I SISTEMI DI VEICOLAZIONE INTRADERMICAI SISTEMI DI VEICOLAZIONE INTRADERMICA NELLA RICERCA DERMATOLOGICANELLA RICERCA DERMATOLOGICA

Pietro Santoianni Pietro Santoianni

Università di Napoli Federico IIUniversità di Napoli Federico II Dipartimento di Patologia sistematica - Dermatologia Dipartimento di Patologia sistematica - Dermatologia Dottorato di Ricerca in Dermatologia Sperimentale Dottorato di Ricerca in Dermatologia Sperimentale

*possibilità di possibilità di incrementarlaincrementarla

**aspetti aspetti penetrazione cutaneapenetrazione cutanea

di principi attivi/farmacidi principi attivi/farmaci

Strategie innovative

e sperimentazione di

nuovi metodi di veicolazione

Ricerca dermatologica Ricerca dermatologica

Terapia Terapia TopicaTopica

Intradermica Intradermica

TransdermicaTransdermica

studi studi

ricerca ricerca farmaceuticafarmaceutica

dermocosmeticadermocosmetica di di

bioingegneriabioingegneriaevidenza sperimentale e clinicaevidenza sperimentale e clinica

“Standards in Standards in topical topical bioavailability,bioavailability,

bioequivalence, and therapeutic bioequivalence, and therapeutic equivalence,equivalence,

are several years

behind those standards that exist in other behind those standards that exist in other therapies”therapies”

Surber C and Davis AF. Bioavailability and bioequivalence of dermatological Surber C and Davis AF. Bioavailability and bioequivalence of dermatological formulations. Informulations. In: Dematological and Transdermal Formulations.vol 119. : Dematological and Transdermal Formulations.vol 119. MarcelDekker,Inc. New York 2002 MarcelDekker,Inc. New York 2002

• ““interpreti” della interpreti” della utilizzazione utilizzazione

e e valutazione degli valutazione degli effetti terapeuticieffetti terapeutici

studi sperimentali e clinici studi sperimentali e clinici

Funzione della barriera Funzione della barriera

costituita dallo strato costituita dallo strato corneocorneo

Lampe MA, et al. Lampe MA, et al. Human stratum corneum lipids:characterization and regional differences. Human stratum corneum lipids:characterization and regional differences. J Lipid Res 24: 120-130, 1983J Lipid Res 24: 120-130, 1983

maggiore fattore limitante del processo maggiore fattore limitante del processo

di diffusione e penetrazione di diffusione e penetrazione

quasi impenetrabilità attraverso i corneocitiquasi impenetrabilità attraverso i corneociti

(via (via transcellulare)transcellulare)

(Elias PM, Menon GK. (Elias PM, Menon GK. Structural and lipid biochemical correlates of the epidermal Structural and lipid biochemical correlates of the epidermal permeability barrier. Adv Lipid Res 24: 1-26, 1991.)permeability barrier. Adv Lipid Res 24: 1-26, 1991.)

(ceramidi, colesterolo, (ceramidi, colesterolo,

acidi grassi liberi 1:1:1)acidi grassi liberi 1:1:1)

idrofobicità estremaidrofobicità estrema della matrice lipidica della matrice lipidica intercellulare intercellulare

la maggior parte dei principi la maggior parte dei principi attivi attivi

attraversa attraversa

vie vie intercellulariintercellulari

Roberts MS, Cross SE. Roberts MS, Cross SE. Skin transport p 89-195 in: Dermatological Skin transport p 89-195 in: Dermatological and Transdermal Formulations.vol 119. Marcel Dekker,Inc. New York and Transdermal Formulations.vol 119. Marcel Dekker,Inc. New York 20022002

Haftek M,Teillon MH,Schmidt D. Stratum corenum,corneodesmosomes and Haftek M,Teillon MH,Schmidt D. Stratum corenum,corneodesmosomes and ex-vivo percutanous penetration.Micros Res Tech.1998; 43:242-9ex-vivo percutanous penetration.Micros Res Tech.1998; 43:242-9

