As nanocápsulas poliméricas têm sido alvo de grande interesse por permitirem alterações no tempo de permanência das substâncias no estrato córneo da pele. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da carga de superfície positiva das nanocápsulas revestidas com quitosana sobre as características físico-químicas e avaliar a penetração cutânea in vitro da benzofenona-3 a partir destas nanocápsulas incorporadas em hidrogéis. As nanocápsulas preparadas com Span 60® (NC-S: 234 nm; NC-S-B3: 260 nm; NC-Q-S-B3: 295 nm) apresentaram diâmetros médios maiores do que as preparadas com Epikuron 170® (NC-E: 174 nm; NC-E-B3: 175; NC-Q-E-B3: 202 nm), e todas apresentaram baixos valores de polidispersão (< 0,2), o que foi confirmado por de microscopia eletrônica de transmissão. O revestimento de quitosana conduziu a um potencial de superfície positivo (NC-Q-S-B3: 21 mV, NC-Q-E-B3: 21 mV), enquanto nas nanocápsulas não revestidas esses foram negativos (NC-S-B3: -12 mV, NC-E-B3: -8 mV). O teor de benzofenona-3 e as taxas de associação foram de aproximadamente 100 % para todas as amostras após preparação e após 30 dias de armazenamento. Análises em Turbiscan LAb® mostraram que as nanocápsulas sem revestimento de quitosana preparadas com Span 60® (NC-S-B3) apresentaram tendência à coalescência. As nanocápsulas incorporadas em hidrogéis de Natrosol® em total substituição à água não alteraram o comportamento pseudoplástico originalmente conferido ao Natrosol®. Análises em Turbiscan LAb® dos hidrogéis mostraram que não há tendência à desestabilização para todas as formulações. Estudos de penetração cutânea usando células de difusão de Franz demonstraram que as nanocápsulas contendo benzofenona-3 revestidas com quitosana foram eficazes em prolongar o tempo de residência do filtro solar sobre o estrato córneo da pele e, também, em reduzir a sua chegada ao meio receptor das células de Franz. Em conclusão, o conjunto de resultados indica que as nanocápsulas contendo benzofenona-3 e revestidas com quitosana são sistemas promissores para aplicação cutânea da benzofenona-3. / Polymeric nanocapsules have been considered to be of great interest because of their ability to promote variation in time-residence of substances on the skin stratum corneum. The aim of this work was to evaluate either the positive charged surface, due to chitosan coating, plays any influence in the nanocapsules physico-chemical properties and to evaluate the in vitro skin penetration of benzophenone-3 from these nanocapsules after incorporation in hydrogels. The nanocapsules prepared with Span 60® (NC-S: 234 nm; NC-S-B3: 260 nm; NC-Q-S-B3: 295 nm) presented higher average diameter than the ones prepared with Epikuron 170® (NC-E: 174 nm; NC-EB3: 175; NC-Q-E-B3: 202 nm), and all of them presented low polidispersity values (under 0,2), results that were confirmed by transmission electronic microscopy. The chitosan coating led to a positive zeta potential (NC-Q-S-B3: 21 mV, NC-Q-E-B3: 21 mV) while the uncoated nanocapsules presented negative zeta potential (NC-S-B3: - 12 mV, NC-E-B3: -8 mV). All the samples showed an amount of benzophenone-3 of 100 % after preparation and 30 days of storage. The drug entrapment was 100 % for all formulations. Turbiscan LAb® analyses demonstrated that the uncoated nanocapsules, prepared with Span 60®, have the tendency to coalescence. The incorporation of the nanocapsules in Natrosol® hydrogels, by substitution of the water for the nanocapsules suspension, did not cause any alteration in the originally observed pseudoplastic reological behavior of Natrosol®. Turbiscan LAb® analyses have also shown no tendency to destabilization for all hydrogel formulations. Skin penetration studies using Franz diffusion cells, have shown that the chitosan coated nanocapsules containing benzophenone-3 were considered to be efficient in prolonging the time-residence of the sunscreen in the stratum corneum and also in reducing its presence in the receptor medium of the Franz cells. In conclusion, the results indicate that the chitosan coated nanocapsules containing benzophenone-3 are promising systems for cutaneous application of the referred sunscreen.

No description available.

