Universitat Internacional de Catalunya

Drug & Protein Delivery

Drug & Protein Delivery
3
15739
1
Primer semestre
op
Llengua d'impartició principal: anglès

Altres llengües d'impartició: català, castellà,

Professorat

Presentació

L’assignatura de Drug and Protein Delivery ofereix una visió interdisciplinària sobre les tecnologies avançades d'administració d’actius cosmètics i proteïnes a la pell i altres estructures biològiques. Aquest programa combina principis de nanociència, biotecnologia, enginyeria de materials i dermatologia, proporcionant als estudiants les eines necessàries per a innovar en el disseny i desenvolupament de sistemes d’alliberament eficients i segurs per a la indústria cosmètica. El contingut del curs, permet als estudiants entendre i aplicar diverses tècniques innovadores per a formular productes cosmètics amb una major eficiència de permeació de proteïnes i altres principis actius, proporcionant un alliberament controlat en aplicacions tòpiques, millorant així la seva biodisponibilitat i eficàcia.

Requisits previs

Es recomana haver cursat prèviament un grau en bioenginyeria, materials i/o ciències de la salut o àrees afins.

Objectius

Aprendre i entendre en profunditat el coneixement sobre materials innovadors i tecnologies avançades de sistemes d'alliberament de productes cosmètics, basats en:

· Fonaments teòrics dels sistemes d'alliberament controlat de principis actius i proteïnes.

· Principis de formulació i comportament biofarmacèutic de fàrmacs aplicats per via tòpica.

· Disseny de productes basats en sistemes d'encapsulació de fàrmacs i proteïnes.

· Funcionalització i optimització de nanopartícules, liposomes, hidrogels i sistemes d’alliberament transdèrmic.

· Anàlisi de les propietats fisicoquímiques i biològiques dels materials utilitzats en sistemes d’alliberament de fàrmacs en productes cosmètics.

· Comportament de permeació cutània, incloent dianes específiques per a proporcionar una major eficàcia en aplicacions cosmètiques.

· Avaluació de l’eficàcia, estabilitat i seguretat de sistemes desenvolupats en contextos cosmètics.

· Aplicacions exitoses de sistemes d'alliberament de productes antienvelliment, antioxidants, hidratants i reparadors.

Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació

CE2 – Conèixer sobre la fisiologia i l'estructura de les àrees en les quals s'apliquen els productes cosmètics, així com entendre les diferents aplicacions que tenen aquests productes.

CE3 – Tenir l'habilitat d'entendre i utilitzar les metodologies, noves tecnologies i eines de la bioenginyeria en la recerca, desenvolupament i fabricació de productes cosmètics.

CE7 – Aplicar les metodologies de la Bioenginyeria per a la producció de sistemes d'alliberament d'ingredients innovadors per al seu ús en cosmètica.

RA2 – Entén i utilitza les eines de la Bioenginyeria, com la impressió 3D, la intel·ligència artificial, o la utilització de materials, per a la innovació en la recerca, desenvolupament i fabricació de productes cosmètics.

Resultats d’aprenentatge de l’assignatura

Al finalitzar el curs, els estudiants podran:

· Entendre els principis bàsics dels sistemes d’alliberament.

· Entendre la funció de barrera de la pell i com afecta aquesta a l’alliberament de fàrmacs.

· Dissenyar i optimitzar sistemes d’alliberament per a aplicacions cosmètiques.

· Analitzar i resoldre problemes pràctics de formulació.

· Avaluar els factors que influeixen en la permeabilitat tòpica i transdèrmica, com les característiques de la pell, la formulació i les propietats dels components.

· Reconèixer els avantatges i desavantatges dels diferents enfocaments en l’administració de fàrmacs i proteïnes a la pell.

· Incorporar principis de sostenibilitat i innovació en el desenvolupament de productes cosmètics.

· Aplicar mètodes de control de qualitat i proves d'estabilitat per a sistemes d'alliberament de fàrmacs i proteïnes.

· Avaluar l'eficàcia i seguretat dels sistemes desenvolupats.

· Entendre els requisits reguladors per al desenvolupament de productes farmacèutics.

Continguts

Bloc I

1. Fonaments de l'alliberament controlat de fàrmacs i proteïnes

· Conceptes bàsics d'alliberament controlat de fàrmacs: per què és necessari?

· Principis d'alliberament controlat i sostingut, models cinètics d'alliberament de fàrmacs (ordre zero, primer ordre, Higuchi, Korsmeyer-Peppas).

· Vies d'administració: oral, tòpica, transdèrmica, intravenosa, intranasal, etc.

· Mecanismes de transport de fàrmacs i proteïnes: difusió, transport actiu i passiu, endocitosi.

2. Materials per a sistemes d'alliberament de fàrmacs i proteïnes

· Nanopartícules (polimèriques, metàl·liques, lipídiques sòlides), liposomes, micel·les i ciclodextrines: per a encapsulació i alliberament de principis actius.

· Polímers biocompatibles: naturals i sintètics (PEG, PLGA) en formulacions cosmètiques i productes farmacèutics.

· Sistemes d'alliberament basats en proteïnes: anticossos monoclonals, proteïnes recombinants.

· Noves tecnologies d'administració: exosomes, MOF, hidrogels, sistemes d'administració sensibles a estímuls (pH, temperatura, llum).

3. Avanços en biotecnologia i bioenginyeria aplicada

· Proteïnes recombinants i pèptids en cosmètica: desenvolupament i producció de proteïnes específiques amb aplicacions cosmètiques i mèdiques.

· Enginyeria tissular: ús de biomaterials i proteïnes en la regeneració de la pell i l'antienvelliment.