Menon CK,Elias PM. Menon CK,Elias PM. Morphological basis for a pore pathway in mammalian Morphological basis for a pore pathway in mammalian stratum corneum. Skin paharmacol.1997;10 :235-46stratum corneum. Skin paharmacol.1997;10 :235-46

Sostanze che penetrano facilmente:

- acido lipoico- acido lipoico

- acetil cisteina- acetil cisteina

- acetil carnosina - acetil carnosina

- vitamina E acetato- vitamina E acetato

- etc.- etc.

la capacità antiossidante naturalela capacità antiossidante naturaledella cute della cute

es: applicazione es: applicazione alfa tocoferolo alfa tocoferolo :: aumento di SOD, ascorbato, GSH aumento di SOD, ascorbato, GSH

TopiciTopici antiossidantiantiossidanti

possono integrare e possono integrare e potenziarepotenziare

La La biodisponibilità cutaneabiodisponibilità cutanea

della maggior parte delle della maggior parte delle formulazioni dermatologiche formulazioni dermatologiche commercializzate commercializzate

è bassa è bassa

Surber C and Davis AF. Bioavailability and Surber C and Davis AF. Bioavailability and bioequivalence of dermatological formulations. Inbioequivalence of dermatological formulations. In: : Dematological and Transdermal Formulations.vol 119. Dematological and Transdermal Formulations.vol 119. MarcelDekker,Inc. New York 2002 MarcelDekker,Inc. New York 2002

frazione 1-5% passa dal veicolo frazione 1-5% passa dal veicolo

nello strato corneonello strato corneo

Modulazione della permeazione cutaneaModulazione della permeazione cutanea

MetodiMetodi di incrementodi incremento

chimici – biochimici - di ordine chimici – biochimici - di ordine fisicofisico

principi attivi principi attivi

susu

• cellule basali cellule basali

• melanociti melanociti

• follicolo pilifero follicolo pilifero

• etcetc

Condizioni nelle quali la Condizioni nelle quali la barriera è integrabarriera è integra

  

VeicoliVeicoli

( creme, lozioni, gel, unguenti, etc.)( creme, lozioni, gel, unguenti, etc.)

delle preparazionidelle preparazioni

condizionano condizionano biodisponibillitàbiodisponibillità eded efficacia efficacia

delle delle formulazioniformulazioni

  

EccipientiEccipienti

(es.acidi grassi, propilenglicole,(es.acidi grassi, propilenglicole, DMSO, etanolo, acqua, etc.)DMSO, etanolo, acqua, etc.) dei dei veicoliveicoli

condizionano aspetticondizionano aspetti di estrema importanza di estrema importanza

eccipientieccipienti

condizionanocondizionano

Menon GK, Lee SH,Roberts M. Ultrastructural effects of some solvents and vehicles Menon GK, Lee SH,Roberts M. Ultrastructural effects of some solvents and vehicles on stratum corneum. In: Roberts MS. Dermal Absorption. Marcel Dekker, New York on stratum corneum. In: Roberts MS. Dermal Absorption. Marcel Dekker, New York 19981998

- alterazione - alterazione strutturastruttura della barriera della barriera

- aumento- aumento coeff. partizionecoeff. partizione veicolo/strato veicolo/strato corneocorneo - - diffusionediffusione attraverso la barriera attraverso la barriera

  

veicoliveicoli ed ed eccipientieccipienti

condizionano la condizionano la efficacia efficacia del principio attivodel principio attivo nelle formulazioninelle formulazioni

