Liposomi nelle applicazioni topiche

I liposomi hanno una lunga storia nello studio delle membrane biologiche. Più recentemente, i liposomi sono stati valutati come sistema veicolante per farmaci, vitamine e sostanze cosmetiche. I liposomi possono essere creati in modo da adattarsi ad ogni esigenza e bisogno, variando i contenuti dei lipidi, la misura, la carica della superficie e il metodo di preparazione. La preparazione di liposomi richiede una particolare attenzione per facilitare la formulazione, l’efficacia di incapsulamento e la capacità di produzione.

Il Prof. Michael Mezei e il suo gruppo di ricerca sono stati i pionieri nelle ricerche per l’utilizzo dei liposomi per applicazioni topiche all’inizio degli anni 80. Nel 1994 il Prof. Mezei ha avviato i primi studi per l’utilizzo del Minoxidil incapsulato nei liposomi. La membrana dei liposomi è molto simile dal punto di vista fisiologico, alla materia delle membrane cellulari. Quando una soluzione di Minoxidil intrappolata nei liposomi e viene applicata sulla cute, per esempio, i liposomi del Minoxidil vengono depositati sulla cute e cominciano a fondersi con le membrane cellulari. Durante questo processo, i liposomi liberano il loro carico di sostanze attive nelle cellule. Di conseguenza, non solo il veicolamento dei principi attivi è molto specifico ? direttamente nelle cellule bersaglio ? ma avrà luogo durante un periodo di tempo più lungo. Gli ingredienti del Minoxidil nei liposomi hanno maggiore stabilità, capacità di penetrazione ed efficacia, a minori dosi d?uso.

Il fatto di avere una sostanza che abbia un’azione vasodilatatoria a livello cutaneo (cioé che aumenti l’afflusso di sangue aprendo i capillari) non assicura che la sostanza stessa penetri profondamente nei tessuti. Come vedrete nello studio seguente, alcune case farmaceutiche hanno sviluppato un metodo per penetrare negli strati più profondi del derma. Stiamo utilizzando la crema veicolante descritta in questo studio, lavorando con l’azienda che l’ha sviluppata.
Biodisponibilità di Principi Attivi incapsulati in liposomi applicati sulla cute
Nella formulazione di prodotti ad uso topico, sono stati fatti dei tentativi di creare nuovi veicolanti che contenessero promotori di penetrazione, o di utilizzare farmaci che potessero assicurare un’adeguata localizzazione e penetrazione dei principi attivi all’interno o attraverso la cute per aumentare gli effetti topici e minimizzare quelli sistemici, o per assicurare un adeguato assorbimento pericutaneo per produrre un effetto sistemico. Per la farmacoterapia dermatologica occorre un veicolante che aumenti la penetrazione del principio attivo nella pelle, localizzi il farmaco all’area di azione e riduca l’assorbimento pericutaneo. Per l’assorbimento transdermico, in cui l’intenzione è di produrre un effetto sistemico piuttosto che locale, abbiamo invece bisogno di un veicolante che aumenti l’assorbimento pericutaneo e cioé fare in modo che una molecola di farmaco possa penetrare liberamente nel derma. Quando mi sono imbarcato in questo progetto, i liposomi venivano ampiamente esaminati come potenziali veicolanti di farmaci. Comunque, una ricerca sulla letteratura medica indica che i liposomi sono stati studiati solo per promuovere l’assorbimento sistemico e non quello topico. Per sperimentare i liposomi come sistema adeguato nella somministrazione topica sono stati fatti alcuni esperimenti verificando una o più delle ipotesi qui indicate.
L’incapsulamento liposomale:
· 1) Aumenta l’assorbimento pericutaneo, che lo rende adatto al veicolamento transdermico
· 2) Aumenta l’assorbimento cutaneo e diminuisce la rimozione dal derma, che lo rende quindi utile per il veicolamento dermico, cioé per curare le malattie della pelle.
· 3) Previene o minimizza l’assorbimento nella pelle o attraverso essa il che potrebbe essere utile per un prodotto antisettico o cosmetico
· 4) Non cambia lo stato del principio attivo se confrontato con i veicolanti tradizionali come unguenti, crème o lozioni, quindi l’utilizzo dei liposomi non è vantaggioso per l’utilizzo in lozioni ad uso topico.
Gli esperimenti hanno incluso i seguenti progetti:
· 1) Formulazione di prodotti liposomali adatti alle applicazioni topiche
· 2) Valutazione di questi prodotti per:
· Stabilità
· Qualità farmaceutica
· Biocompatibilità
· Biodisponibilità e
· Bioattività

