UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MEXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES- CUAUTITLAN

XX Congreso Nacional de Química Cosmética

“Implicaciones de la nanotecnología en formas cosméticas”

Dr. David Quintanar Guerrero

Junio del 2011

Indice

I. Antecedentes de la Nanotecnología

II. Generalidades de la Nanotecnología

III. Estado actual de la Nanotecnología

III.1. Nanomedicina dérmica

III.2. Sistemas nanoparticulados

III.2.1. Definiciones

III.2.2. Desarrollos cosméticos

III.2.2. Líneas de investigación

IV. Conceptualización futura de nanosistemas

I. Antecedentes de la Nanotecnología

El concepto de la bala mágica

... “Desarrollar diminutas partículas capaces de acarrear moléculas activas a sitios específicos en el cuerpo, donde el efecto es requerido”

Erlich, P., Collected studies on immunity, Willey & sons, 1906, p. 442.

La concepción fundamental de la Nanotecnología(Una invitación a introducirse a un nuevo campo de la física)

...”manipular y controlar la construcción de cosas átomo por átomo no es un intento de violar alguna ley; es algo que en principio puede hacerse; pero en la práctica no se ha logrado porque somos demasiado grandes”Richard P. Feynman

Proceed. American Physical Society (Cal Tech), There’s Plenty of Room at the Bottom, 1959.

Primer artículo sobre ingeniería molecular(Un acercamiento al desarrollo de capacidades

generales para la manipulación molecular)

... “El hecho de evidenciar maquinaria molecular en sistemas vivos demuestra la factibilidad de hacer ingeniería molecular para producir maquinas moleculares complejas y artificiales”

Microscopía efecto tunel (STM)

Microscopía de efecto tunel (STM)

H. Rörher y G. Binning(premio Nobel 1986)

Inscripción de la marca IBM con35 átomos de xenón (Centro deInvestigación de Almaden, 1990).

Microscopía de fuerza atómica (AFM)

<~10 nm diametro

Resolución lateral: 0.1 nmResolución vertical: 0.02 nm

II. Generalidades de la Nanotecnología

Algunas cifras La inversión mundial en nanotecnología asciende a 6 billones de

dólares en el 2005.

El mercado global de nanoproductos podría alcanzar un trillón de dólares para el 2015.

Se estimó un gasto de 82 billones de dólares para el desarrollo de DDS incluyendo cosmecéuticos en el 2007.

De 90 artículos científicos publicados en 1979 hemos pasado a 37,000 en el 2004.

De 15 patentes americanas en 1980 hemos pasado a 1,000 en el 2004.

El precio de un producto nanotecnológico multiplica su precio por 1000

Nano-

NanomedicinaNanobiosistemasNanocapilaresNanocápsulasNanocompuestosNanocomponentesNanocristalesNanodispositivosNanoesferaNanoestructurasNanoelectrodosNanoescalaNanofaseNanofabricaciónNanomáquinasNanopartículasNanotecnologíaNanojuntasNanomotores, etc.

Una billonésima parte de un metro

El prefijo nano-

Un cabello humano50,000 nm

10810710610510410310210110010-1

10 Centímetros

10-2

1 Centímetro

10-3

1 Milímetro

10-4

100 micrones

10-5

10 micrones

10-6

1 micrón

10-8

100 Amgstrons

10-9

10 Amgstrons

10-10

1 Amgstron

10-12

1 Picómetro

10-14

10 Fentómetros

10-7

1.000 Amgstrons

Nanodispositivos:Nanotubos

DendrimerosNanopartículasPseudolatexes,

Nanoestructuras, etc.

Nanómetros

Nanotecnología

“Disciplina que estudia el diseño y la manufactura de entidades coloidales con dimensiones nanométricas, cuerpos cuyo funcionamiento es explicado por su estructura ó

superfície submicrónica y máquinas con movimiento de precisión submicrónica”.

Coombs, R. H. & Robinson, D. W., Nanotechnology in medicine and biosciences, OPA, Netherlands (1996).