Franz TJ Pharmacokinetics and skin in:Franz TJ Pharmacokinetics and skin in:Skin barrier,percutaneous drug delivery Skin barrier,percutaneous drug delivery and pharmacokinetics. and pharmacokinetics. 1969-78 in Dermatology,vol 1. Mosby, 20031969-78 in Dermatology,vol 1. Mosby, 2003

creme, gel, soluzioni,etccreme, gel, soluzioni,etc

possono ottenere potenza = possono ottenere potenza = unguenti unguenti

Franz TG etal. Franz TG etal. Clobetasol p. foam:vehicle with enhanced delivery.Int J Clobetasol p. foam:vehicle with enhanced delivery.Int J Dermatol.2000;39:535-8Dermatol.2000;39:535-8

Non vi è efficace terapia con topici Non vi è efficace terapia con topici formulati secondo empirismoformulati secondo empirismo

e e con componenti dei veicoli con componenti dei veicoli

privi di razionaleprivi di razionale

Enhancers Enhancers

Mitragotri S. Synergistic effects of enhancers for transdermal drug Mitragotri S. Synergistic effects of enhancers for transdermal drug delivery. delivery. Pharm Res 2000; 17: 1354-59Pharm Res 2000; 17: 1354-59

a)a) incrementano la incrementano la diffusibilitàdiffusibilità della della sostanza sostanza

enhancers chimici classiciENHANCERSENHANCERS

b ) aumentano la b ) aumentano la solubilità solubilità nel veicolonel veicolo

c) migliorano il c) migliorano il coefficiente di partizionecoefficiente di partizione veicolo/stratoveicolo/strato corneo corneo

(Azone, SEPA, Dermac SR-38 e altri)(Azone, SEPA, Dermac SR-38 e altri)

- effetto irritante- effetto irritante

alterazione struttura barriera alterazione struttura barriera

• interferenza con lipidi intercellulariinterferenza con lipidi intercellulari

- - biosintesibiosintesi - - secrezione e organizzazionesecrezione e organizzazione dei lipidi dei lipidi ((es. brefeldina A, monetina ,etc)es. brefeldina A, monetina ,etc)  

Sunita Patil, Parminder Singh, Christiane Szolar-Platzer, Howard Maibach * Epidermal enzymes as penetration enhancers in transdermal drug delivery

enhancers

ENHANCERSENHANCERS

difficile recupero metabolico difficile recupero metabolico e riparazionee riparazione della barrieradella barriera

Tsai Jc et al. Metabolic approaches to enhance transdermal drug delivery.1.Effect of lipid synthesis inhibitors. J PharmSci. 1996;85:670-9

ENHANCERSENHANCERS

inibendo inibendo sequenze sequenze metaboliche metaboliche enzimi enzimi della sintesi della sintesi dei ceramidi o degli acidi dei ceramidi o degli acidi grassi grassi ( es. lovastatina)( es. lovastatina)

  

• alterazione del alterazione del

rapporto molare criticorapporto molare critico lipidi intercellularilipidi intercellulari ceramidi, colesterolo, acidi grassi liberi 1:1:1ceramidi, colesterolo, acidi grassi liberi 1:1:1

•delezione o eccesso delezione o eccesso

di uno dei 3 lipididi uno dei 3 lipidi

ENHANCERSENHANCERS

Questi metodi Questi metodi

• inducono inducono discontinuità discontinuità

nel sistema lamellare a doppio stratonel sistema lamellare a doppio strato

• ritardano la riparazioneritardano la riparazione

della barriera alterata della barriera alterata

  

Tsai Jc et al. Metabolic approaches to enhance transdermal drug delivery.1.Effect of lipid synthesis inhibitors. J PharmSci. 1996;85:670-9

incremento da enhancers per modifica incremento da enhancers per modifica di:di:

• polaritàpolarità

• pHpH

• Ca+ K+Ca+ K+

regolatori della omeostasi della regolatori della omeostasi della barrierabarrieraLee SH, Elias PM,Proksch E. Calcium and potassium Lee SH, Elias PM,Proksch E. Calcium and potassium

important regulators of barrier homeostasis. J Clin Inves. important regulators of barrier homeostasis. J Clin Inves. 1992;89:5301992;89:530