Extratos vegetais ricos em compostos antioxidantes têm sido amplamente utilizados em produtos cosméticos uma vez que esses compostos poderiam proteger a pele contra os danos da radiação ultravioleta (UV). Assim, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver formulações cosméticas contendo extratos de chá verde (CV) e Ginkgo biloba (GB) a fim de avaliar a eficácia pré-clínica, na proteção contra danos causados pela radiação UV, a penetração cutânea e a segurança de tais formulações. Para tal, foram desenvolvidas 13 formulações e após os testes de estabilidade e sensorial, foi selecionada uma formulação a base de fosfato de trilaureth-4 e goma polissacarídica para a realização dos estudos propostos. A eficácia pré-clínica foi realizada por testes in vitro (atividade antioxidante) e in vivo em animais de laboratório, os quais foram submetidos à radiação UV para a avaliação dos efeitos fotoprotetores das formulações objeto de estudo. O estudo de penetração cutânea foi feito em células de difusão de Franz utilizando pele humana e o de segurança por meio da avaliação da compatibilidade cutânea (estudo clínico). Ambos os extratos, CV e GB, apresentaram atividade antioxidante in vitro, no entanto, CV apresentou maior efeito que GB. Na avaliação da eficácia in vivo, foi observado que somente as formulações acrescidas dos extratos vegetais protegeram a pele dos animais contra os danos induzidos pela radiação UV, quando comparadas ao controle irradiado. A formulação que continha GB apresentou efeitos mais pronunciados na proteção da função barreira da pele e contra o eritema, enquanto que a formulação acrescida de CV atuou de maneira mais pronunciada na proteção contra a formação de células de queimadura solar. Os resultados referentes ao estudo de penetração cutânea mostraram que a epigalocatequina-3- galato (EGCG), proveniente da formulação que continha CV, e, a quercetina proveniente da formulação acrescida de GB, penetraram na pele, mas não permearam até o líquido receptor, ou seja, ficaram retidas no estrato córneo e na epiderme viável, sendo que no caso de EGCG, pequenas concentrações também foram encontradas na derme. O estudo de segurança mostrou que as diferentes formulações objeto de estudo apresentaram uma ótima compatibilidade cutânea. Considerando que as formulações contendo os extratos vegetais de CV e de GB apresentaram efeitos fotoprotetores in vivo, penetração e retenção de seus flavonóides majoritários na pele e ótima compatibilidade cutânea, pode-se considerar que tais formulações apresentam eficácia e segurança para uso cosmético. Além disso, os resultados obtidos neste estudo contribuíram para mostrar a importância da associação dos extratos de chá verde e de Ginkgo biloba em formulações cosméticas com finalidades fotoprotetoras uma vez que estes extratos apresentam efeitos que se complementam na proteção da pele contra o conjunto de danos induzidos pela radiação UV. / Botanical extracts rich in antioxidant compounds have been widely used in cosmetic products since they could protect the skin against UV-induced damages. Thus, the objective of this study was to develop cosmetic formulations containing green tea (GT) and Ginkgo biloba (GB) extracts in order to evaluate the preclinical efficacy on the skin protection against UV-induced damages, skin penetration and safety of these formulations. For this, 13 formulations were developed and the formulation number 11, containing trilaureth-4 phosphate and a polysaccharide gum, was chosen for the next studies, after stability and sensorial analysis. The pre-clinical efficacy was done by in vitro (antioxidant activity) and in vivo tests in animal skin submitted to UV radiation in order to evaluate the photoprotective effects of the formulations. The skin penetration study was carried out by using human skin biopsies and Franz diffusion cells. The safety study was performed by a skin compatibility test (clinical study). Both extracts presented antioxidant activity, however GT showed higher antioxidant effect than GB. The in vivo efficacy evaluation showed that only the extracts supplemented formulations protected the skin against UV damages, when compared to the irradiated control. The formulation containing GB was more effective in protecting against skin barrier damages and erythema formation, while the formulation containing GT had more pronounced effects against sunburn cell formation. The results of the skin penetration study showed that epigalocatechin-3- galate (EGCG) from GT containing formulation, and quercetin from GB containing formulation penetrated the skin but they were not able to permeate further through the skin to the receptor fluid, that is, these flavonoids were retained into the stratum corneum and viable epidermis. In addition, small quantities of EGCG were found in dermis. The safety study showed that the formulations under study presented very good skin compatibility. Considering that the formulations containing GT and GB provided in vivo photoprotective effects, penetration and retention of their mainly flavonoids into the skin and good skin compatibility as well, we can consider that these formulations present efficacy and safety for cosmetic use. In addition, the results contributed to demonstrate the importance of the combination of these two extracts in cosmetic formulations with photoprotective purpose since both extracts had complementary effects on the constellation of UV-induced skin damages.

