Nuove formulazioni – Beauty Horizons 1/2024

Peer reviewed

JENNIFER GUBITOSA¹, VITO RIZZI¹
PAOLA FINI², PINALYSA COSMA^1,2
1. Università degli Studi “Aldo Moro” di Bari | Italia
2. Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR-IPCF, UOS Bari | Italia

INTRODUZIONE

Negli ultimi anni, l’inquinamento ambientale ha generato una crescente preoccupazione globale in tutti i settori produttivi. Anche la filiera cosmetica ha rivolto l’attenzione al problema, innovandosi, impegnandosi nella ricerca di strategie e tecnologie all’avanguardia, materie prime sempre più sostenibili e green, e aggiornando la normativa a supporto di ogni livello. Inoltre, ha intensificato le sue attività di informazione e sensibilizzazione dei propri consumatori, affinché fossero più consapevoli nella scelta dei prodotti da acquistare. L’eco più grande e l’impatto più severo sono stati legati all’impiego della plastica, con particolare riferimento alle microplastiche. La modifica all’allegato XVII del Regolamento (CE) n. 1907/2006 (REACH), introdotta dal Regolamento (UE) 2023/2055 pubblicato il 25 settembre 2023, ha imposto restrizioni all’aggiunta intenzionale di microparticelle di polimeri sintetici insolubili, non biodegradabili, tra cui proprio le microplastiche, con deroghe temporali differenti a seconda che si tratti di prodotti rinse-off o leave-on. In realtà, già nel settembre 2018 il Parlamento europeo aveva invitato la Commissione ad introdurre un divieto di impiego delle microplastiche nei cosmetici entro il 2020, al fine di ridurre la dispersione di queste sostanze in ambiente marino (1). Per queste ragioni, è stato incentivato lo sviluppo di materiali polimerici innovativi di derivazione naturale come valide alternative a quelli sintetici, ma biodegradabili, a basso costo, e facilmente lavorabili su scala industriale (2).

I BIOPOLIMERI: SOLUZIONI INNOVATIVE SOSTENIBILI

Questa soluzione è stata sposata appieno da molte aziende cosmetiche, e di conseguenza molto apprezzata da consumatrici e, inaspettatamente, anche da consumatori di tutto il mondo. Tra i risultati? Un boom di vendite di maschere e patch in hydrogel, evoluzione più pratica e confortevole dei corrispettivi in tessuto, grazie all’immediata sensazione di freschezza che infondono; beauty trend “importato” dalla Corea. Formulati per ogni esigenza della pelle, che sia un booster di idratazione o per tonificare in poco tempo, sono la soluzione più rapida ed efficace per veicolare i loro ingredienti funzionali.

Sulla base di queste premesse, il lavoro di ricerca che sarà presentato a breve vorrebbe proporre film free-standing ibridi a base di chitosano, un biopolimero derivato da scarti della produzione ittica (3), e bava di lumaca, estratto naturale noto per le sue proprietà elasticizzanti e schiarenti (4), solo per citarne alcune, come potenziali formulazioni multifunzionali innovative.

In particolare, ne saranno illustrate le proprietà idratanti, antiossidanti, e di protezione dai raggi UV.

CHITOSANO-BAVA DI LUMACA: PROPRIETA’ BOOSTED

L’esoscheletro di molti artropodi, tra cui i crostacei, è costituito prevalentemente da chitina, dalla quale deriva, per parziale deacetilazione, il chitosano, un polimero biocompatibile, biodegradabile, e dalle spiccate proprietà antiossidanti note non soltanto in cosmesi, ma anche in biomedicina ed in campo farmaceutico (5). Non a caso, il chitosano è stato proposto in diverse forme e per molteplici applicazioni. (5) La letteratura scientifica evidenzia un boosting delle sue proprietà, specie in associazione ad additivi funzionali (6, 7, 8, 9, 10, 11). Il mix con la bava di lumaca, però, sembra rappresentare una novità.

