e il Sepicide (phenoxyethanol,methylparaben, ethylparaben, propylparaben, butylparaben).
La preparazione dell’ emugel era eseguita aggiungendo alla soluzione di Psillio, il Keltrol T (xanthan Gum), precedentemente disperso in acqua, la glicerina e l’ Arlatone 2121 (sorbitan stearate e sucrose cocoate), scaldando fino a completa fusione dello stesso.
Infine veniva aggiunto il conservante (Sepicide), il Sepigel 305 (polyacrylamide, C13-14 isoparaffin, laureth-7) e il dimethicone/dimethiconol; il tutto quindi agitato
con vigore per ottenere la formulazione finale.
4.1. Studi di stabilità
Le formulazioni allo studio sono state sottoposte a prove di stabilità preliminare e accelerata. Prima di tutto venivano esaminati i seguenti parametri:
organolettici:
apparenza, colore, odore;
chimico-fisici:
pH, viscosità, resistenza alla centrifugazione.
Per determinare il pH è stato utilizzato un pH-metro ( Crison 52-21).
La caratterizzazione delle proprietà reologiche è stata effettuata mediante reometro rotazionale (RheoStress RS 150 Haake) alla temperatura di 25°C ± 0.2°C, con corpi di misura cono/piastra (C60/4°). I reogrammi sono stati eseguiti per valori di gradienti di velocità compresi tra 0 e 250 sec-1 e per una durata di 300 sec, valutando la correlazione tra gli sforzi di taglio () e gradienti di velocità () mediante elaborazione matematica operata con il software Rheowin® Pro-RS1.
Le formulazioni sono state centrifugate a 3000 rpm per 30 minuti per evidenziare una separazione di fase.
I campioni per la valutazione della stabilità sono stati posti in contenitori di vetro neutro e trasparente (vials), chiusi tramite tappo di gomma e ghiera, assicurando un’ ottima tenuta rispetto a fenomeni di evaporazione.
Il volume della confezione non è stato riempito completamente lasciando nella parte alta uno spazio di circa un terzo della sua capacità per i possibili scambi gassosi.
4.1.1. Stabilità preliminare
Sui campioni sono stati effettuati i test di stabilità preliminare o test di screening. I campioni sono stati sottoposti a cicli alternati di 24 h di riscaldamento in stufa (45 ± 2°C) e raffreddamento in congelatore (-5 ± 2°C) per una durata di 12 giorni.
Un campione di riferimento era conservato a temperatura ambiente al riparo dalla luce.
Al termine del periodo di stabilità sono state valutati il pH, il comportamento reologico e la resistenza alla centrifugazione.
4.1.2. Stabilità accelerata
Successivamente, le formulazioni sono state sottoposte al test di stabilità accelerata.
La durata degli studi è stata di 90 giorni. Le formulazioni venivano poste in stufa ad una temperatura di 37°C e di 45°C valutando i parametri chimico-fisici al 30°, 60° e 90° giorno [21].
4.2. Efficacia idratante dell’ emugel
Per valutare l’effetto idratante ed emolliente sulla cute, una quantità di emugel è stata applicata quotidianamente, due volte al giorno per una settimana, sulla cute secca e screpolata di volontari. I cambiamenti strutturali della cute venivano rilevati utilizzando un microscopio digitale (Dino-Lite, AM413T- FVW), per confronto con la cute non trattata.
