Universitat Internacional de Catalunya
Drug & Protein Delivery
Otras lenguas de impartición: catalán, castellano,
Profesorado
Presentación
El curso de Drug and Protein Delivery ofrece una visión interdisciplinaria sobre las tecnologías avanzadas de administración de activos cosméticos y proteínas en la piel y otras estructuras biológicas. Este programa combina principios de nanociencia, biotecnología, ingeniería de materiales y dermatología, proporcionando a los estudiantes las herramientas necesarias para innovar en el diseño y desarrollo de sistemas de entrega eficientes y seguros para la industria cosmética. El contenido del curso permite a los estudiantes comprender y aplicar diversas técnicas innovadoras para formular productos cosméticos con mayor eficiencia de permeación de proteínas y otros principios activos, proporcionando una liberación controlada en aplicaciones tópicas, mejorando su biodisponibilidad y eficacia.
Requisitos previos
Recomendado tener grado academico en bioingenieria, materiales y/o ciencias de la salud o áreas afines.
Objetivos
Aprender y comprender en profundidad el conocimiento de materiales innovadores y tecnologías avanzadas de sistemas de liberación para productos cosméticos, basados en:
- Fundamentos teóricos de los sistemas de liberación controlada de principios activos y proteínas.
- Principios de formulación y comportamiento biofarmacéutico de fármacos aplicados por vía tópica.
- Diseño de productos basados en sistemas de encapsulación de fármacos y proteínas.
- Funcionalización y optimización de nanopartículas, liposomas, hidrogeles y sistemas de liberación transdérmica.
- Análisis de las propiedades físico-químicas y biológicas de los materiales utilizados en sistemas de liberación de fármacos en productos cosméticos.
- Comportamiento de permeación cutánea incluyendo dianas específicas para proporcionar una mayor eficacia en aplicaciones cosméticas.
- Evaluación de la eficacia, estabilidad y seguridad de sistemas desarrollados en contextos cosméticos.
- Aplicaciones exitosas de sistemas de liberación de productos antienvejecimiento, antioxidantes, hidratantes y reparadores.
Competencias/Resultados de aprendizaje de la titulación
CE2 – Conocer sobre la fisiología y la estructura de las áreas en las que se aplican los productos cosméticos, así como entender las diferentes aplicaciones que tienen estos productos.
CE3 – Tener la habilidad de entender y utilizar las metodologías, nuevas tecnologías y herramientas de la bioingeniería en la investigación, desarrollo y fabricación de productos cosméticos.
CE7 – Aplicar las metodologías de la bioingeniería para la producción de sistemas de liberación de ingredientes innovadores para su uso en cosmética.
RA2 – Entiende y utiliza las herramientas de la bioingeniería, como la impresión 3D, la inteligencia artificial, o la utilización de materiales, para la innovación en la investigación, desarrollo y fabricación de productos cosméticos.
Resultados de aprendizaje de la asignatura
Al finalizar este curso, los estudiantes podrán:
- Comprender los principios básicos de los sistemas de liberación.
- Comprender la función de barrera de la piel y cómo afecta la liberación de fármacos.
- Diseñar y optimizar sistemas de liberación para aplicaciones cosméticas.
- Analizar y resolver problemas prácticos de formulación.
- Evaluar los factores que influyen en la permeabilidad tópica y transdérmica, como las características de la piel, la formulación y las propiedades de los ingredientes.
- Reconocer las ventajas y desventajas de los diferentes enfoques de administración de fármacos y proteínas para la piel.
- Incorporar principios de sostenibilidad e innovación en el desarrollo de productos cosméticos.
- Aplicar métodos de control de calidad y pruebas de estabilidad para sistemas de liberación de fármacos y proteínas.
- Evaluar la eficacia y seguridad de los sistemas desarrollados.
- Comprender los requisitos regulatorios para el desarrollo de productos farmacéuticos
Contenidos
Bloque I:
1. Fundamentos de la liberación controlada de fármacos y proteínas
• Conceptos básicos de liberación controlada de fármacos: ¿por qué es necesaria?
• Principios de liberación controlada y sostenida, modelos cinéticos de liberación de fármacos (orden cero, primer orden, Higuchi, Korsmeyer-Peppas).
