Desenvolvimento e avaliação de eficácia de nanoemulsão catiônica bioativa na proteção capilar aos danos foto-oxidativos / Development and evaluation of the effectiveness of bioactive cationic nanoemulsion in protecting hair photo-oxidative damage

A radiação solar, composta por radiação ultravioleta (UV), visível (Vis) e infravermelho, é responsável por acelerar os processos de alteração de cor e do conteúdo proteico da fibra capilar. Visando contornar este problema, este trabalho propõe a incorporação do flavonoide quercetina, de reconhecida atividade antioxidante, em uma nanoemulsão catiônica de aplicação capilar. Para tanto, foram desenvolvidas formulações contendo quercetina a 0,5% (p/p) pelo método de baixa energia sub-PIT. A formulação de menor índice de polidispersão (IPD) foi selecionada e submetida à Avaliação de Estabilidade Normal. Neste ensaio, a nanoemulsão foi armazenada em diferentes condições de temperatura por 90 dias, sendo analisados: características organolépticas, valor de pH, atividade antioxidante, conteúdo de quercetina, diâmetro médio de gotícula e potencial zeta. A fotoestabilidade da nanoemulsão envolveu a determinação do perfil de absorção e da sua atividade antioxidante após períodos de exposição à radiação UV/Vis. Posteriormente, a nanoemulsão foi caracterizada quanto aos seguintes parâmetros: eficiência de encapsulamento, perfil reológico, morfologia das gotículas por Microscopia Eletrônica de Transmissão Criogênica e Microscopia de Força Atômica (AFM). A possível interação entre a quercetina e os demais tensoativos presentes na nanoemulsão foi avaliada por Microscopia Confocal de Fluorescência e Análise térmica. A segurança da nanoemulsão foi determinada pelo método in vitro HET-CAM e por biocompatibilidade cutânea, em voluntários. A eficácia da nanoemulsão catiônica na fotoproteção das características da fibra capilar descolorida tratada com tintura cores loiro (12.0) ou ruivo (6.66) foi determinada avaliando-se os parâmetros cor, tração à ruptura, penteabilidade, fricção, perda proteica, morfologia das cutículas e nível de melanina radical por Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), sendo calculado o Fator de Proteção Radicalar (FPR). As mechas de cabelo tingidas foram expostas à radiação UV/Vis artificial (500 W/m2) por até 180 h, sendo os parâmetros analisados antes e após o período de exposição. A nanoemulsão selecionada pelo reduzido IPD apresentava diâmetro médio de gotícula e potencial zeta iguais a 24,97±0,30 nm e 19,6±2,19 mV, respectivamente. Na Avaliação de Estabilidade Normal, a nanoemulsão armazenada a 45,0±2,0° C apresentou alterações significativas de todos os parâmetros avaliados, exceto potencial zeta, sendo que a elevação do diâmetro médio de gotícula acarretou em perda da transparência. A oxidação da quercetina e a instabilidade do tipo Ostwald ripening (ω3) foram as responsáveis pelas modificações observadas. No armazenamento a 5,0±2,0° C, a nanoemulsão manteve todos os parâmetros inalterados, mas a 25±2,0° C houve elevação discreta do diâmetro médio de gotícula, sem perda da funcionalidade. A nanoemulsão apresentou elevada fotoestabilidade, sem alteração da atividade antioxidante após exposição ao UV/Vis. A caracterização da nanoemulsão mostrou que a eficiência de encapsulamento foi de 99,8%, no mínimo, a formulação apresentou típico comportamento newtoniano e as gotículas apresentavam formato esférico. As imagens obtidas por Microscopia Confocal de Fluorescência e o ensaio de Análise térmica mostraram que a quercetina se encontra dentro das gotícula atuando, também, como co-tensoativo, por interagir com os tensoativos, além de exercer sua função antioxidante. A nanoemulsão foi classificada como levemente irritante (método HET-CAM), sendo esse baixo potencial de irritação corroborado pelo teste de biocompatibilidade cutânea. Na avaliação de eficácia, observou-se que a nanoemulsão protegeu a cor total (dE*) do cabelo tingido de loiro em 54%, e elevou a alteração da cor do cabelo tingido de ruivo em 47% (t = 180 h) em comparação à mecha controle. Além disso, a nanoemulsão melhorou