“El desarrollo y uso de dispositivos que tienen tamaño de pocos nanómetros.”

physics.about.com.

“El arte de manipular materiales sobre una escala atómica o molecular especialmente para construir dispositivos microscçopicos”.

Miriam Webster Dictionary

                  

                  

Ensamblaje de nanoestructuras

Atomos y moléculas

Nanopartículas

Bloques (nanoestructuras)

Materiales de altaárea y superficie

Estructurasfuncionales

Dispersiones y recubrimientos

Dispositivos útiles

Materiales “macro”

Dispositivos útiles

“top down”Proceso monolítico a

nivel submicrónico

“bottom up”Ensamblaje a partir de

diminutas estructuras

III. Estado actual de la Nanotecnología

Filtro prototipo con agujeros de 35 m de diámetro cortados en una membrana polimérica de 150 m de espesor.

Nanolitografía

SEM de células amnióticas humanas creciendo sobre una pieza de polietilentereptalato. Note como la célula adapta su forma a la nanoestructura.

Agujeros cuadrados (50 m) micromaquinados sobre un cabello humano.

Información alfanumérica directamente impresa en un cabello humano usando un haz de iones galio a una energía de 50 keV.

Proteína Hemoglutinina Ferritinina-anticuerpo-estreptavidina

Vacancia de un átomo de yodo (2.5 nm)

Adenovirus (80 X 80 nm)Doble hélice del DNA (155 nm)

III.2. Sistemas nanoparticulados cosméticos

Nanoemulsiones

Nanoemulsión óMiniemulsión o

Emulsión ultrafina oEmulsión submicrónica

Homogenización a alta presión

Ventajas de nanoemulsiones

• Atractivas organolépticamente.

• Excelentes propiedades sensoriales.

• Rápida penetración.

• Mayor penetrabilidad (poder hidratante).

• Acarreo de activos cosméticos

×

Wissing, S. et. Al. Int. J. of Pharm., 254(2003) 65-68

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Distancia (mm)

Ca

nti

da

d d

e O

MC

(m

cg

)

NE (200 nm)

E

Penetrabilidad cutánea de OMC en piel humana por la tácnica de tape stripping

Olvera-Martínez B.I., et al., Int. J. Pharm. 94 (2005) 1552-1559.

Nanofraccionación de principios activos (nanocristales)

Incremento del área superficial

Incrementa la velocidad de disolución

Incrementa la bioactividad en la piel

Más rápido comienzo de la acción dérmica

Disminuye la dosis necesaria

Decrece la variabilidad del dermoefecto

Nanomateriales ultrafinos o nicrofinos (p. ej. ZnO y TiO2) como protectores solares físicos

TiO2 (~200 nm)

Formación de películas transparentes

1 2Diámetro de la partícula (μm)

Efi

cien

cia

de d

ispe

rsió

n al

vis

ible

Tra

nspa

rent

e

Efectiva dispersiónUVB y UVA (290-370 nm)

10-1000 nm

10-1000 nm

Nanocápsula

Definición Las nanopartículas son sistemas coloidales sólidos, generalmente

formados de materiales macromoleculares (biodegradables ó no) o lipídicos, en los que una substancia activa puede ser incorporada, adsorbida ó unida químicamente a la partícula

Nanoesfera

Quintanar-Guerrero, D; Allémann, Eric, Fessi, Hattem; Doelker, Eric. Preparation techniques and mechanisms

of formation of biodegradable nanoparticles from preformed polymers (1998), 24 (12), 1113-1128.

MATERIALES :PolímerosProteinasLípidos

Métodos de preparación

Quintanar-Guerrero, D; Tamayo-Esquivel, David; Ganem-Quintanar, Adriana; Allémann, Eric; Doelker, Eric. Adaptation and optimization of the emulsification-diffusion technique to prepare lipidic nanospheres (2005), 26 (2), 211-218.

Método de emulsificación-difusión

Mecanismo de formación de nanopatículas por E-D

Quintanar-Guerrero, D., et al., 1997. Colloid Polym. Sci. 275, 640–647.