Sistemi fisiciSistemi fisici

di incremento della veicolazione di incremento della veicolazione

metodi strumentalimetodi strumentali

Ionoforesi - iontoforesiIonoforesi - iontoforesi metodi fisicimetodi fisici elettricamente assistiti elettricamente assistiti

IonoforesiIonoforesi

• sostanze sostanze ionizzabiliionizzabili

scarsa efficienza scarsa efficienza minimo assorbimentominimo assorbimento

  Singh J, Maibach HI. Singh J, Maibach HI. Transdermal delivery and cutaneous reactionsTransdermal delivery and cutaneous reactions in in Dermatology,vol 1. Mosby, 2003Dermatology,vol 1. Mosby, 2003

in Dermatologia è largamente in Dermatologia è largamente adoperata adoperata nella grave iperidrosi nella grave iperidrosi

IontoforesiIontoforesi campi elettrici bipolari campi elettrici bipolari

trasporto trasporto interstiziale interstiziale pori acquosipori acquosi

Gangarosa LP et al.Transdermal iontophoresis is a process that enhances skin permeation of ionized species by using an electric field as a driving force

Menon CK,Elias PM. Menon CK,Elias PM. Morphological basis for a pore pathway in mammalian Morphological basis for a pore pathway in mammalian stratum corneum. Skin paharmacol.1997;10 :235-46stratum corneum. Skin paharmacol.1997;10 :235-46

IONTOFORESIIONTOFORESI

- - trasporto di sostanze trasporto di sostanze ionizzabiliionizzabili

incluse incluse macromolecole macromolecole

polaripolari

Green PG. Iontophoreetic delivery of peptide drugs. Green PG. Iontophoreetic delivery of peptide drugs. J Contr Rel. J Contr Rel. 1996;41:33-48 1996;41:33-48

IONTOFORESIIONTOFORESI

importanza nella molecola della sostanzaimportanza nella molecola della sostanza::

grandezza grandezza

strutturastruttura

sequenza chimica sequenza chimica ( oligonucleotidi)* ( oligonucleotidi)*

Laneri S, et al. Laneri S, et al. Ionized prodrugs for transdermal iontophoretic delivery. Ionized prodrugs for transdermal iontophoretic delivery. Pharm Res Pharm Res 1999; 16: 1818-241999; 16: 1818-24

*R.M. Brand, et al. Effects of size and sequence on the iontophoretic delivery of oligonucleotides

meccanismi: meccanismi:

““ionoforesi” ionoforesi”

“ “elettrosmosi” elettrosmosi”

Volpato NM, Santi P, Colombo P. Iontophoresis enhances the tranport of acyclovir Volpato NM, Santi P, Colombo P. Iontophoresis enhances the tranport of acyclovir through nude mouse skin by electrorepulsion d elecroosmosis. Pharm Res 1995; 12: through nude mouse skin by electrorepulsion d elecroosmosis. Pharm Res 1995; 12: 1623-7.1623-7.

IONTOFORESIIONTOFORESI

efficienza : efficienza : livelli superficiali cutaneilivelli superficiali cutanei

lidocaina,epinefrina, lidocaina,epinefrina, metilprednisolone, desametazone, antiviralimetilprednisolone, desametazone, antivirali

Volpato NM; Nicoli S, Laureri C et al. Volpato NM; Nicoli S, Laureri C et al. In vitro acyclovir distribution in human In vitro acyclovir distribution in human skin layers after transdermal iontophoresis. skin layers after transdermal iontophoresis. J Control Realase 1998; 2: 50: 291-J Control Realase 1998; 2: 50: 291-296.296.