Anche questo curioso estratto naturale ha suscitato l’interesse del settore farmaceutico, che la vede tuttora entrare a far parte della composizione di sciroppi mucolitici, così come quello della biomedicina, grazie alla sua particolarità di accelerare la guarigione delle ferite; ma è la cosmesi ad essere testimone di un moltiplicarsi di prodotti emollienti, idratanti, e nutrienti formulati per la skin-care.

La bava di lumaca è storicamente conosciuta per l’esperienza degli allevatori di lumache che notavano come, maneggiandole, le piccole ferite venivano rapidamente riparate, le cicatrici mostravano un aspetto più elastico ed un colore all’apparenza più chiaro, e la ruvidità delle loro mani si riduceva progressivamente. Queste evidenze sono associate al fatto che la secrezione di bava da parte delle lumache è necessaria come difesa contro le diverse sollecitazioni meccaniche alle quali questi animali sono costantemente esposti quando si muovono su determinate superfici caratterizzate da rugosità più o meno marcate. Inoltre, la bava di lumaca contiene una combinazione di ingredienti naturali benefici per la pelle umana, tra cui allantoina e acido glicolico, noto alfa-idrossiacido (AHA) dalle proprietà esfolianti e cheratolitiche (4).

REALIZZAZIONE DEI FILM CHITOSANO/BAVA DI LUMACA

CARATTERIZZAZIONE CHIMICO-FISICA DEI FILM CHITOSANO/BAVA DI LUMACA

Analisi profilometriche hanno confermato l’uniformità dei film ottenuti, e dimostrato l’assenza di segregazione dei componenti miscelati (CH e BL), a indicazione della loro compatibilità, nonché di una distribuzione omogenea della bava di lumaca all’interno del network polimerico, compattandolo, riorganizzandolo, e livellandone la superficie (12).

Analisi di permeabilità al vapor d’acqua e di angolo di contatto hanno invece fornito un feedback utile riguardo le caratteristiche di resistenza alla trasmissione dell’umidità, e di bagnabilità, rispettivamente.

Ne è emerso che l’aggiunta di bava di lumaca ha reso i film ibridi meno idrofili rispetto ai film realizzati con solo chitosano; ciò farebbe ipotizzare una ritenzione dell’umidità della pelle bilanciata rispetto a quella assorbita dall’ambiente esterno, ossia un miglioramento delle proprietà barriera e idratanti (11, 13).

La stabilità dei film ibridi CH/BL è stata valutata, sempre confrontandoli con film realizzati a base di solo chitosano, monitorando la % di swelling per una durata massima di 60 secondi a seguito dell’immersione dei film dapprima in acqua deionizzata, a temperatura ambiente, mantenendo un valore di pH pari a 6, e successivamente al variare del pH (range 2-12), della temperatura (range 4-50°C), e della forza ionica adottando l’NaCl come sale modello (range di concentrazione salina tra 0.1 ed 1 M) (12).

In acqua deionizzata la % di swelling è risultata essere drasticamente ridotta passando dai film costituiti da solo CH ai film CH/BL. La stabilità non è, invece, apparsa significativamente influenzata dalle variazioni di pH e temperatura (salvo a partire dai 50° C). I film CH/BL hanno risentito meno delle variazioni di pH, avendo mostrato una % di swelling inferiore. Stesso comportamento è stato riscontrato nel caso dell’immersione in ambiente salino a concentrazione crescente. È stato anche possibile osservare che l’esposizione prolungata (10 minuti) di questa tipologia di film ibridi in ambiente acquoso ne ha favorito la completa dissoluzione; questo suggerirebbe un loro impiego ottimale come “instant mask” per un booster di idratazione istantaneo (12).

PROPRIETÀ ANTIOSSIDANTI ED SPF

L’attività antiossidante è stata valutata eseguendo il saggio dell’ABTS, sempre confrontando la tipologia dei film ibridi CH/BL con i film a base di solo CH.