Difusión

región desupersaturation

Nanopartículas

polímero

Tamaño de partícula Potencial zeta

Microscopio Electrónico de Barrido

Calorimetría Diferencial de Barrido

Caracterización

Vectorización de activos cosméticos

Nanopartículas lipídicas sólidas (SLN)

Efecto oclusivoF = 100 (A-B)/A

A y B son pérdida de agua con y sin muestra respectivamente

Müller, R. H. et al., Adv. Drug Del. Rev., Suppl. 1 (2002) S131-S155

Fac

tor

de

oclu

sión

tiempo (h)

Oclusividad de SLN de 200 nm vs. Micropartículas de 4 μm en función del tiempo.

Oclusividad de una crema comercial vs la misma con 4 % p/p de SLN en función del tiempo.

6 h24 h48 h

Crema Crema + SLN

Fac

tor

de

oclu

sión

Mecanismo de oclusión de las SLN

4 μm

Poros capilares

FUSIÓN

200 nm

H2O H2O

PIEL

Poros amplios

Vectorización periodontal

Periodonto sano Periodontitis

Saco

Piñon-Segundo, E.; Ganem-Quintanar, A.; Alonso-Pérez, V.; Quintanar-Guerrero, D. Preparation and characte- rization of triclosan nanoparticles for periodental treatment. International Journal of Pharmaceutics (2005), 294 (1-2), 217-232.

200 250 300 350 400

l

Efecto fotoprotector químico (OMC)

Sin NP Con NP

Olvera-Martínez, B.; Cazares-Delgadillo, J.; Calderilla-Fajardo, S. B.; Villalobos-García, E.; Ganem-Quintanar, A.; Quintanar-Guerrero, D. Journal of Pharmaceutical Sciences (2005), 94 (7), 1552-1559.

Microagujas

Modalidades cosméticas

Transfersomas

IV. Conceptualización futura de nanosistemas

Perspectiva

Grandes avances han sido logrados en la comprensión y diseño de estructuras con funcionamiento submicrónico. Las futuras aplicaciones ofrecen un tremendo potencial en ciencia, ingeniería, medicina y cosmética. Resulta evidente y urgente la incorporación de la nanotecnología como área emergente en nuestros países afín de evitar un rezago tecnológico de importantes implicaciones.

                                                

    

Maestría y Doctorado enCiencias Químicas

(Tecnología Farmacéutica)

http://www.cuautitlan.unam.mx/sitios/lab_tec_farmacia/o

http://www.cuautitlan.unam.mx/(link: Posgrados-------Maestría y Doctorado en Cs. Químicas)

Colaborades

MC Alonso Pérez VicenteQFB Ayala Bravo Hilda Adriana

pQFB Briones Crescencio GaddielQFB Calderilla Fajardo Silvia Berenice

cDr Cázares Delgadillo YenifferQFB Chávez Monroy Fabiola

C Dr Díaz Torres RobertopMC Domínguez Delgado Clara Luisa

Dr Escobar Chávez José JuanpQFB Fuentes Pérez Alejandro

pQFB Galicia Tornell Edgar SalvadorQFB García Rodríguez José Raúl

Dra Ganem Rondero AdrianapMC Gómez Leyva GerardopQFB Gómez Peláez Marisol

QFB González Sánchez Luis AntonioQFB Gutiérrez Escamilla CésarcDr López Cervantes MiriampMC Mendoza Muñoz Nestor

cDr Mendoza Romero LuiscDr Nava Arzaluz María Guadalupe

pMC Noriega Peláez Eddy KeyQFB Olvera Martínez BlancacDr Piñón Segundo Elizabeth

pDr Rodríguez Cruz Isabel MarlenQFB San Martín Méndez Alma Laura

pQFB Suárez Buendía ArmandoMC Tamayo Esquivel David

pMC Urbán Morlán María ZaidaDr Villalobos García Rafael

QFB Zorraquín Cornejo Briza NadyrpDr Zambrano Zaragoza María de la Luz