In questa presentazione tratteremo della biodisponibilità di farmaci applicati topicamente tramite l’incapsulazione in liposomi confrontandoli con i farmaci ?liberi? incorporati in veicoli convenzionali come unguenti, crème, gel o lozioni. Abbiamo condotto studi esaustivi sulla biodisponibilità con una varietà di prodotti liposomali che contenessero triamcinolone acetonide, progesterone, econazole, minoxidil, lidocaine, o retinoidi. Prima sono stati selezionati dei conigli e poi cavie (porcellini d?india) come animali su cui sperimentare. Il cambio dai conigli alle cavie è avvenuto principalmente per motivi finanziari ma anche perché ci si è resi conto che le cavie sono un modello migliore per valutare la reazione ai medicinali rispetto a conigli, ratti o topi.

Il progetto per gli esperimenti su animali è stato precedentemente descritto [7,8]. Il principio di questo esperimento è che il preparato (test: liposomale; o di controllo: crema, unguento o lozione) dovrà essere applicato su di una precisa area, dove i peli sono stati rasati, in modo multidose, due volte al giorno, per 3-5 giorni. Questo non solo per simulare la condizione clinica ma anche per misurare la concentrazione dei medicinali nei vari tessuti, una volta raggiunta la concentrazione stabile. Dato che l’incapsulamento liposomale altera il destino farmacocinetico del medicinale, una singola dose produrrà diversi valori di concentrazione del medicinale stesso secondo una curva temporale; di conseguenza, il momento in cui viene effettuata la campionatura potrebbe essere cruciale. Allo stato di concentrazione stabile, si può misurare la reale differenza di concentrazione del farmaco nella pelle e in altri organi interni senza una grande fluttuazione; la differenza nella concentrazione del farmaco negli animali trattati con liposomi, unguenti, creme può indicare quindi in modo affidabile l’efficacia della penetrazione del farmaco sia nella forma liposomale che in quella convenzionale.

Data la diversità della struttura della pelle, che un’affezione della pelle può avere origine in diversi strati, e anche dato che il raggio d?azione può essere in diversi strati della pelle, è preferibile determinare la concentrazione del medicinale nei più importanti strati della pelle, per esempio epidermide, derma, e tessuti sottocutanei.

Per determinare l’assorbimento pericutaneo gli organi interni sono stati analizzati: sangue, cervello, polmoni, fegato, reni, milza e cuore. Anche la secrezione urinaria dà una buona indicazione dell’assorbimento pericutaneo. Dato che la concentrazione del farmaco negli organi interni dovrebbe essere molto bassa, è essenziale utilizzare un quadro analitico molto completo e affidabile. Riteniamo la tecnica del tracciamento radioattivo adeguata a questo scopo. Un limite di questo metodo è che la misurazione diretta della radioattività non indica il possibile metabolismo dell’ingrediente attivo; si misura l’isotopo che potrebbe ancora essere nel farmaco o nei suoi metaboliti.

Corticosteroidi topici
Si ritiene che il 50% delle preparazioni dermatologiche contengano corticosteroidi. Per il primo progetto, quindi, ho scelto uno dei preparati che vengono comunemente prescritti: corticosteroide triamcinolone acetonide (TRMA) come farmaco modello per l’incapsulamento liposomale.. Diverse formule sono state preparate e valutate per stabilità, efficacia di incapsulamento, e qualità farmaceutica. Due formule, una lozione e un gel, sono state valutate per la loro biodisponibilità [7,9]

L’analisi dei vari organi dei conigli ha indicato che l’incapsulamento liposomale ha alterato in modo positivo la disponibilità del farmaco. I cambiamenti più grandi si sono verificati nel tessuto bersaglio e in punti di possibile azione tossica. La formula liposomale, paragonata a quella in unguento, ha permesso l’assorbimento 4.5 volte superiore nell’epidermide e 3 volte inferiore della regione del talamo, un possibile punto di effetti negativi (fig. 1. Il gel liposomale ha veicolato 4.9 volte più farmaco nell’epidermide e 2.3 volte minor farmaco nella regione del talamo rispetto al gel contenente il farmaco ?libero?. La concentrazione nel sangue e la secrezione urinaria del TRMA sono state ridotte come risultato dell’incapsulamento liposomale, indicando che l’assorbimento pericutaneo del TRMA era minore se il farmaco viene applicato nella forma liposomale piuttosto che in quella di unguento o gel [7, 9]. Risultati simili sono stati ottenuti da altri esaminatori [5,20, 2.1]che hanno sperimentato il triamcinolone e idrocortisone in esperimenti su umani.