L'administration de principes actifs de manière locale et externe permet de contrôler leur biodisponibilité et de prolonger leur action thérapeutique sur le site à traiter. Cependant, la délivrance au sein des couches profondes de la peau est un challenge pour la recherche dermatologique car ce tissu représente une barrière difficilement franchissable. Il permet ainsi de protéger l'organisme mais c'est un frein pour l'administration de médicaments par voie cutanée. De nombreux systèmes ont été imaginés afin d'améliorer le passage d'actifs à travers la peau : promoteurs chimiques de pénétration, méthodes électriques, vecteurs encapsulant le principe actif. Parmi ceux-ci, les vésicules montrent un fort potentiel en particulier si elles sont capables de se déformer ou fusionner avec les lipides de la peau. Notre équipe a conçu un système de vectorisation à partir d'un tensioactif catanionique, issu de l'association de deux amphiphiles de charges opposées, capable de s'auto-associer en solution aqueuse pour former des vésicules pouvant être utilisées pour l'encapsulation de principes actifs de natures variées. Ces vecteurs ont démontré par le passé leur aptitude à interagir et fusionner avec les membranes lipidiques. Dans ces travaux, nous avons donc étudié leur capacité à améliorer la pénétration cutanée de principes actifs. Les propriétés physicochimiques des vésicules sont très bien décrites dans l'eau mais une formulation dermatologique peut impliquer la présence d'additifs tels que des promoteurs de pénétration ou des agents hydratants. Les vésicules peuvent également être incorporées dans des gels aqueux pour faciliter leur application. L'influence de ces différents additifs a donc été étudiée en caractérisant systématiquement les vésicules en termes de taille, de charge, de stabilité et en évaluant la fluidité de leur membrane. Ensuite, afin d'étudier la capacité des formulations à pénétrer dans la peau, une sonde fluorescente a été encapsulée dans les vésicules. Des expériences in vitro sur peau de cochon ont permis de prouver l'importance de l'état thermodynamique de la membrane. En effet, la rétention de la sonde dans la peau est supérieure lorsque la bicouche de la vésicule est fluide. La microscopie confocale a été utilisée pour estimer la profondeur de pénétration ainsi que les chemins préférentiellement empruntés par la sonde dans la peau. Enfin, l'application de ce système à la vectorisation d'un corticostéroïde employé dans le traitement du psoriasis a validé le potentiel des vésicules catanioniques pour des usages thérapeutiques. Ces expériences ont montré une nette augmentation de la rétention cutanée grâce à nos vecteurs, en comparaison notamment avec une solution de corticoïde additionnée d'éthanol, pourtant promoteur de pénétration reconnu. / The local and external administration of drugs allows bioavailability control and sustained therapeutic action on the treatment site. Yet, the delivery to the deep layers of the skin is a challenge for dermatological research because this tissue represents an efficient barrier. It protects the organism against aggressions but it also constrains cutaneous drug delivery. Various systems have been imagined in order to improve drug passage through the skin: chemical penetration enhancers, electrical methods, drug carriers. Among these, vesicles have a strong potential, in particular if they can deform or fuse with skin lipids. Our team has designed a drug delivery system based on a catanionic surfactant, made of two oppositely charged amphiphiles. It is able to self-associate in aqueous solutions to form vesicles used to encapsulate drugs of various nature. These carriers have shown the ability to interact and fuse with lipidic membranes. In this work, we therefore studied their capacity to improve drugs' skin penetration. The vesicles' physicochemical properties are well described in water but a dermatological formulation may contain additives such as penetration enhancers or hydrating agents. The carriers can also be incorporated into aqueous gels in order to facilitate their application. The influence of these different additives was studied systematically by characterizing the vesicles in terms of size, charge, stability and by evaluating the membrane fluidity. Then, a fluorescent probe was encapsulated into the vesicles to study the formulations' ability to penetrate the skin. In vitro experiments on pig skin proved the importance of the membrane's thermodynamic state. Indeed, the probe's skin retention is higher when the vesicles' bilayer is in a fluid state. Confocal microscopy was used to estimate the penetration depth as well as the pathways followed by the probe into the skin. Finally, this system was applied to a corticosteroid used for psoriasis treatment. It confirmed the catanionic vesicles' potential for therapeutic use. These experiments showed a clear increase in cutaneous retention thanks to our carriers, in comparison with a corticoid solution containing ethanol, which is a known penetration enhancer.

Esta tese de doutorado fundamentou-se na preparação e caracterização de suspensões de nanocápsulas contendo quercetina (QUE) e metoxicinamato de octila (MCO), como componente do núcleo central destes sistemas. As suspensões foram preparadas pelo método de deposição interfacial do polímero pré-formado e foram posteriormente caracterizadas através da determinação dos teores totais de QUE e MCO, das taxas de associação da QUE e do MCO às nanocápsulas, dos diâmetros médios de partículas e polidispersões, dos potenciais zeta e análises morfológicas. Avaliou-se neste estudo, a influência do tipo de tesioativo utilizado (Span 60® ou Epikuron 170®) sobre as características físico-químicas das suspensões de nanocápsulas. As formulações foram estudadas quanto a sua estabilidade frente à radiação UVA, durante um período de exposição de 15 dias. As suspensões apresentaram tamanhos de partícula inferiores a 500 nm e taxas de encapsulação próximas a 90 % para a QUE e MCO. Este teste permitiu verificar que as nanocápsulas são sistemas capazes de proteger parcialmente as substâncias nela associadas contra a fotodegradação. As formulações preparadas com Span 60® foram mais efetivas na proteção contra a fotodegradação tanto da QUE, quanto do MCO, no entanto, evidenciou-se que a presença destas duas substâncias contribuiu para a proteção de ambas. Os testes para avaliação do potencial antioxidante das nanocápsulas contendo QUE e MCO foram conduzidos em células de levedura de Saccharomyces cerevisiae durante um período de 35 h, com coletas em tempos específicos. Os resultados demonstraram que a presença das suspensões de nanocápsulas, contendo ambas as substâncias associadas, foi capaz de minimizar a mortalidade das células de levedura em presença do agente estressor. Além disso, foi possível perceber que este efeito de proteção se manteve ao final das 35 h comprovando a eficiência destes sistemas na liberação lenta de substâncias. As suspensões de nanocápsulas foram associadas a um gel hidrofílico e, após, foram aplicadas sobre a superfície cutânea para avaliação dos perfis de liberação do MCO após 3 e 6 h de incubação. Testes in vitro utilizando células de Franz, foram realizados para avaliar a liberação do MCO a partir das nanocápsulas. Para este experimento utilizou-se acetonitrila como solvente, devido sua capacidade de solubilizar o polímero permitindo estimar a quantidade total de MCO em cada camada da pele. Com a finalidade de avaliar a quantidade de MCO liberado por difusão das nanocápsulas nas diferentes camadas da pele com o passar do tempo (MCO livre) utilizou-se o miristato de isopropila como solvente, pois o mesmo não é capaz de solubilizar o polímero, mas solubiliza o MCO. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que o MCO permanece acumulado nas camadas mais superficiais da pele, sendo a epiderme a principal barreira para a passagem deste filtro pela pele. Após aplicação e transcorrido os tempos de estudo não foi possível recuperar MCO na derme e também no líquido receptor. A utilização do miristato de isopropila permitiu demonstrar que a liberação do MCO foi diferente dependendo das camadas da pele. Setenta e oito por cento de MCO foi liberado após 6 h na superfície cutânea e cerca de 40 % no estrato córneo, sendo que este percentual diminuiu em torno de 20 % nas camadas mais profundas da pele. Os resultados permitiram inferir que a liberação do MCO difere entre a superfície da pele e as demais camadas. / This work has been based on the development and characterization of nanocapsules containing quercetin (QUE) and octyl metoxycinnamate (OMC), used as oil core of these systems. The nanocapsule suspensions were prepared by interfacial deposition of preformed polymer. The suspensions were characterized in terms of QUE and OMC contents and associated drug (QUE) within the nanoparticles, morphology, pH, mean size and polydispersity, as well as the zeta potentials. The influence of the type of surfactant (Span 60® e Epikuron 170®) on the physicochemical characteristics of suspensions was evaluated. The stability of the different formulations was evaluated under UVA radiation for 15 days. The aim of this test was to evaluate the nanocapsules ability in protecting the loaded substances against the photodegradation. The nanocapsules presented particle sizes lower than 500 nm, negative zeta potential values and QUE and OMC total contents about 90 %. The encapsulation efficiencies for QUE were 100 %. After 15 days, the formulations prepared with Span 60® and QUE/OMC showed more than 80 % of QUE content. The formulation prepared exclusively with QUE showed a content of QUE around 50 %. The totality of OMC degraded in solution, while OMC remained around 15 % stable in the nanocapsules prepared with Span 60® and QUE. After UVA exposure, QUE and OMC concentrations remained higher for the nanocapsules than for the solutions. Furthermore, the nanoencapsulation of QUE and OMC, using Span 60® improved their photostability. The antioxidant properties of the QUE-loaded nanocapsule suspensions were also evaluated and for this test Saccharomyces cerevisiae cells were used during 35 h of incubation. QUE and OMC nanocapsule suspensions showed an important in vivo antioxidant activity against the damages caused by a stressor agent that lasted for 35 h. The longer bioactivity of those nanocapsules was probably related to the slowly release of the QUE. The nanocapsule suspensions were incorporated in gel or emulsion (O/W) formulations. OMC release profiles from nanocapsules were evaluated for 3 and 6 h. In vitro measurements using static Franz diffusion cells were performed to examine the release behavior of OMC from the nanocapsules. It was used acetonitrile as solvent because it is capable to dissolve the polymer shell of nanocapsules and the sunscreen. This method gave an estimation of the total amount of OMC (encapsulated and released) in each skin layer. A new skin treatment was used, which preserved the polymer shell of the particles. Isopropyl myristate was chosen as solvent because it is not able to solubilize the polymer but it is capable to solubilize OMC released from nanocapsules. These results demonstrated that the OMC accumulated in the upper skin layers. The viable epidermis seemed to be the limiting barrier for the progression of nanocapsules penetration in the skin. Independently of the skin treatment, the same amount of OMC was recovered in the dermis and no OMC was detected in the receptor compartment indicating the absence of nanocapsules in both compartments. Moreover, the use of isopropyl miristate showed that the OMC release was different depending on the skin level. Whereas 78 % of OMC was released after 6 h at the surface of the skin and around 40 % in the stratum corneum, this percentage decreased to 20 % in the deeper skin layers. It can be thus concluded that the OMC release profile is different between the surface and the viable skin.

