Propolis-Encapsulated Niosomes for Topical Delivery

Abstract

Niosomes are a relatively new nanotechnology that was developed to overcome some issues related to the use of liposomes, such as instability and higher cost of production Niosomes are self-assembled vesicular nanosystems, composed of non-ionic surfactants and cholesterol, organized into multilamellar vesicles. Lipidic nanosystems are being highly researched for topical delivery because they provide a controlled and sustained drug release. Another great characteristic of niosomes is their improved stability and ability to encapsulate both hydrophilic and lipophilic drugs.The main purpose of this study was to develop and optimize niosomes with particle size and homogeneity suitable for cosmetic application and able to encapsulate propolis, a hydrophobic compound.Tween 20 and Kolliphor RH40 were used for the preparation of propolis-encapsulated niosomes by the Thin Layer Evaporation method. Different ratios of cholesterol and cetyl alcohol were tested as the lipidic part. Extrusion was used to reduce the particle size. The obtained nanosystem was characterized by particle size, PDI, zeta potential, entrapment efficiency, and stability. In-vitro release studies were performed with vertical diffusion Franz cells and dialysis tubing cellulose membrane of propolis-encapsulated niosomes and a solution of propolis in Transcutol.The obtained particle size was below 200 nm and the PDI was also below 0.2, meeting the necessary requirements for topical application. High entrapment efficiency was achieved with values above 79% and with a mean zeta potential of -38 mV, which normally indicates the stability of niosomes. Propolis-encapsulated niosomes were found to have a controlled release of the encapsulated bioactive compound into the bilayer. Formulations with cholesterol and Kolliphor RH40 showed the highest percentage of cumulative release and greater encapsulation of propolis. The addition of cholesterol revealed a significant improvement in niosomes stability at 4°C and 25°C for a month. Propolis alone and encapsulated in niosomes showed anti-inflammatory potential against the RAW 264.7 cell line. The formulations did not exhibit cytotoxicity against the HaCaT cell line (up to 25 μg/mL) and against the HFF-1 cell line (up to 12.5 μg/mL). The HET-CAM testing of propolis-loaded formulations revealed slight irritation of the CAM membrane, requiring further studies to investigate skin safety.

Os niossomas são uma nanotecnologia relativamente recente que foi desenvolvida para ultrapassar alguns problemas relacionados com a utilização de lipossomas, tais como a instabilidade, e o elevado custo de produção. Estes sistemas consistem em nanosistemas vesiculares com capacidade de formação espontânea, constituídos por surfactantes não-iónicos e colesterol, e organizados em vesículas multilamelares. Estes nanosistemas vesiculares de natureza lipídica têm vindo a ser desenvolvidos e estudados para administração tópica, pois permitem uma libertação controlada e prolongada das moléculas incorporadas. Outras características vantajosas dos niossomas são a sua elevada estabilidade, e a capacidade de encapsulação tanto fármacos hidrofílicos como lipofílicos.O principal objetivo desta dissertação foi desenvolver e otimizar niossomas com tamanho e homogeneidade de tamanho de partícula adequados para aplicação cosmética, e capazes de encapsular a própolis, um composto hidrofóbico com potencial cosmético.Os compostos Tween 20 e Kolliphor RH40 foram os surfactantes não-iónicos utilizados para a preparação dos niossomas desenvolvidos para a encapsulação da própolis, através do método de evaporação da camada fina. Foram testadas diferentes proporções de colesterol e álcool cetílico como componentes lipídicos na formulação. O processo de extrusão foi utilizado para reduzir o tamanho das partículas. O nanosistema obtido foi caracterizado relativamente ao tamanho de partícula, índice de polidispersão (PDI), potencial zeta, eficiência de encapsulação e estabilidade. Os estudos de libertação in vitro foram realizados recorrendo a células de Franz, nas quais se estudou a libertação cumulativa de própolis a partir dos niossomas desenvolvidos.O tamanho de partícula obtido foi inferior a 200 nm, e o PDI foi inferior a 0,2, correspondendo aos requisitos necessários pretendidos para a aplicação tópica. Foi obtida uma elevada eficiência de encapsulação, com valores superiores a 79%. O valor médio do potencial zeta foi de -38 mV, o que sugere a existência de estabilidade física dos niossomas. Verificou-se ainda que os niossomas desenvolvidos apresentaram uma libertação controlada da própolis encapsulada na bicamada. As formulações com colesterol e Kolliphor RH40 apresentaram uma percentagem superior de libertação cumulativa, e uma maior capacidade de encapsulação da própolis. A adição de colesterol revelou ainda uma melhoria significativa na estabilidade dos niossomas a 4°C e a 25°C durante o período de um mês. Tanto a própolis em solução como a encapsulada nos niossomas evidenciou potencial anti-inflamatório em macrófagos RAW 264.7. As formulações não apresentaram citotoxicidade quando testadas na linha celular HaCaT (até 25 μg/mL) e na linha celular HFF-1 (até 12,5 μg/mL). O teste HET-CAM nas formulações contendo própolis revelou uma ligeira irritação da membrana CAM, pelo que testes futuros serão necessários para investigar mais aprofundadamente o perfil de segurança da formulação na pele.