a penteabilidade e reduziu os coeficientes de fricção. A radiação UV/Vis provocou elevada perda proteica e redução da espessura das cutículas em aproximadamente 50%. Concluiu-se, pelos resultados obtidos, que as moléculas que compoem a tintura capilar, principalmente os pigmentos mais escuros, atuaram como filtros solares, pois elas protegeram as estruturas proteicas da fibra. A nanoemulsão apresentou FPR igual a 3,31 e 4,14, para as mechas tingidas de loiro e ruivo, respectivamente. O FPR indica a capacidade de uma formulação em reduzir o nível de radicais livres formados por indução da radiação UV/Vis, um dos fatores que induzem alterações na fibra capilar tingida. Assim, considerando que a radiação UV/Vis atua tanto por mecanismos diretos quanto indiretos, e que alterações significativas de cor foram observadas mesmo quando o nível de radicais livres foi reduzido pela ação da quercetina, deve ser incorporada à formulação fotoprotetora capilar filtros solares associados a antioxidantes nanoestruturados. Tais filtros devem ficar aderidos à cutícula, de modo a protegê-la da degradação proteica e reduzir a entrada de radiação para o interior da fibra capilar, local onde os antioxidantes nanoestruturados devem atuar como uma segunda linha de defesa

The solar radiation, comprising ultraviolet (UV), visible (VIS) and infrared, is responsible for accelerating color and protein content changes in the hair fiber. In order to avoid this problem, this work proposes the incorporation of the flavonoid quercetin, a recognized antioxidant molecule, in a cationic nanoemulsion for hair application. For this, formulations containing quercetin 0.5% (w/w) were developed by the low-energy sub-PIT method. The formulation with a lower polydispersity index (PDI), which had HLB value (Hydrophilic-Lipophilic Balance) equal to 12.5 was selected and subjected to the Normal Stability Test. In this assay, the nanoemulsion was stored under different temperature conditions for 90 days, and the following parameters were analyzed: organoleptic properties, pH, antioxidant activity, quercetin content, average droplet diameter and zeta potential. The photostability of the nanoemulsion involved the determination of the absorption profile and its antioxidant activity after periods of exposure to UV/Vis radiation. Subsequently, the nanoemulsion was characterized according to the following parameters: encapsulation efficiency, rheological profile, morphology of the droplets by Cryogenic Transmission Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy (AFM). The possible interaction between quercetin and other surfactants present in the nanoemulsion was evaluated by Confocal Fluorescence Microscopy and thermal analysis. The safety of the nanoemulsion was assessed by the in vitro HET-CAM method and by cutaneous biocompatibility in volunteers. The photoprotection effectiveness of the bioactive cationic nanoemulsion was evaluated in blond (color 12.0) and auburn (color 6.66) dyed hair fibers by assessing the parameters: color, tensile break, combing, friction, protein loss, morphology of cuticles and level of melanin radical by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy (EPR). The Radical Hair Protection Factor (RHF) was calculated. Dyed hair tresses were exposed to UV/Vis artificial radiation (500 W/m2) for 180 h. The parameters were analyzed before and after the exposure period. The nanoemulsion selected due to its reduced PDI had an average droplet diameter and zeta potential equal to 24.97±0.30 nm and 19.6±2.19 mV, respectively. In the Normal Stability Test, the nanoemulsion stored at 45.0 ± 2.0º C showed significant changes in all parameters except zeta potential, and the increase in the average droplet diameter resulted in the loss of transparency. Oxidation of quercetin and Ostwald ripening instability (ω3) were responsible for the changes. At 5.0 ± 2.0º C, the nanoemulsion kept all parameters unchanged, but at 25.0±2.0º C there was a slight increase in the average droplet diameter without loss of functionality. The nanoemulsion showed high photostability since