Antifungini topici
Incoraggiati dai risultati ottenuti con l’esperimento sul triamcinolone liposomale e su richiesta dalle CILAG AG (Svizzera) e la Johnson and Johnson (USA), ho formulato e valutato diversi prodotti liposomali che contenessero econazolo base e econazolo nitrato. Studi sulla biodisponibilità di sette prodotti liposomali indicano che la maggior parte dei liposomi hanno prodotto una concentrazione maggiore del principio attivo nella pelle e una minore concentrazione degli organi interni nelle cavie rispetto ai dosaggi convenzionali nelle forme in gel, crema,  o lozione. [10-12] In alcuni casi la penetrazione sia dermica che transdermica sono aumentate, come risultato dell’incapsulamento liposomale. Questa è stata la prima indicazione che i liposomi, a seconda della formulazione, possono essere utilizzati non solo per localizzare il farmaco sulla pelle, ma anche per aumentare l’assorbimento pericutaneo; quindi possono essere utili come forma di dosaggio per il veicolamento transdermico di farmaci.

Per ottenere un’appropriata concentrazione del farmaco (l’azienda ha insistito su 1% di econazolo) nei prodotti liposomali e per favorire il veicolamento  selettivo nel tessuto epiteliale ho sviluppato un nuovo ?sistema di veicolamento liposomale multi fase (MPL)? [13-15] . I vantaggi di questo sistema MPL sono i seguenti:
· 1. Ingredienti biologicamente attivi possono essere incorporati nel MPL ad una concentrazione maggiore rispetto alla loro solubilità in acqua o in lipidi.
· 2. Può fornire un sistema di rilascio prolungato
· 3. E’ particolarmente adatto per localizzare i principi attivi su o vicino all’area di applicazione, per esempio la pelle, gli occhi e le membrane delle mucose (polmoni, naso, tratto gastrointestinale e vagina.) [14,15].

Prodotti liposomali per il trattamento dei disordini di sviluppo dei capelli
Su richiesta della Upjohn Co. (USA) nel 1983,  ho iniziato gli studi di sviluppo per il  minoxidil liposomale.
Sono state preparate e catalogate molte formule, e sono stati valutati nove prodotti per quanto riguarda la biodisponibilità a confronto con formule della Upjohn (soluzione e sospensione). I risultati hanno indicato la superiorità della forma liposomica rispetto alle formule convenzionali (fig. 1) [ 12-15 ].

Alcuni prodotti avevano la stessa composizione chimica sia nel test (liposomica) che nella forma di controllo (sospensione). I risultati hanno dimostrato chiaramente che l’incapsulamento liposomico era responsabile della aumentata concentrazione del minoxidil all’interno degli strati della pelle. In alcuni casi, il veicolamento sia cutaneo che transdermico è aumentato come conseguenza dell’incapsulamento liposomatico (fig. 2). Anche se l’assorbimento transdermico di minoxidil non è certamente desiderabile, queste formule liposomiche hanno indicato che i liposomi possono anche servire da veicoli adatti per l’assorbimento transdermico di altri farmaci.

Anestetici Locali
Gli agenti anestetici topici solitamente hanno una penetrazione e un tempo di residenza all’interno della pelle limitati; quindi, la maggior parte degli anestetici commerciali  applicati localmente sono inefficaci [1 ].

Abbiamo messo a punto vari prodotti liposomici che contengono il tetracaine, il lidocaine, o il dibucaine e li abbiamo sperimentati confrontandoli con i prodotti commerciali esistenti. I risultati degli studi sulla biodisponibilità con lidocaine liposomico pragonato alla formula in unguento hanno indicato che i liposomi hanno favorito l’assorbimento cutaneo e ridotto quello agli organi interni rispetto alla formulazione in unguento.[16 ] Le indagini cliniche hanno indicato che la forma liposomale ha fornito un’anestesia duratura della pelle [ 4 ].