• Vías de administración: oral, tópica, transdérmica, intravenosa, intranasal, etc.
• Mecanismos de transporte de fármacos y proteínas: difusión, transporte activo y pasivo, endocitosis.
2. Materiales para sistemas de liberación de fármacos y proteínas
• Nanopartículas (poliméricas, metálicas, lipídicas sólidas), liposomas, micelas y ciclodextrina: para encapsulación y liberación de principios activos.
• Polímeros biocompatibles: naturales y sintéticos (PEG, PLGA) en formulaciones para cosméticos y productos farmacéuticos.
• Sistemas de liberación basados en proteínas: anticuerpos monoclonales, proteínas recombinantes.
• Nuevas tecnologías de administración: exosomas, MOF, hidrogeles, sistemas de administración sensibles a estímulos (pH, temperatura, luz).
3. Avances en biotecnología y bioingeniería aplicada
• Proteínas recombinantes y péptidos en cosmética: desarrollo y producción de proteínas específicas con aplicaciones cosméticas y médicas.
• Ingeniería tisular: uso de biomateriales y proteínas en la regeneración de la piel y el antienvejecimiento.
• Biomateriales avanzados para cosmética: polímeros y sistemas bioinspirados para mejorar la eficacia del producto.
4. Toxicidad y normativas
• Biocompatibilidad y toxicidad: evaluación de la seguridad de los materiales utilizados en los sistemas de administración.
• Normativa y estándares: requisitos normativos para la aprobación de productos cosméticos y sistemas de administración (EMA, FDA, ISO). Enfoque específico en la normativa que se aplica directamente a los sistemas de administración (p. ej. regulación de nanomateriales, microplásticos).
Bloque II:
5. Mecanismos de liberación transdérmica y tópica
• Fisiología de la piel y los tejidos: Barreras físicas y químicas a la penetración de principios activos en piel, cabello, uñas y mucosas.
• Métodos para mejorar la permeabilidad cutánea: Uso de potenciadores de penetración, vehículos lipídicos, nanotecnología, ionoforesis, microagujas, ultrasonidos, etc.
• Evaluación de la penetración transdérmica y tópica: Técnicas in vitro e in vivo para medir la eficacia de la penetración de principios activos.
6. Aplicaciones en Cosmética
• Liberación de principios activos en cosmética: Vitaminas, antioxidantes, péptidos, extractos naturales y proteínas en productos tópicos.
• Sistemas de encapsulación en productos cosméticos: Nanopartículas, nanoemulsiones, vesículas y otros nanosistemas para la liberación controlada de principios.
• Formulaciones para el cuidado de la piel y el cabello: Aporte de colágeno, elastina, ácido hialurónico, retinoides, etc.
• Nuevas tendencias en cosmética avanzada: Cosmecéuticos, ingredientes biomiméticos, productos personalizados, neurocosméticos, nutricosméticos
• Cosméticos inteligentes: Uso de sensores y tecnologías digitales para el aporte personalizado de ingredientes.
• Impacto de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático en el diseño de sistemas de liberación.
7. Desarrollo y evaluación de productos
• Diseño de formulaciones: Métodos para desarrollar y optimizar formulaciones para el aporte de principios activos. Principios de formulación para sistemas de administración de fármacos y productos finales.
• Caracterización de sistemas de administración: Métodos fisicoquímicos para evaluar la eficiencia de encapsulación, liberación y biodisponibilidad de principios activos, estudios de interacción farmacológica y tamaño de partícula, reología, técnicas avanzadas de microscopía.
• Estabilidad de fármacos y proteínas en diferentes formas de administración: Factores que afectan la estabilidad química y física (pH, temperatura, luz).
• Pruebas preclínicas y clínicas: métodos de evaluación in vitro e in vivo para validar la eficacia y seguridad de los sistemas de administración.
• Escalado: técnicas de producción de lotes de laboratorio a plantas
Bloque III:
8. Lentes de contacto como dispositivos de administración de fármacos y proteínas
• Anatomía y fisiología del ojo humano: Barreras naturales y desafíos para lograr una administración eficaz de fármacos a nivel ocular.