Esta tese de doutorado fundamentou-se na preparação e caracterização de suspensões de nanocápsulas contendo quercetina (QUE) e metoxicinamato de octila (MCO), como componente do núcleo central destes sistemas. As suspensões foram preparadas pelo método de deposição interfacial do polímero pré-formado e foram posteriormente caracterizadas através da determinação dos teores totais de QUE e MCO, das taxas de associação da QUE e do MCO às nanocápsulas, dos diâmetros médios de partículas e polidispersões, dos potenciais zeta e análises morfológicas. Avaliou-se neste estudo, a influência do tipo de tesioativo utilizado (Span 60® ou Epikuron 170®) sobre as características físico-químicas das suspensões de nanocápsulas. As formulações foram estudadas quanto a sua estabilidade frente à radiação UVA, durante um período de exposição de 15 dias. As suspensões apresentaram tamanhos de partícula inferiores a 500 nm e taxas de encapsulação próximas a 90 % para a QUE e MCO. Este teste permitiu verificar que as nanocápsulas são sistemas capazes de proteger parcialmente as substâncias nela associadas contra a fotodegradação. As formulações preparadas com Span 60® foram mais efetivas na proteção contra a fotodegradação tanto da QUE, quanto do MCO, no entanto, evidenciou-se que a presença destas duas substâncias contribuiu para a proteção de ambas. Os testes para avaliação do potencial antioxidante das nanocápsulas contendo QUE e MCO foram conduzidos em células de levedura de Saccharomyces cerevisiae durante um período de 35 h, com coletas em tempos específicos. Os resultados demonstraram que a presença das suspensões de nanocápsulas, contendo ambas as substâncias associadas, foi capaz de minimizar a mortalidade das células de levedura em presença do agente estressor. Além disso, foi possível perceber que este efeito de proteção se manteve ao final das 35 h comprovando a eficiência destes sistemas na liberação lenta de substâncias. As suspensões de nanocápsulas foram associadas a um gel hidrofílico e, após, foram aplicadas sobre a superfície cutânea para avaliação dos perfis de liberação do MCO após 3 e 6 h de incubação. Testes in vitro utilizando células de Franz, foram realizados para avaliar a liberação do MCO a partir das nanocápsulas. Para este experimento utilizou-se acetonitrila como solvente, devido sua capacidade de solubilizar o polímero permitindo estimar a quantidade total de MCO em cada camada da pele. Com a finalidade de avaliar a quantidade de MCO liberado por difusão das nanocápsulas nas diferentes camadas da pele com o passar do tempo (MCO livre) utilizou-se o miristato de isopropila como solvente, pois o mesmo não é capaz de solubilizar o polímero, mas solubiliza o MCO. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que o MCO permanece acumulado nas camadas mais superficiais da pele, sendo a epiderme a principal barreira para a passagem deste filtro pela pele. Após aplicação e transcorrido os tempos de estudo não foi possível recuperar MCO na derme e também no líquido receptor. A utilização do miristato de isopropila permitiu demonstrar que a liberação do MCO foi diferente dependendo das camadas da pele. Setenta e oito por cento de MCO foi liberado após 6 h na superfície cutânea e cerca de 40 % no estrato córneo, sendo que este percentual diminuiu em torno de 20 % nas camadas mais profundas da pele. Os resultados permitiram inferir que a liberação do MCO difere entre a superfície da pele e as demais camadas. / This work has been based on the development and characterization of nanocapsules containing quercetin (QUE) and octyl metoxycinnamate (OMC), used as oil core of these systems. The nanocapsule suspensions were prepared by interfacial deposition of preformed polymer. The suspensions were characterized in terms of QUE and OMC contents and associated drug (QUE) within the nanoparticles, morphology, pH, mean size and polydispersity, as well as the zeta potentials. The influence of the type of surfactant (Span 60® e Epikuron 170®) on the physicochemical characteristics of suspensions was evaluated. The stability of the different formulations was evaluated under UVA radiation for 15 days. The aim of this test was to evaluate the nanocapsules ability in protecting the loaded substances against the photodegradation. The nanocapsules presented particle sizes lower than 500 nm, negative zeta potential values and QUE and OMC total contents about 90 %. The encapsulation efficiencies for QUE were 100 %. After 15 days, the formulations prepared with Span 60® and QUE/OMC showed more than 80 % of QUE content. The formulation prepared exclusively with QUE showed a content of QUE around 50 %. The totality of OMC degraded in solution, while OMC remained around 15 % stable in the nanocapsules prepared with Span 60® and QUE. After UVA exposure, QUE and OMC concentrations remained higher for the nanocapsules than for the solutions. Furthermore, the nanoencapsulation of QUE and OMC, using Span 60® improved their photostability. The antioxidant properties of the QUE-loaded nanocapsule suspensions were also evaluated and for this test Saccharomyces cerevisiae cells were used during 35 h of incubation. QUE and OMC nanocapsule suspensions showed an important in vivo antioxidant activity against the damages caused by a stressor agent that lasted for 35 h. The longer bioactivity of those nanocapsules was probably related to the slowly release of the QUE. The nanocapsule suspensions were incorporated in gel or emulsion (O/W) formulations. OMC release profiles from nanocapsules were evaluated for 3 and 6 h. In vitro measurements using static Franz diffusion cells were performed to examine the release behavior of OMC from the nanocapsules. It was used acetonitrile as solvent because it is capable to dissolve the polymer shell of nanocapsules and the sunscreen. This method gave an estimation of the total amount of OMC (encapsulated and released) in each skin layer. A new skin treatment was used, which preserved the polymer shell of the particles. Isopropyl myristate was chosen as solvent because it is not able to solubilize the polymer but it is capable to solubilize OMC released from nanocapsules. These results demonstrated that the OMC accumulated in the upper skin layers. The viable epidermis seemed to be the limiting barrier for the progression of nanocapsules penetration in the skin. Independently of the skin treatment, the same amount of OMC was recovered in the dermis and no OMC was detected in the receptor compartment indicating the absence of nanocapsules in both compartments. Moreover, the use of isopropyl miristate showed that the OMC release was different depending on the skin level. Whereas 78 % of OMC was released after 6 h at the surface of the skin and around 40 % in the stratum corneum, this percentage decreased to 20 % in the deeper skin layers. It can be thus concluded that the OMC release profile is different between the surface and the viable skin.