Retinoidi
I  retinoidi sono considerati gli agenti più efficaci nel trattamento dell’acne. Inoltre sono consigliati per il trattamento di molti tipi di patologie della pelle. I retinoidi sistemici, a causa dei loro effetti teratogeni, non sono adatti alla popolazione femminile. I retinoidi topici, per esempio, l’acido della Vitamina A o tretinoina, sono efficaci ma molto irritanti. Durante le prime settimane di terapia, i sintomi dell’acne possono aggravarsi e può verificarsi un peggioramento delle lesioni infiammatorie.  Gli effetti benefici possono essere evidenti solo dopo 3-6 settimane di terapia. A causa dell’irritazione e della mancanza di miglioramento immediato, la predisposizione a seguire questa cura da parte del paziente non è molto buona. In più, molti dermatologi ritengono che i retinoidi applicati topicamente si ossidino rapidamente prima che possano penetrare negli strati in cui devono attivarsi.

I risultati iniziali hanno indicato che l’incapsulamento liposomale ha ridotto l’irritazione locale e la probabilità di disattivazione dovuta all’ossidazione. Gli studi di biodisponibilità hanno rivelato che i liposomi hanno favorito l’assorbimento del farmaco nella pelle e ridotto quella agli organi interni rispetto ai prodotti commercializzati a base di acidi della vitamina A in crema e in gel. [3] Masini ed altri [ 6 ] hanno segnalato risultati simili con l’acido retinoico.

Studi sulla biodisponibilità con altri farmaci come ad esempio il methotrexate [17 ], gli interferoni [ 19 ] e la tobramicina [ 18 ], inoltre hanno indicato che l’incapsulamento liposomale può fornire l’assorbimento selettivo del farmaco.

Selettività del farmaco con i liposomi
Con la formulazione adatta, si può fare in modo che il farmaco agisca nelle zone bersaglio anche all’interno della pelle come illustrato nella fig. 3 [ 10, 12-15 ]. I risultati degli studi sulla disponibilità del farmaco in vivo con una delle forme liposomiche multifase selezionate di econazolo e minoxidil a confronto con i prodotti di controllo, cioé Pevaryl crema o la formulazione della Upjohn simile a Rogaine, hanno dimostrato che nel caso dell’econazolo la più grande differenza nella concentrazione del farmaco è all’interno dell’epidermide, zona in cui il farmaco agisce; nel caso di minoxidil, la differenza nella concentrazione del farmaco prodotta nella soluzione liposomale è maggiore all’interno del derma e dei tessuti sottocutanei, in cui si trovano i follicoli dei capelli.
Fig. 3. Selettività del farmaco con l’aiuto dei liposomi all’interno della pelle. Le concentrazioni del farmaco possono essere aumentate selettivamente e indirizzate nella zona d?azione voluta grazie alla formulazione liposomale adeguata

Farmacodinamica e studi clinici.
I risultati di questi studi clinici e farmacodinamici con i prodotti liposomali contenenti econazolo, idrocortisone, anestetici locali, o retinoidi confrontati con quelli sui prodotti di controllo (unguento, crema, gel, o soluzione) hanno indicato una correlazione positiva con i risultati dei nostri studi di biodisponibilità. La più alta concentrazione del farmaco riscontrata  nel campione di pelle trattato con i liposomi  ha prodotto una maggiore e prolungata bioattività. Questa correlazione è importante, poiché si può prevedere che la concentrazione più alta del farmaco è parzialmente dovuta al fatto che il farmaco stesso è ancora incapsulato nei liposomi all’interno dei tessuti e come tale, non è disponibile per il metabolismo o per l’azione.
Poiché l’attività può soltanto essere dovuta solo al farmaco “libero”, non ci può essere un rapporto diretto fra la bioattività e la concentrazione del farmaco misurate nei tessuti trattati con i liposomi. Altri studi relativi al meccanismo di assorbimento cutaneo dei farmaci con l’incapsulamento liposomico sono presentati in un altro studio recente [ 2 ]. In base ai risultati rivisti qui. posso concludere che i liposomi sono veicoli adatti per l’assorbimento selettivo dei farmaci. A seconde del tipo di liposoma e delle proprietà fisico-chimiche dell’ingrediente attivo e degli agenti ausiliari presenti nella formula, i liposomi possono essere usati principalmente per l’assorbimento cutaneo e in alcuni casi transdermico.