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Polímeros inteligentes en la formulación de cosméticos

Los polímeros inteligentes para la formulación de cosméticos tienen la capacidad de cambiar su comportamiento según las condiciones de la piel o el ambiente. Estas propiedades abren la posibilidad de crear productos diferenciadores para el mercado.


Autores: Dr. Sergio Alcalá Alcalá, profesor investigador de tiempo completo, Facultad de Farmacia, Universidad Autónoma del Estado de Morelos; Dr. Sergio Alberto Bernal Chávez, profesor de asignatura, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México


Algunas formulaciones cosméticas actuales están lejos de garantizar el efecto deseado por los consumidores. Su composición requiere de aplicaciones frecuentes y en altas cantidades. Esto puede generar efectos indeseables a nivel tópico o propiciar concentraciones sistémicas, lo que no es propio de un cosmético.

Mejorar los productos cosméticos se ha vuelto una necesidad. La comunidad científica se ha encaminado no sólo a desarrollar nuevas formulaciones, sino a mejorar la efectividad y seguridad de las actuales mediante el uso de nuevos y mejores materiales. Varias propiedades tecnológicas que impactan la efectividad de los cosméticos se han visto mejoradas con el uso de materiales inteligentes.

En la última década se ha trabajado considerablemente en el desarrollo de sistemas de liberación de principios activos cosméticos. El enfoque ha sido desarrollar nuevos materiales que ejerzan un mejor desempeño o proporcionen nuevas funciones a los cosméticos (Figura 1).

Polímeros estímulo-responsivos

Los polímeros inteligentes (PI), también conocidos como polímeros estímulo-responsivos o ambiente-responsivos, son macromoléculas que se han diseñado a partir de materiales naturales y sintéticos [3]. Estos polímeros han permitido avances recientes y propuestas en formulaciones cosméticas.

Figura 1. Principales beneficios que ofrecen los polímeros inteligentes a las formas cosméticas

Los PI son materiales capaces de responder a estímulos externos, tales como el calor (termorresponsivos); la presión/estrés (mecanorresponsivos); el voltaje/corriente eléctrica (electrorresponsivos); el cambio de pH/humedad/solvente (quimiorresponsivos); los campos magnéticos (magnetorresponsivos); la luz (fotorresponsivos); el ultrasonido (sonorresponsivos), etc.[1, 2] (Figura 2).

La respuesta de los materiales mencionados se genera debido a algún cambio físico y/o químico en sus propiedades o estructura, lo que permite mejorar la actividad de los activos cosméticos cuando son empleados como vehículos de estos.

Figura 2. Polímeros o compuestos que tienen un efecto responsivo ante un elemento o cambio externo

Entre los polímeros inteligentes más utilizados se encuentran los termorresponsivos, con una amplia aceptación en varias aplicaciones tópicas. Considerando que la temperatura universal de la piel es de aproximadamente 33 ºC, son una alternativa importante en la formulación de productos cosméticos, ya que responden a temperaturas cercanas a esta.

Polímeros termorresponsivos

Los polímeros termorresponsivos caen en dos categorías: los que exhiben un comportamiento de fase a una temperatura de solución crítica superior (TSCS); y los que la presentan a una temperatura de solución crítica inferior (TSCI, más alta que la temperatura de la piel) [4].

El poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) es un ejemplo de estos últimos. Es preparado por polimerización radical; puede modificar sus propiedades por variaciones en las concentraciones iniciales de sus componentes (monómero, agente entrecruzador e iniciador), así como por el control de la temperatura y el tiempo de reacción.

Debido a su TSCI, los hidrogeles de PNIPAM pueden ser utilizados para efecto antibacterial, e incluso pueden ser empleados en formulaciones parenterales [5]. De manera general, los polímeros termorresponsivos tienen un comportamiento líquido a temperatura ambiente, y semisólido a temperatura corporal. Varios usos se le han dado a estos polímeros; hidrogeles principalmente, pero también micelas y nanopartículas [6].

Un grupo de polímeros termorresponsivos —conocido como poloxámeros (copolímeros tribloque del óxido de polietileno-PEO y óxido de propileno-PPO)— posee características de termogelificación y autoensamblaje, como el poloxámero P407.

Figura 3. Efecto de la temperatura de la piel sobre las propiedades reológicas de una forma cosmética formulada a base de un polímero termorresponsivo, poloxámero P407

A cierta concentración, y según su proporción (PEO)-(PPO), sus formulaciones son líquidas con un comportamiento newtoniano a temperatura ambiente, las cuales gelifican conforme esta incrementa, llegando a su máxima viscosidad cuando se alcanza un valor aproximado de 35 ºC [7, 8].