In our modern society we are exposed to many natural and synthetic chemicals. The assessment of chemicals with regard to human safety is difficult but nevertheless of high importance. Beside clinical studies, which are restricted to potential pharmaceuticals only, most toxicity data relevant for regulatory decision-making are based on in vivo data. Due to the ban on animal testing of cosmetic ingredients in the European Union, alternative approaches, such as in vitro and in silico tests, have become more prevalent. In this thesis existing non-testing approaches (i.e. studies without additional experiments) have been extended, e.g. QSAR models, and new non-testing approaches, e.g. in vitro data supported structural alert systems, have been created. The main aspect of the thesis depends on the determination of data quality, improving modelling performance and supporting Adverse Outcome Pathways (AOPs) with definitions of structural alerts and physico-chemical properties. Furthermore, there was a clear focus on the transparency of models, i.e. approaches using algorithmic feature selection, machine learning etc. have been avoided. Furthermore structural alert systems have been written in an understandable and transparent manner. Beside the methodological aspects of this work, cosmetically relevant examples of models have been chosen, e.g. skin penetration and hepatic steatosis. Interpretations of models, as well as the possibility of adjustments and extensions, have been discussed thoroughly. As models usually do not depict reality flawlessly, consensus approaches of various non-testing approaches and in vitro tests should be used to support decision-making in the regulatory context. For example within read-across, it is feasible to use supporting information from QSAR models, docking, in vitro tests etc. By applying a variety of models, results should lead to conclusions being more usable/acceptable within toxicology. Within this thesis (and associated publications) novel methodologies on how to assess and employ statistical data quality and how to screen for potential liver toxicants have been described. Furthermore computational tools, such as models for skin permeability and dermal absorption, have been created.

Extratos vegetais ricos em compostos antioxidantes têm sido amplamente utilizados em produtos cosméticos uma vez que esses compostos poderiam proteger a pele contra os danos da radiação ultravioleta (UV). Assim, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver formulações cosméticas contendo extratos de chá verde (CV) e Ginkgo biloba (GB) a fim de avaliar a eficácia pré-clínica, na proteção contra danos causados pela radiação UV, a penetração cutânea e a segurança de tais formulações. Para tal, foram desenvolvidas 13 formulações e após os testes de estabilidade e sensorial, foi selecionada uma formulação a base de fosfato de trilaureth-4 e goma polissacarídica para a realização dos estudos propostos. A eficácia pré-clínica foi realizada por testes in vitro (atividade antioxidante) e in vivo em animais de laboratório, os quais foram submetidos à radiação UV para a avaliação dos efeitos fotoprotetores das formulações objeto de estudo. O estudo de penetração cutânea foi feito em células de difusão de Franz utilizando pele humana e o de segurança por meio da avaliação da compatibilidade cutânea (estudo clínico). Ambos os extratos, CV e GB, apresentaram atividade antioxidante in vitro, no entanto, CV apresentou maior efeito que GB. Na avaliação da eficácia in vivo, foi observado que somente as formulações acrescidas dos extratos vegetais protegeram a pele dos animais contra os danos induzidos pela radiação UV, quando comparadas ao controle irradiado. A formulação que continha GB apresentou efeitos mais pronunciados na proteção da função barreira da pele e contra o eritema, enquanto que a formulação acrescida de CV atuou de maneira mais pronunciada na proteção contra a formação de células de queimadura solar. Os resultados referentes ao estudo de penetração cutânea mostraram que a epigalocatequina-3- galato (EGCG), proveniente da formulação que continha CV, e, a quercetina proveniente da formulação acrescida de GB, penetraram na pele, mas não permearam até o líquido receptor, ou seja, ficaram retidas no estrato córneo e na epiderme viável, sendo que no caso de EGCG, pequenas concentrações também foram encontradas na derme. O estudo de segurança mostrou que as diferentes formulações objeto de estudo apresentaram uma ótima compatibilidade cutânea. Considerando que as formulações contendo os extratos vegetais de CV e de GB apresentaram efeitos fotoprotetores in vivo, penetração e retenção de seus flavonóides majoritários na pele e ótima compatibilidade cutânea, pode-se considerar que tais formulações apresentam eficácia e segurança para uso cosmético. Além disso, os resultados obtidos neste estudo contribuíram para mostrar a importância da associação dos extratos de chá verde e de Ginkgo biloba em formulações cosméticas com finalidades fotoprotetoras uma vez que estes extratos apresentam efeitos que se complementam na proteção da pele contra o conjunto de danos induzidos pela radiação UV. / Botanical extracts rich in antioxidant compounds have been widely used in cosmetic products since they could protect the skin against UV-induced damages. Thus, the objective of this study was to develop cosmetic formulations containing green tea (GT) and Ginkgo biloba (GB) extracts in order to evaluate the preclinical efficacy on the skin protection against UV-induced damages, skin penetration and safety of these formulations. For this, 13 formulations were developed and the formulation number 11, containing trilaureth-4 phosphate and a polysaccharide gum, was chosen for the next studies, after stability and sensorial analysis. The pre-clinical efficacy was done by in vitro (antioxidant activity) and in vivo tests in animal skin submitted to UV radiation in order to evaluate the photoprotective effects of the formulations. The skin penetration study was carried out by using human skin biopsies and Franz diffusion cells. The safety study was performed by a skin compatibility test (clinical study). Both extracts presented antioxidant activity, however GT showed higher antioxidant effect than GB. The in vivo efficacy evaluation showed that only the extracts supplemented formulations protected the skin against UV damages, when compared to the irradiated control. The formulation containing GB was more effective in protecting against skin barrier damages and erythema formation, while the formulation containing GT had more pronounced effects against sunburn cell formation. The results of the skin penetration study showed that epigalocatechin-3- galate (EGCG) from GT containing formulation, and quercetin from GB containing formulation penetrated the skin but they were not able to permeate further through the skin to the receptor fluid, that is, these flavonoids were retained into the stratum corneum and viable epidermis. In addition, small quantities of EGCG were found in dermis. The safety study showed that the formulations under study presented very good skin compatibility. Considering that the formulations containing GT and GB provided in vivo photoprotective effects, penetration and retention of their mainly flavonoids into the skin and good skin compatibility as well, we can consider that these formulations present efficacy and safety for cosmetic use. In addition, the results contributed to demonstrate the importance of the combination of these two extracts in cosmetic formulations with photoprotective purpose since both extracts had complementary effects on the constellation of UV-induced skin damages.

