Ana Valera / 29 Noviembre 2023

Ingeniería genética y modelos celulares, claves para avanzar hacia una cosmética natural

La industria cosmética se encuentra en un proceso continuo de innovación para adaptar sus formulaciones y ofrecer nuevos productos, cuyos ingredientes tengan un origen natural, que cumplan con los requisitos normativos y legales y que presenten una efectividad mejorada y testada. En este contexto, en AINIA estamos trabajando en el proyecto MAREA II estudiando y evaluando nuevos materiales de recubrimiento avanzados, a partir de materiales naturales, para su uso en procesos de microencapsulación de principios activos, que permitan producir microcápsulas empleadas como ingrediente de formulaciones cosméticas. Te lo contamos.

Para que los principios activos de interés en las formulaciones cosméticas ejerzan su función es necesario que lleguen a su destino (a las células diana de interés) estables, sin haber sufrido una degradación y en cantidad suficiente para ejercer su función. Una de las soluciones se basa en generar sistemas de liberación dirigida, en los que los principios activos son encapsulados con materiales que aporten una protección y permita una liberación en el lugar deseado.

La liberación controlada y dirigida de principios activos es un campo en continua investigación, que se lleva estudiando desde hace décadas debido al gran interés que suscita en industrias como la farmacéutica, cosmética o alimentaria. Encontrar una solución efectiva y personalizada para cada una de las patologías y/o enfermedades que el ser humano puede padecer es un reto al que los científicos de todo el mundo se llevan enfrentando desde la mitad del siglo XX.

Materiales de encapsulación avanzados, de origen natural, para el sector cosmético

En AINIA, en el marco del proyecto MAREA II, continuamos estudiando y evaluando materiales de encapsulación avanzados, que sean naturales y que presenten propiedades de biocompatiblidad y biodegradabilidad, que permitan la generación de sistemas de liberación dirigida de compuestos de interés para el sector cosmético a células diana de la piel, como son los queratinocitos y los fibroblastos.

Este proyecto, apoyado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y fondos FEDER, se centrará en estudiar materiales de origen natural de uso en el sector cosmético, como son el quitosano y el alginato, para su uso en procesos de microencapsulación de principios activos de diferente naturaleza (hidrofílica y lipofílica). Para conseguir una liberación dirigida a las células diana, se continuará el estudio de funcionalización de las cápsulas con péptidos con capacidad de penetración celular en la piel (CPP). Estos péptidos serán diseñados, sintetizados y modificados para potenciar su capacidad penetrante y, de esta manera, conseguir una mayor efectividad durante el proceso de dirección de las cápsulas a las células.

Durante esta anualidad se complementará el trabajo desarrollado previamente sobre materiales de encapsulación de origen polimérico, con propiedades de biodegradabilidad y biocompatibilidad, con la investigación en mayor profundidad de materiales de encapsulación de origen natural y qué procesos de encapsulación son los más adecuados en función de la naturaleza del principio activo, teniendo en cuenta que los procesos deben ser fácilmente escalables a nivel industrial, tanto en coste como en tiempo.

Sistemas de liberación dirigida más eficaces a través de la ingeniería genética

Actualmente hay numerosos estudios científicos sobre la funcionalización de distintos materiales con moléculas bioactivas para conseguir sistemas de liberación dirigida o controlada de fármacos a células diana seleccionadas. En el contexto de una aplicación cosmética, en concreto de una aplicación tópica, se hace mucho más relevante el empleo de moléculas bioactivas que incrementen la capacidad de penetración celular. Para ello, se pueden utilizar los llamados péptidos penetrantes (CPPs, Cell Penetrating Peptides); son péptidos cortos, formados por 5-30 aminoácidos ricos en residuos cargados positivamente. Gracias a esta carga, son capaces de atravesar las membranas celulares y los lípidos y queratinocitos de la piel de manera eficiente, por lo que se han aplicado en productos cosméticos para maximizar la absorción.

Producción de un péptido penetrante (CPP) empleando herramientas de ingeniería genética

Con el objetivo de conseguir sistemas de liberación dirigida a células diana de la piel más eficaces, en el proyecto MAREA II se ha planteado llevar a cabo la producción de un péptido penetrante (CPP) empleando herramientas de ingeniería genética. La tecnología del DNA recombinante, así como las técnicas de biología molecular e ingeniería genética, permiten a día de hoy producir de manera recombinante péptidos y proteínas conocidas con funciones específicas. La mayoría de péptidos CPPs han sido descubiertos en la naturaleza y su validación funcional se ha realizado a través de costosos procesos de purificación, desde la fuente natural o recurriendo a la síntesis química.

En el proyecto MAREA II produciremos de una manera recombinante y con mayor eficacia una secuencia peptídica CPP en una plataforma bacteriana, que permita su fácil purificación, dejando así de lado la costosa síntesis química. Además, se alterará específicamente la secuencia del CPP para mejorar sus propiedades naturales de penetración, obteniendo así un CPP mejorado para su adhesión a la superficie de las microcápsulas y que potencie la capacidad de liberación dirigida.

Eficacia de los sistemas de liberación dirigida a través de la tecnología de bioimpresión

En Europa, al estar prohibido utilizar modelos de animales para estudiar la eficacia de formulaciones cosméticas, se hace necesario el estudio y la creación modelos celulares que sean capaces de representar de la forma más realista posible los tejidos in vivo. Los estudios con modelos celulares de la piel permiten la compresión de los complejos procesos moleculares que regulan y controlan la función de distintas células que forman parte de la piel. Este tipo de estudios está ampliamente extendido en la industria cosmética por las diferentes ventajas que aporta, entre las que destacan:

  • Reducción en los tiempos de ensayo
  • Cantidad de muestra a utilizar
  • Personalización del modelo en función de las necesidades del estudio o del compuesto activo a estudiar.

Para poder evaluar la eficacia de los distintos compuestos activos encapsulados en los materiales seleccionados y funcionalizados con los CPPs, se hace necesario disponer de un modelo que reproduzca de forma realista las condiciones fisiológicas de la piel humana. Por ello, continuaremos el estudio de modelos celulares 3D, mediante la tecnología de bioimpresión, de manera que se obtengan modelos mejorados frente a los 2D tradicionales. Estos modelos 3D permiten, entre otros, un mejor intercambio de nutrientes/oxígeno, recreación del ambiente tridimensional e interacción célula-matriz. Estos modelos permitirán obtener resultados más fiables en la evaluación de los compuestos encapsulados de uso cosmético.

Todo ello con el fin de conseguir nuevos materiales de recubrimiento avanzados para la microencapsulación de compuestos sensibles, objetivo principal del proyecto MAREA II apoyado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y fondos FEDER.

logo IVACE FEDER 2022

 

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Ana Valera
Responsable de Proyectos en Tecnologías de Microencapsulación

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