IONTOFORESIIONTOFORESI

Iontoforesi con idrogel Iontoforesi con idrogel

gel gel cooperazione cooperazione

migrazionemigrazione

nel campo elettriconel campo elettrico

  

Fang JY, Kuo CT, Fang CL, et al. Fang JY, Kuo CT, Fang CL, et al. Transdermal iontophoresis of sodium Transdermal iontophoresis of sodium nonivamide acetate evaluated by in vivo microdialysis and histologic study. nonivamide acetate evaluated by in vivo microdialysis and histologic study. Drug Development Research vol. 46, issue 2, 1999, 87-95. Drug Development Research vol. 46, issue 2, 1999, 87-95.

Banga A.K. and Chien Y.W., Banga A.K. and Chien Y.W., Hydrogel-based iontotherapeutic delivery Hydrogel-based iontotherapeutic delivery devices for transdermal delivery of peptide/protein drugs, Pharm. Res.1993, 10 devices for transdermal delivery of peptide/protein drugs, Pharm. Res.1993, 10 (5), 697-702. (5), 697-702.

Iontoforesi Iontoforesi

con idrogel con idrogel Idroelettroforesi*Idroelettroforesi*

•

- - agente attivo agente attivo ionizzato o nonionizzato o non - da 0,5 - da 0,5 fino a circa 10cmfino a circa 10cm (patologie (patologie

muscoloscheletriche)muscoloscheletriche)

*Misefari M, D’Africa, Sartori M, Morabito F - Transdermal transport by *Misefari M, D’Africa, Sartori M, Morabito F - Transdermal transport by hydroelectrophoresis: a novel method for delivering molecules. hydroelectrophoresis: a novel method for delivering molecules.

ElettroporazioneElettroporazione

campo elettrico reversibilecampo elettrico reversibile impulsi brevi e di alto voltaggio impulsi brevi e di alto voltaggio

““Pori” Pori” subcellularisubcellulari transitoritransitori indotti nelle cellule dalla indotti nelle cellule dalla elettroporazioneelettroporazione

Potts RO. Transdermal peptide delivery using electroporation. In: Proceedings of the Potts RO. Transdermal peptide delivery using electroporation. In: Proceedings of the Thrid TDS Technology Symposium: polymers and peptides in transdermal delivery. Thrid TDS Technology Symposium: polymers and peptides in transdermal delivery. 47-47-67, 199367, 1993

ELETTROPORAZIONEELETTROPORAZIONE

permeabilizza lo strato corneo di cute permeabilizza lo strato corneo di cute umana*umana*

dovranno essere integrati gli studi in vitro con studi in dovranno essere integrati gli studi in vitro con studi in

vivo e clinici vivo e clinici

Banga AK. Iontophoresis and electroporation. Banga AK. Iontophoresis and electroporation. Int J Pharmacol 1999;179:1-19Int J Pharmacol 1999;179:1-19

A. Sharma ,et al. Transdermal drug delivery using electroporation.: Factors influencing skin reversibility in electroporative delivery of terazosin hydrochloride in hairless rats

 

*Prausnitz MR et al. *Prausnitz MR et al. Electroporation to enhance transdermal drug delivery. to enhance transdermal drug delivery.

Proc Natl Acad Sci. 1993;90:10504-8Proc Natl Acad Sci. 1993;90:10504-8

SonoforesiSonoforesi (o fonoforesi)(o fonoforesi)

utilizza ultrasuoni utilizza ultrasuoni

Kassan DG et al. Kassan DG et al. Physical enhancement of dermatologic drug delivery: iontophoresis Physical enhancement of dermatologic drug delivery: iontophoresis and phonophoresis. and phonophoresis. J Am Acad Dermatol 1996; 34: 657-666. J Am Acad Dermatol 1996; 34: 657-666.