Esta tese de doutorado fundamentou-se na preparação e caracterização de suspensões de nanocápsulas contendo quercetina (QUE) e metoxicinamato de octila (MCO), como componente do núcleo central destes sistemas. As suspensões foram preparadas pelo método de deposição interfacial do polímero pré-formado e foram posteriormente caracterizadas através da determinação dos teores totais de QUE e MCO, das taxas de associação da QUE e do MCO às nanocápsulas, dos diâmetros médios de partículas e polidispersões, dos potenciais zeta e análises morfológicas. Avaliou-se neste estudo, a influência do tipo de tesioativo utilizado (Span 60® ou Epikuron 170®) sobre as características físico-químicas das suspensões de nanocápsulas. As formulações foram estudadas quanto a sua estabilidade frente à radiação UVA, durante um período de exposição de 15 dias. As suspensões apresentaram tamanhos de partícula inferiores a 500 nm e taxas de encapsulação próximas a 90 % para a QUE e MCO. Este teste permitiu verificar que as nanocápsulas são sistemas capazes de proteger parcialmente as substâncias nela associadas contra a fotodegradação. As formulações preparadas com Span 60® foram mais efetivas na proteção contra a fotodegradação tanto da QUE, quanto do MCO, no entanto, evidenciou-se que a presença destas duas substâncias contribuiu para a proteção de ambas. Os testes para avaliação do potencial antioxidante das nanocápsulas contendo QUE e MCO foram conduzidos em células de levedura de Saccharomyces cerevisiae durante um período de 35 h, com coletas em tempos específicos. Os resultados demonstraram que a presença das suspensões de nanocápsulas, contendo ambas as substâncias associadas, foi capaz de minimizar a mortalidade das células de levedura em presença do agente estressor. Além disso, foi possível perceber que este efeito de proteção se manteve ao final das 35 h comprovando a eficiência destes sistemas na liberação lenta de substâncias. As suspensões de nanocápsulas foram associadas a um gel hidrofílico e, após, foram aplicadas sobre a superfície cutânea para avaliação dos perfis de liberação do MCO após 3 e 6 h de incubação. Testes in vitro utilizando células de Franz, foram realizados para avaliar a liberação do MCO a partir das nanocápsulas. Para este experimento utilizou-se acetonitrila como solvente, devido sua capacidade de solubilizar o polímero permitindo estimar a quantidade total de MCO em cada camada da pele. Com a finalidade de avaliar a quantidade de MCO liberado por difusão das nanocápsulas nas diferentes camadas da pele com o passar do tempo (MCO livre) utilizou-se o miristato de isopropila como solvente, pois o mesmo não é capaz de solubilizar o polímero, mas solubiliza o MCO. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que o MCO permanece acumulado nas camadas mais superficiais da pele, sendo a epiderme a principal barreira para a passagem deste filtro pela pele. Após aplicação e transcorrido os tempos de estudo não foi possível recuperar MCO na derme e também no líquido receptor. A utilização do miristato de isopropila permitiu demonstrar que a liberação do MCO foi diferente dependendo das camadas da pele. Setenta e oito por cento de MCO foi liberado após 6 h na superfície cutânea e cerca de 40 % no estrato córneo, sendo que este percentual diminuiu em torno de 20 % nas camadas mais profundas da pele. Os resultados permitiram inferir que a liberação do MCO difere entre a superfície da pele e as demais camadas. / This work has been based on the development and characterization of nanocapsules containing quercetin (QUE) and octyl metoxycinnamate (OMC), used as oil core of these systems. The nanocapsule suspensions were prepared by interfacial deposition of preformed polymer. The suspensions were characterized in terms of QUE and OMC contents and associated drug (QUE) within the nanoparticles, morphology, pH, mean size and polydispersity, as well as the zeta potentials. The influence of the type of surfactant (Span 60® e Epikuron 170®) on the physicochemical characteristics of suspensions was evaluated. The stability of the different formulations was evaluated under UVA radiation for 15 days. The aim of this test was to evaluate the nanocapsules ability in protecting the loaded substances against the photodegradation. The nanocapsules presented particle sizes lower than 500 nm, negative zeta potential values and QUE and OMC total contents about 90 %. The encapsulation efficiencies for QUE were 100 %. After 15 days, the formulations prepared with Span 60® and QUE/OMC showed more than 80 % of QUE content. The formulation prepared exclusively with QUE showed a content of QUE around 50 %. The totality of OMC degraded in solution, while OMC remained around 15 % stable in the nanocapsules prepared with Span 60® and QUE. After UVA exposure, QUE and OMC concentrations remained higher for the nanocapsules than for the solutions. Furthermore, the nanoencapsulation of QUE and OMC, using Span 60® improved their photostability. The