Spontanoemulgujuće nanoemulzije za primenu kurkumina na koži: istraživanje uticaja međufaznih fenomena u koloidnom sistemu na efikasnost isporuke i biološku aktivnost

Abstract

U kontekstu biomedicinske primene, u poslednjih nekoliko decenija svedočimo svojevrsnoj renesansi koloidne nauke, što je verovatno posledica ekspanzije nanotehnologije i njene primene u domenu isporuke lekove, sa visoko postavljenim očekivanjima. Oslanjajući se na aktuelni trend istraživanja različitih nanonosača za isporuku aktivnih supstanci, cilj istraživanja ove doktorske disertacije bio je razvoj niskoenergetskih nanoemulzija za unapređenu dermalnu isporuku kurkumina (model aktivne supstance), uz razumevanje složenih interakcija koje su u osnovi nastanka ovih koloidnih sistema. Razmatrani su i određeni aspekati fizičkih i hemijskih modaliteta za poboljšanje isporuke aktivnih supstanci u/kroz kožu, sa idejom da se dizajnira prototip inovativnog adhezivnog flastera za dermalnu primenu koji će biti baziran na kombinaciji primene električne energije (kao fizičke metode za poboljšanje dermalne raspoloživosti), i nanoemulzija (naprednih nosača sa nanostrukturom). Kao rezultat eksperimentalnog rada, razvijene su visokobezbedne niskoenergetske nanoemulzije stabilisane kombinacijom polisorbata 80 i lecitina soje, sa trigliceridima srednje dužine lanca kao masnom fazom, odnosno njihovom kombinacijom sa eukaliptolom ili pinenom (kao hemijskim pojačivačima penetracije). Primenom niza komplementarnih tehnika, detaljno su okarakterisane u domenu mikrostrukture, oblika, veličine i morfologije dispergovane faze, fizičke stabilnosti, bezbednosti primene i pogodnosti za očuvanje hemijske stabilnosti model aktivne supstance, što je bilo praćeno relevantnim biološkim i biofarmaceutskim ispitivanjima. Na samom kraju, pokazana je superiornonst primene adhezivnog sistema za jontoforezu u kombinaciji sa nanoemulzijom kao inovativnog načina za dermalnu isporuku aktivnih supstanci. Kao najveći fundamentalni naučni doprinos ove doktorske disertacije može se smatrati analiza fenomena na granici faza, otkrivanje doprinosa različitih ekscipijenasa koloidnoj stabilnosti, i proširenje savremene teorije o stabilizaciji nanoemulzija.

In the context of biomedical application, in the last few decades there has been a kind of renaissance of colloidal science, which is probably a consequence of the expansion of nanotechnology and its application in the field of drug delivery, with highly posted expectations. Relying on the current research trend focused on different nanocarriers for the delivery of active pharmaceutical ingredients, the aim of this doctoral dissertation was to develop low-energy nanoemulsions for improved dermal delivery of curcumin (a model active ingredient), with an understanding of the complex interactions that underlie the formation of these colloidal systems. Certain aspects of physical and chemical modalities for improvement of dermal drug delivery into/through the skin were considered, with the idea of designing a prototype of an innovative adhesive patch for dermal application that will be based on a combination of electricity (as a physical methods to improve dermal delivery), and nanoemulsions (advanced nanostructured carriers). The research resulted in the formation of highly safe low-energy nanoemulsions stabilized by a combination of polysorbate 80 and soybean lecithin, with medium-chain triglycerides as the oil phase, or their combination with eucalyptol or pinene (as chemical penetration enhancers). Using a number of complementary techniques, they were thoroughly characterized in the context of microstructure, shape, size and morphology of the dispersed phase, physical stability, safety and suitability for maintaining chemical stability of the active ingredient, which was followed by relevant biological and biopharmaceutical studies. Finally, the superiority of the application of the adhesive system for iontophoresis in combination with nanoemulsion as an innovative way for dermal delivery of active molecules has been shown. Extending the modern theory of nanoemulsion stabilization through the analysis of the interfacial phenomena, as well as the discovery of the contribution of various excipients to colloidal stability, could be considered as the most important scientific contributions of this doctoral dissertation.