antioxidant activity was not altered after UV/Vis exposure. The characterization of the nanoemulsion showed that the encapsulation efficiency was 99.8% at least, the formulation showed typical Newtonian behavior and droplets were spherical. The images obtained by Confocal Fluorescence Microscopy and thermal analysis showed that quercetin was within the droplet acting, also, as a cosurfactant, due to the interaction with the surfactants. The nanoemulsion was classified as slightly irritating (HET-CAM method), and this low irritation potential was supported by the cutaneous biocompatibility assay. The photoprotective effectiveness evaluation showed that the nanoemulsion protected the total color (dE*) of blond dyed hair in 54%, but raised the color change of auburn dyed hair in 47% (t = 180 h). In addition, the nanoemulsion improved combability and reduced coefficients of friction. UV/Vis radiation caused high protein loss and reduced cuticle thickness by approximately 50%. It was concluded that the molecules that compose hair dye, especially the darker pigments, acted as sun filters because they protected the protein structures of the hair fiber. The nanoemulsion showed RHF equal to 3.31 and 4.14 for blond and auburn dyed hair, respectively. The RHF indicates the ability of a formulation to reduce the level of free radicals formed by UV/Vis induction, one of the factors that induce changes in the dyed hair fibers. Thus, considering that the UV/Vis radiation acts by direct and indirect mechanisms and that significant changes in color were observed even when the level of free radicals has been reduced by the quercetin, chemical filters should be incorporated into hair formulations associated with nanostructured antioxidants in order to fully protect hair fiber. Such filters must be attached to the cuticle, protecting it from protein degradation and reducing the radiation input into the hair fiber, where the nanostructured antioxidants must act as a second line of defense

Avaliação in vitro e in vivo de superfícies de titânio revestidas com vidro bioativo / In vitro and in vivo evaluation of a bioactive titanium surface modified by bioglass coating

Objetivo: Esse estudo experimental in vitro e in vivo testou a capacidade de osseoindução de uma nova superfície de titânio nanoestruturada revestida com vidro bioativo contendo fosfato de cálcio. Metodologia: A rugosidade superficial foi avaliada por microscopia de força atômica utilizando 9 corpos de prova dos três diferentes grupos: titânio microtexturizado (Ticp) e revestidos com vidro bioativo e secos nas temperaturas de 370 C (BGTi37) ou 6000 C (BGTi600). Células osteoblásticas primárias obtidas das calvárias de ratos neonatos foram cultivadas in vitro em meio α-MEM suplementado em contato ou não (controle) com discos de titânio microtexturizado (Ticp) e revestidos (BGTi37 e BGTi600). A viabilidade celular e produção de fosfatase alcalina foram avaliadas após 7 dias de cultura e a mineralização após 14 dias de cultura. Os dados foram submetidos a análise de variância (ANOVA) seguido pelo teste de Tukey, com nível de significância de 5%. A morfologia dos osteoblastos em contato com as três superfícies foi avaliado por microscopia eletrônica de varredura após 7 e 14 dias. Quatorze parafusos de titânio microtexturizados (Ticp -controle) e quatorze parafusos experimentais revestidos com vidro bioativo e secos à 370 C (BGTi37) foram instalados aleatoriamente nas tíbias de 14 ratos Wistar. Os animais foram eutanasiados após 14 e 28 dias e suas tíbias preparadas e analisadas por microtomografia computadorizada. Resultados: O grupo Ticp apresentou a maior rugosidade média(129,6 nm), seguido do grupo BGTi600 (91,85 nm), que foram estatisticamente semelhantes. O grupo BGTi37 apresentou a menor rugosidade(74,51 nm), sendo significativamente menor do que os outros dois grupos. A proporção de células viáveis, a produção de fosfatase alcalina e a mineralização do grupo BGTi600 foi significativamente menor do que as do grupo controle e do Ticp. Para os demais grupos (BGTi37, Ticp e controle),a proporção de células