antioxidant properties of the QUE-loaded nanocapsule suspensions were also evaluated and for this test Saccharomyces cerevisiae cells were used during 35 h of incubation. QUE and OMC nanocapsule suspensions showed an important in vivo antioxidant activity against the damages caused by a stressor agent that lasted for 35 h. The longer bioactivity of those nanocapsules was probably related to the slowly release of the QUE. The nanocapsule suspensions were incorporated in gel or emulsion (O/W) formulations. OMC release profiles from nanocapsules were evaluated for 3 and 6 h. In vitro measurements using static Franz diffusion cells were performed to examine the release behavior of OMC from the nanocapsules. It was used acetonitrile as solvent because it is capable to dissolve the polymer shell of nanocapsules and the sunscreen. This method gave an estimation of the total amount of OMC (encapsulated and released) in each skin layer. A new skin treatment was used, which preserved the polymer shell of the particles. Isopropyl myristate was chosen as solvent because it is not able to solubilize the polymer but it is capable to solubilize OMC released from nanocapsules. These results demonstrated that the OMC accumulated in the upper skin layers. The viable epidermis seemed to be the limiting barrier for the progression of nanocapsules penetration in the skin. Independently of the skin treatment, the same amount of OMC was recovered in the dermis and no OMC was detected in the receptor compartment indicating the absence of nanocapsules in both compartments. Moreover, the use of isopropyl miristate showed that the OMC release was different depending on the skin level. Whereas 78 % of OMC was released after 6 h at the surface of the skin and around 40 % in the stratum corneum, this percentage decreased to 20 % in the deeper skin layers. It can be thus concluded that the OMC release profile is different between the surface and the viable skin.

Les écrans solaires sont des formulations dont l’application permet de protéger la peau des effets néfastes du rayonnement ultraviolet (UV) et notamment de l’apparition des cancers cutanés. Ces formulations contiennent des filtres UV organiques et/ou inorganiques. Certains filtres UV organiques sont connus pour pénétrer la peau et engendrer des réactions allergiques et photo-allergiques. De plus, certains d’entre eux peuvent engendrer des effets toxiques sur les cellules cutanées vivantes et atteindre la circulation systémique. Les filtres UV inorganiques sont la plupart du temps incorporés dans les écrans solaires sous forme de nanoparticules afin d’améliorer les qualités esthétiques des écrans solaires minéraux. Les nanoparticules utilisées comme filtres UV inorganiques exerceraient des effets toxiques sur les cellules nucléées de la peau. Les nanoparticules et nanocapsules lipidiques sont des particules lipidiques submicroniques intéressantes pour formuler les actifs pharmaceutiques et cosmétiques et notamment les filtres UV. L’objectif de ce travail était de développer des suspensions de nanoparticules lipidiques pour formuler des filtres UV inorganiques et organiques en les maintenant à la surface de la peau tout en augmentant leur efficacité photo-protectrice. Ces travaux ont permis de développer des suspensions de nanoparticules lipidiques encapsulant des filtres UV inorganiques en augmentant leur pouvoir photo-protecteur. Cette étude a également mis en évidence l’intérêt de ces suspensions de nanoparticules lipidiques pour encapsuler un filtre UV organique et limiter sa perméation percutanée tout en augmentant son efficacité filtrante dans le domaine UV / Sunscreens are topical formulations that protect the skin against damages induced by ultraviolet (UV) radiations and notably skin cancers formation. Those formulations contain organic and/or inorganic UV filters. Some organic UV filters are known to penetrate the skin and trigger allergic and photo-allergic cutaneous reactions. Moreover, some of them are responsible for toxic effects on skin nucleated cells and could reach systemic circulation. Nanoparticles of inorganic UV filters are often incorporated into sunscreens to improve their aesthetic qualities. Nanoparticles used as inorganic UV filters could exercise toxic effects on skin nucleated cells. Lipid nanoparticles and nanocapsules are submicronic lipid particles interesting to formulate pharmaceutical and cosmetic active compounds and notably UV filters. The aim of this work was to develop lipid nanoparticles to entrap organic and inorganic UV filters maintaining them at skin surface while increasing their photo-protection efficiency. This study permitted to develop lipid nanoparticle suspensions entrapping inorganic UV filters enhancing their photo-protection efficiency. This work also highlighted the interest of these lipid nanoparticle suspensions to entrap an organic UV filter avoiding its percutaneous permeation while enhancing its photo-protection efficiency