I risultati ottenuti hanno confermato il potere antiossidante intrinseco del chitosano, già ampiamente dimostrato da studi precedenti, che però viene incrementato grazie all’aggiunta della bava di lumaca, evidenziando un effetto dose-dipendente (12).

Un ulteriore esperimento a conferma delle elevate proprietà antiossidanti esibite dai film CH/BL realizzati, è stato eseguito monitorando nel tempo l’ossidazione di una biomolecola, la 4-tiotimidina (S⁴TdR), un nucleoside modificato, e l’eventuale formazione dei suoi sottoprodotti.

Nello specifico, essa rappresenta una “sonda chimica” in quanto estremamente suscettibile ad ossidazione da parte delle specie reattive dell’ossigeno, i cosiddetti ROS, in particolare dall’acqua ossigenata (H₂O₂), in questo caso adottata come agente ossidante modello (14, 15).

I risultati ottenuti hanno permesso di osservare il ruolo protettivo esercitato dai film CH/BL nei confronti nella degradazione della 4-tiotimidina, ed in particolare, un ritardo della sua ossidazione a timidina (TdR), sottoprodotto finale. Se ne deduce che tali film potrebbero essere proposti in qualità di potenti piattaforme antiossidanti potenzialmente in grado di combattere lo stress e l’invecchiamento cutaneo, nonché tutti i processi legati alla sovrapproduzione di ROS.

Non vanno trascurati i danni cutanei fotoindotti, solitamente associati alla produzione di ROS indotta a seguito dell’esposizione ai raggi UV. Di conseguenza, a risentirne, sono i sistemi di difesa antiossidante, favorendo l’insorgenza di problemi cutanei (16). Questi danni potrebbero essere potenzialmente evitati dai film ibridi CH/BL.

Ricorrendo ad un approccio teorico (17) per cercare di quantificare la capacità di protezione dalla componente UV della luce solare, sono stati stimati in-vitro alti valori di SPF (Fattore di Protezione Solare) che aumentavano da 25 a 60 in proporzione alla quantità di bava di lumaca presente nei film ibridi rispetto ai film a base di solo chitosano (SPF calcolato pari a 6).

Questi valori così elevati ne indicherebbero la potenziale capacità di proteggere la pelle non soltanto dai raggi UV, rappresentando una nuova strategia per aiutare a prevenire non solo il fotodanneggiamento, (12) ma anche le scottature solari (17).

COSMESI ED ECONOMIA CIRCOLARE

In accordo ai principi dell’Economia Circolare che prevede il recupero ed il riutilizzo dei rifiuti affinché vengano il più possibile valorizzati, sono stati realizzati film ibridi a base di chitosano, polimero zuccherino biocompatibile derivato dagli scarti di lavorazione dei prodotti ittici, e bava di lumaca.

Il connubio tra questi due ingredienti funzionali ha visto un boosting delle proprietà idratanti, barriera, antiossidanti, e fotoprotettive, unite in piattaforme multifunzionali che potrebbero essere potenzialmente proposte per formulare patch o maschere viso innovative in forma di hydrogel, confortevoli e sensorialmente gradevoli.

Si aprirebbero così nuovi orizzonti applicativi per i polimeri naturali, specialmente se impiegati in associazione ad estratti caratterizzati da un pool di biomolecole versatili.

Anche l’aspetto economico non verrebbe trascurato, perché così facendo, ossia recuperando gli scarti e riutilizzandoli in una nuova veste, verrebbero abbattuti i costi associati alla loro gestione e, quindi, smaltimento, garantendo ai consumatori qualità, efficacia e, soprattutto sicurezza dei prodotti finiti realizzati.