viáveis, produção de fosfatase alcalina e mineralização foram semelhantes. O número de osteoblastos em contato com todas as superfícies foi maior no período de 14 dias comparado ao período de 7 dias. A maior quantidade de osteoblastos foi observada em contato com a superfície de Ticp e a menor quantidade em contato com a superfície de BGTi600. Os osteoblastos em contato com a superfície Ticp apresentaram-se com morfologia poligonal e maiores do que os dos grupos BGTi37 e BGTi600, que apresentam-se com morfologia mais alongada, mais notadamente no grupo BGTi600. A quantidade de prolongamentos citoplasmáticos, junções intercelulares e vesículas observadas nos espécimes do grupo BGTi600 foi notadamente menor do que nos grupos Ticp e BGTi37. Os parâmetros avaliados por microtomografia computadorizada da cortical e da medular ósseas em torno dos parafusos experimentais (BGTi37) e controles (Ticp) foram estatisticamente semelhantes. Conclusões: A superfície BGTi37 apresentou comportamento biológico semelhante à uma superfície de titânio microtexturizada (Ticp), com ótimos resultados de longo prazo já consolidados na literatura. Fato bastante promissor, considerando as possibilidades de aprimoramento dessa superfície experimental em futuros estudos.

Objectives: This experimental in vitro and in vivo study tested the osteoinduction ability of a new nanostructured titanium surface coated with bioglass with calcium phosphate. Methods: Surface roughness was evaluated by atomic force microscopy using 9 specimens of three groups: sandblasting and acid etching commercially pure titanium (cpTi) and bioglass coated dried at temperatures of 370 C (BGTi37) or 6000 C (BGTi600). Rat calvarial osteogenic cells were cultured in supplemented α-MEM medium in contact or not (control) with sandblasting and acid etching (SLA) commercially pure titanium discs (cpTi) and bioglass coated (BGTi37 and BGTi600). Cell viability and alkaline phosphatase (ALP) activity were measured after 7 days of culture. The mineralization was assessed after 14 days of culture. The data were compared by analysis of variance (ANOVA) complemented by Tukey test. The level of significance was 5%. Scanning electron microscopy after 7 and 14 days assessed osteoblasts morphology in contact with the three surfaces. Fourteen SLA commercially pure titanium screws (cpTi -control) and fourteen experimental screws bioglass coated dried at temperatures of 370 C (BGTi37) were randomly placed into 14 male Wistar rats' tibiae. The animals were sacrificed after 14 and 28 days and their tibias processed for micro-CT analysis. Results: The cpTi group (129.6 nm) showed the highest average roughness, followed by BGTi600 group (91.85 nm), which were statistically similar. The BGTi37 group (74.51 nm) showed the lowest surface roughness compared to the other two groups. Cell viability, ALP activity and mineralization of BGTi600 group were significantly lower than the control and cpTi groups. BGTi37, cpTi and control groups showed no significant differences in cell viability, ALP activity and mineralization. The number of cells in contact with all surfaces was higher in 14 days compared to 7 days. Higher amount of osteoblasts was observed in contact with the cpTi surface and the smaller amount in contact with the BGTi600 surface. Osteoblasts in contact to cpTi surface showed a flat polygonal shape and were larger than the BGTi37 and BGTi600 groups, which presented with a sharper morphology, most notably in the BGTi600 group. The number of cytoplasmic processes, intercellular junctions and vesicles observed in specimens of BGTi600 group was markedly lower than in cpTi and BGTi37 groups. The micro-CT parameters of the cortical and trabecular bone around the experimental (BGTi37) and controls (Ticp) screws presented no statistical differences. Conclusions: The BGTi37 surface showed biological behavior similar to a SLA titanium surface (cpTi), with excellent long-term results already established in the literature. A very promising fact, considering the improvement possibilities of this experimental surface in future studies