• Panorama de la administración de fármacos a través de lentes de contacto: Lentes de contacto como un vehículo novedoso para la administración sostenida de fármacos, que ofrece una alternativa a las gotas oftálmicas tradicionales.
• Materiales para lentes de contacto cargadas con fármacos: Hidrogeles y materiales a base de silicona que pueden diseñarse para transportar y liberar fármacos y proteínas a lo largo del tiempo.
• Mecanismos de liberación de fármacos a partir de lentes de contacto: Difusión, impronta molecular y técnicas de modificación de superficies para la liberación controlada de principios activos.
• Asociación de lentes de contacto con otros sistemas de administración de fármacos.
• Aplicaciones cosméticas y terapéuticas:
o Aplicaciones cosméticas: Lentes de color y tintados que incorporan principios activos como vitaminas y agentes humectantes para mejorar la salud y el aspecto ocular.
o Aplicaciones terapéuticas: Lentes de contacto para la liberación sostenida de antibióticos, antiinflamatorios o tratamientos para afecciones como el glaucoma, el síndrome del ojo seco o la conjuntivitis.
o Aplicaciones adicionales de los sistemas de administración de fármacos mencionados en el ámbito farmacéutico y cosmético.
• Desafíos y direcciones futuras: Superar los desafíos relacionados con la biocompatibilidad del material de las lentes, la capacidad de carga de fármacos y garantizar la comodidad del paciente al tiempo que se ofrece un beneficio terapéutico o cosmético.
Metodología y actividades formativas
Modalidad totalmente presencial en el aula
Las clases se impartirán en formato teórico donde se introducirán los contenidos básicos y avanzados de la asignatura, divididos en tres bloques.
También se realizará un trabajo bibliográfico práctico con comunicación oral (presentación de diapositivas) y trabajo en equipo.
Sistemas y criterios de evaluación
Modalidad totalmente presencial en el aula
La evaluación de esta asignatura se dividirá en los siguientes criterios por bloques de contenidos:
Bloque I: La evaluación consistirá en un examen escrito que se realizará de forma individual en la última clase del bloque didáctico y tendrá un valor del 40% de la nota final de la asignatura.
Bloque II: La evaluación consistirá en un trabajo bibliográfico práctico con exposición oral de aplicaciones científicas, desarrollado de forma individual y/o en grupo y realizado en la última clase del bloque didáctico y tendrá un valor del 40% de la nota final de la asignatura.
Bloque III: La evaluación consistirá en un único examen que combinará preguntas tipo test, verdadero/falso y cortas que se realizará de forma individual en la última clase del bloque didáctico y tendrá un valor del 20% de la nota final de la asignatura.
La asignatura se aprobará con una nota mínima del 50% en la nota total.
Consideraciones importantes:
• El plagio, la copia o cualquier otra acción que pueda ser considerada trampa supondrá un cero en ese componente de evaluación. Hacerlo en los exámenes/presentaciones supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
• En los exámenes de segunda oportunidad, la máxima calificación que pueden obtener los alumnos es “Excelente”, sin posibilidad de obtener honores.
• No se aceptarán cambios en el cronograma, fechas de exámenes ni sistema de evaluación.
Bibliografía y recursos
“Delivery system handbook for personal care and cosmetic products”, M.R. Rosen, Publisher Willian Andrew (2005) ISBN 978-0-8155-1504-3
Ranade, V.V., & Cannon, J.B. (2013). Drug delivery systems (3rd ed.). CRC Press.
Alvarez-Lorenzo, C., Anguiano-Igea, S., Varela-García, A., Vivero-Lopez, M., & Concheiro, A. (2019). Bioinspired hydrogels for drug-eluting contact lenses. Acta Biomaterialia, 84, 49– 62.
Kim et al. Transdermal delivery systems in cosmetics. Biomedical Dermatology (2020) 4:10
Jeong, W.Y., Kwon, M., Choi, H.E. et al. Recent advances in transdermal drug delivery systems: a review. Biomater Res 25, 24 (2021).
Kumar, V. et al. (2023). Transdermal Drug Delivery Systems. In: Santra, T.S., Shinde, A.U.S. (eds) Advanced Drug Delivery. Studies in Mechanobiology, Tissue Engineering and Biomaterials, vol 26. Springer, Singapore.