Riferimenti bibliografici

1. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/PDF/?uri=CELEX:32023R2055
2. Kumari, S. V. G.; Pakshirajan, K.; Pugazhenthi, G. Recent advances and future prospects of cellulose, starch, chitosan, polylactic acid and polyhydroxyalkanoates for sustainable food packaging applications. Int. J. Biol. Macromol., 2022, 221, 163–182; https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.08.203
3. Santos, V. P.; Marques, N. S. S.; Maia, P. C. S. V.; Barbosa de Lima, M. A.; de Oliveira Franco, L.; de Campos-Takaki, G. M. Seafood Waste as Attractive Source of Chitin and Chitosan Production and Their Applications. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(12), 4290; https://doi.org/10.3390/ijms21124290
4. Cristiano, L.; Guagni, M. Zooceuticals and Cosmetic Ingredients Derived from Animals. Cosmetics 2022, 9, 13; https://doi.org/10.3390/cosmetics9010013
5. Casadidio, C.; Vargas Peregrina, D.; Gigliobianco, M. R.; Deng, S.; Censi, R.; Di Martino, P. Chitin and Chitosans: Characteristics, Eco-Friendly Processes, and Applications in Cosmetic Science. Mar. Drugs 2019, 17, 369; https://doi.org/10.3390/md17060369
6. Di Filippo, M. F.; Panzavolta, S.; Albertini, B.; Bonvicini, F.; Gentilomi, G. A.; Orlacchio, R.; Passerini, N.; Bigi, A.; Dolci, L. S. Functional properties of chitosan films modified by snail mucus extract. Int. J. Biol. Macromol., 2020, 143, 126–135; https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.11.230
7. Kouhi, M.; Prabhakaran, M. P.; Ramakrishna, S. Edible polymers: An insight into its application in food, biomedicine and cosmetics. Trends Food Sci. Technol., 2020, 103, 248–263; https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.05.025
8. López-Mata, M. A.; Ruiz-Cruz, S.; Silva-Beltrán, N. P.; de J. Ornelas-Paz, J.; Ocaño-Higuera, V. M.; Rodríguez-Félix, F.; Cira-Chávez, L. A.; Del-Toro-Sánchez, C. L.; Shirai, K. Physicochemical and Antioxidant Properties of Chitosan Films Incorporated with Cinnamon Oil. Int. J. Polym. Sci., 2015, 2015, 974506; https://doi.org/10.1155/2015/974506
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14. Rizzi, V.; Losito, I.; Abbattista, R.; Fini, P.; Agostiano, A.; Cataldi, T. R. I.; Cosma, P. Potential of 4-thiothymidine as a molecular probe for H₂O₂ in systems related to PhotoDynamic therapy: A structuristic and mechanistic insight by UV–visible and FTIR-ATR spectroscopies and by ElectroSpray ionization mass spectrometry. J. Mol. Liq., 2018, 264, 398–409; https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.05.073
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17. Rizzi, V.; Gubitosa, J.; Fini, P.; Nuzzo, S.; Agostiano, A.; Cosma, P. Snail slime-based gold nanoparticles: An interesting potential ingredient in cosmetics as an antioxidant, sunscreen, and tyrosinase inhibitor. J. Photochem. Photobiol., B, 2021, 224, 112309; https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2021.112309

Biografie

Dr. Jennifer Gubitosa
Laureata in Farmacia presso il Dipartimento di Farmacia-Scienze del Farmaco, Università degli Studi di Bari “Aldo Moro” nel 2017; Cosmetologa e Valutatore della Sicurezza dei Prodotti Cosmetici dal 2019. Dal 2021 è abilitata alla professione di Farmacista. Attualmente è Ricercatrice Post-Doc presso il Dipartimento di Chimica della stessa Università.

Dr. Vito Rizzi
Laurea Magistrale in Scienze Chimiche conseguita nel 2012 presso il Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”. Attualmente è Ricercatore a Tempo Determinato di tipo B (RTDb) presso lo stesso Dipartimento.

Dr. Paola Fini
Laureata in Chimica nel 1994 presso l’Università degli Studi di Bari, è ricercatore a tempo indeterminato presso l’Istituto per i Processi Chimico-Fisici, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IPCF) divisione di Bari.

Prof. Pinalysa Cosma
Laureata in Chimica nel 1988 presso l’Università degli Studi di Bari, attualmente ricopre il ruolo di Professore Associato presso il Dipartimento di Chimica della stessa Università.

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