Ingrid Zhang Hua TangHua Tang et al. et al.Theoretical description of transdermal transport of Theoretical description of transdermal transport of hydrophilic permeants: Application to low-frequency sonophoresis. hydrophilic permeants: Application to low-frequency sonophoresis.

futuro sviluppo in campo dermatologicofuturo sviluppo in campo dermatologico

• produce modificazioni nella struttura produce modificazioni nella struttura del corneo del corneo

Ka-yun Ng, Yang Liu.Therapeutic ultrasound: Its application in drug delivery j Ka-yun Ng, Yang Liu.Therapeutic ultrasound: Its application in drug delivery j

Pharm Sci. Pharm Sci. 2003 2003 Jun;92(6):1125-37. Jun;92(6):1125-37. Ng K, Liu Y. Therapeutic ultrasound: its application in drug delivery. Medicinal Ng K, Liu Y. Therapeutic ultrasound: its application in drug delivery. Medicinal

Research reviews. Research reviews. Vol. 22, issue 2, 2002; 204-223Vol. 22, issue 2, 2002; 204-223

SONOFORESISONOFORESI

frequenze US frequenze US

1- 4 MHz1- 4 MHz efficaci efficaci

10-20 MHz10-20 MHz

MerinoG et al . MerinoG et al . Frequency and thermal effects on the enhancement of Frequency and thermal effects on the enhancement of

transdermal transport by sonophoresis. Pharm Res. 2002;19(8):1160-9. transdermal transport by sonophoresis. Pharm Res. 2002;19(8):1160-9.

Bommannan D et al.Sonophoresis.The use of high frrequency ultrasound to enhance Bommannan D et al.Sonophoresis.The use of high frrequency ultrasound to enhance

transdermal drug delivery. Pharm Res 1992;9:559-64transdermal drug delivery. Pharm Res 1992;9:559-64

SONOFORESISONOFORESI

• utilizzabili in Dermatologia utilizzabili in Dermatologia

a bassa frequenza tra i a bassa frequenza tra i 20 e i 25 KHz20 e i 25 KHz

Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis (25khz).Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis (25khz).In corso di pubbl.In corso di pubbl.

SONOFORESISONOFORESI

Alopecia areata Results of patients treated with Methylprednisolone      

29%

57%

14%

Remission Healing No result

 

86 %

86 % Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis (25khz). In corso di pubbl.(25khz). In corso di pubbl.

SONOFORESISONOFORESI

Alopecia areata Results of patients treated with cyclosporine      

 

86 %

67 %

Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Santoianni P, Nino M, Calabro’ G. Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis (25khz). Intradermal drug delivery by low frequency sonophoresis (25khz). In corso di pubbl.In corso di pubbl.

34%

33%

33%

Remission Healing No result

SONOFORESISONOFORESI

SONOFORESI SONOFORESI

Emulsione depigmentante e USEmulsione depigmentante e US a bassa frequenza a bassa frequenza

MELASMAMELASMA: 75% depigmentazione totale : 75% depigmentazione totale 25% solo parziale 25% solo parziale

LENTIGO SOLARILENTIGO SOLARI: 43% remissione : 43% remissione 57% regressione parziale 57% regressione parziale

Iontoforesi e USIontoforesi e US con con elettroporazioneelettroporazione

• per macromolecole nuovi per macromolecole nuovi percorsi percorsi Kassan DG et al. Kassan DG et al. Physical enhancement of dermatologic drug delivery: Physical enhancement of dermatologic drug delivery:

iontophoresis and phonophoresis. J Am Acad Dermatol 1996; 34: 657-666.iontophoresis and phonophoresis. J Am Acad Dermatol 1996; 34: 657-666.

Le L, Kost J, Mitragotri S. Combined effect of low-frequency ultrasound and Le L, Kost J, Mitragotri S. Combined effect of low-frequency ultrasound and iontophoresis: applications for transdermal heparin delivery. Pharm Res 2000; 17: iontophoresis: applications for transdermal heparin delivery. Pharm Res 2000; 17: 1151-541151-54

Combinazione di Combinazione di

Iontoforesi e USIontoforesi e US