Cabe resaltar que dicho comportamiento newtoniano es reversible, por lo que la disminución en la temperatura las lleva a su estado inicial (líquida). A una alta temperatura, los segmentos hidrofílicos (PEO) tienden a autoensamblarse, deshidratarse, agregarse y formar las micelas poliméricas que explican su comportamiento [9, 10] (Figura 3).

Polímeros pH-responsivos

Los polímeros pH-responsivos son sensibles a cambios en el pH; se caracterizan por la presencia de grupos ionizables en el esqueleto. La exposición de los polímeros a un medio acuoso con un determinado pH, provocará que los grupos ionicen según su pKa. Esto generará fuerzas repulsivas que pueden desembocar en la licuefacción de la forma cosmética, o bien que esta sufra un hinchamiento [11].

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Las formulaciones que incluyen estos polímeros —y que por lo tanto responden a un ambiente dinámico de pH— se vuelven cada vez más relevantes, particularmente para las aplicaciones cosméticas.

Figura 4. Uso de polímeros pH-responsivos para el tratamiento y recuperación del cabello después de un tratamiento agresivo

Como estrategia de formulación, se podría tomar ventaja del cambio de pH de la piel cuando la cantidad de grasa aumenta o disminuye. También durante el tratamiento del cabello con agentes alcalinizantes para la incorporación de tintes. Asimismo, para la acidificación de las sales de aluminio y zirconio en los sitios de aplicación de los antitranspirantes (Figura 4).  

Polímeros fotorresponsivos

Los polímeros fotorresponsivos se estimulan con la energía de la luz mediante una reacción (degradación o enlazamiento), con la ventaja de que las fuentes de luz utilizadas para activarlos no penetran los tejidos [1].

El interés en la aplicación de los polímeros fotorresponsivos en las formulaciones cosméticas estriba en que las fuentes de luz usadas para su activación no perjudican las capas más internas de la piel.  Además, estos polímeros inteligentes pueden utilizarse en la formulación de bloqueadores solares, donde las distintas fuentes de radiación solar son esenciales para su funcionamiento.

Debemos tener en mente que la industria cosmética es dinámica e innovadora. La incorporación a nuestras formulaciones de materiales que tengan la capacidad de cambiar su comportamiento según las condiciones de la piel o el ambiente, no sólo es una opción que se vuelve cada vez más interesante, sino que es una oportunidad para diferenciarse en el mercado.

Referencias

  1. Wang B, Chen K, Yang R, Yang F, Liu J: Stimulus-responsive polymeric micelles for the light-triggered release of drugs. Carbohydr Polym 2014, 103:510-519.
  2. Hajebi S, Rabiee N, Bagherzadeh M, Ahmadi S, Rabiee M, Roghani-Mamaqani H, Tahriri M, Tayebi L, Hamblin MR: Stimulus-responsive polymeric nanogels as smart drug delivery systems. Acta Biomater 2019, 92:1-18.
  3. Morey M, Pandit A: Responsive triggering systems for delivery in chronic wound healing. Adv Drug Deliv Rev 2018, 129:169-193.
  4. Itsuki K, Kawata Y, Sharker KK, Yusa SI: Ultrasound- and Thermo-Responsive Ionic Liquid Polymers. Polymers (Basel) 2018, 10(3).
  5. Dimatteo R, Darling NJ, Segura T: In situ forming injectable hydrogels for drug delivery and wound repair. Adv Drug Deliv Rev 2018, 127:167-184.
  6. Koetting MC, Peters JT, Steichen SD, Peppas NA: Stimulus-responsive hydrogels: Theory, modern advances, and applications. Mater Sci Eng R Rep 2015, 93:1-49.
  7. Tang S, Feng G, Cui W, Gao R, Bai F, Wang J, Zhao Y, Zeng M: Effect of alpha-Tocopherol on the Physicochemical Properties of Sturgeon Surimi during Frozen Storage. Molecules 2019, 24(4).
  8. Zhang Q, Song Y, Page SW, Garg S: Evaluation of Transdermal Drug Permeation as Modulated by Lipoderm and Pluronic Lecithin Organogel. J Pharm Sci 2018, 107(2):587-594.
  9. Batrakova EV, Kabanov AV: Pluronic block copolymers: evolution of drug delivery concept from inert nanocarriers to biological response modifiers. J Control Release 2008, 130(2):98-106.
  10. Chung HJ, Lee Y, Park TG: Thermo-sensitive and biodegradable hydrogels based on stereocomplexed Pluronic multi-block copolymers for controlled protein delivery. J Control Release 2008, 127(1):22-30.
  11. Sahu P, Kashaw SK, Sau S, Kushwah V, Jain S, Agrawal RK, Iyer AK: pH triggered and charge attracted nanogel for simultaneous evaluation of penetration and toxicity against skin cancer: In-vitro and ex-vivo study. Int J Biol Macromol 2019, 128:740-751.

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