· Biomaterials avançats per a cosmètica: polímers i sistemes bioinspirats per a millorar l'eficàcia del producte.

4. Toxicitat i normatives

· Biocompatibilitat i toxicitat: avaluació de la seguretat dels materials utilitzats en els sistemes d'administració.

· Normativa i estàndards: requisits normatius per a l'aprovació de productes cosmètics i sistemes d'administració (EMA, FDA, ISO). Enfocament específic en la normativa que

s'aplica directament als sistemes d'administració (p.ex. regulació de nanomaterials, microplàstics).

Bloc II:

5. Mecanismes d'alliberament transdèrmic i tòpic

· Fisiologia de la pell i els teixits: Barreres físiques i químiques per a la penetració de principis actius a la pell, cabell, ungles i mucoses.

· Mètodes per a millorar la permeabilitat cutània: Ús de potenciadors de la penetració, vehicles lipídics, nanotecnologia, ionoforesi, microagulles, ultrasons, etc.

· Avaluació de la penetració transdèrmica i tòpica: Tècniques in vitro i in vivo per a mesurar l'eficàcia de la penetració de principis actius.

6. Aplicacions en Cosmètica

· Alliberament de principis actius en cosmètica: Vitamines, antioxidants, pèptids, extractes naturals i proteïnes en productes tòpics.

· Sistemes d'encapsulació en productes cosmètics: Nanopartícules, nanoemulsions, vesícules i altres nanosistemes per a l'alliberament controlat de principis actius.

· Formulacions per a la cura de la pell i el cabell: Aportació de col·lagen, elastina, àcid hialurònic, retinoides, etc.

· Noves tendències en cosmètica avançada: Cosmecèutics, ingredients biomimètics, productes personalitzats, neurocosmètics, neurocosmètics

· Cosmètics intel·ligents: Ús de sensors i tecnologies digitals per a l'aportació personalitzada d'ingredients.

· Impacte de la intel·ligència artificial i l'aprenentatge automàtic en el disseny de sistemes d'alliberament.

7. Desenvolupament i avaluació de productes

· Disseny de formulacions: Mètodes per a desenvolupar i optimitzar formulacions per a l'alliberament de principis actius. Principis de formulació per a sistemes d'administració de fàrmacs i productes finals.

· Caracterització de sistemes d'administració: Mètodes fisicoquímics per a avaluar l'eficiència d'encapsulació, l’ alliberament i la biodisponibilitat de principis actius, estudis d'interacció farmacològica i mida de partícula, reologia, tècniques avançades de microscòpia.

· Estabilitat de fàrmacs i proteïnes en diferents formes d'administració: Factors que afecten a l'estabilitat química i física (pH, temperatura, llum).

· Proves preclíniques i clíniques: mètodes d'avaluació in vitro i in vivo per a validar l'eficàcia i la seguretat dels sistemes d'administració.

· Escalat: tècniques de producció de lots de laboratori a plantes.

Bloc III:

8. Lents de contacte com a dispositius d'administració de fàrmacs i proteïnes

• Anatomia i fisiologia de l'ull humà: Barreres naturals i reptes per aconseguir una administració eficaç de fàrmacs a nivell ocular.

• Perspectives de l'administració de fàrmacs a través de lents de contacte: Lents de contacte com a vehicle innovador per a l'administració sostinguda de fàrmacs, oferint una alternativa a les gotes oftàlmiques tradicionals.

• Materials per a lents de contacte carregades amb fàrmacs: Hidrogels i materials a base de silicona dissenyats per a transportar i alliberar fàrmacs i proteïnes de manera sostinguda.

• Mecanismes d'alliberament de fàrmacs a partir de lents de contacte: Difusió, empremta molecular i tècniques de modificació de superfícies per a l'alliberament controlat de principis actius.

• Associació de lents de contacte amb altres sistemes d'administració de fàrmacs.

• Aplicacions cosmètiques i terapèutiques:

o Aplicacions cosmètiques: Lents de color i tintades que incorporen principis actius com vitamines i agents humectants per a millorar la salut i l'aspecte ocular.

o Aplicacions terapèutiques: Lents de contacte per a l'alliberament sostingut d'antibiòtics, antiinflamatoris i tractaments per a patologies com el glaucoma, la síndrome de l'ull sec o la conjuntivitis.

· Aplicacions addicionals dels sistemes d'administració de fàrmacs esmentats en l'àmbit farmacèutic i cosmètic.

· Reptes i línies futures: Superar els reptes relacionats amb la biocompatibilitat dels materials de les lents, la capacitat de càrrega de fàrmacs i garantir la comoditat del pacient alhora que s'ofereix un benefici terapèutic i/o cosmètic.

Metodologia i activitats formatives

Modalitat totalment presencial a l'aula



Les classes s'impartiran en format teòric, on s'introduiran els continguts bàsics i avançats de l'assignatura, dividits en tres blocs.

També es realitzarà un treball bibliogràfic pràctic amb una comunicació oral (presentació de diapositives) i treball en equip.

Sistemes i criteris d'avaluació

Modalitat totalment presencial a l'aula



L'avaluació d'aquesta assignatura es dividirà per blocs de continguts seguint els criteris següents:

Bloc I: L'avaluació consistirà en un examen escrit que es realitzarà de manera individual en l'última classe del bloc didàctic i tindrà un valor del 40% de la nota final de l'assignatura.

Bloc II: L'avaluació consistirà en un treball bibliogràfic pràctic amb exposició oral d'aplicacions científiques, desenvolupat de manera individual i/o en grup i realitzat en l'última classe del bloc didàctic i tindrà un valor del 40% de la nota final de l'assignatura.

Bloc III: L'avaluació consistirà en un únic examen que combinarà preguntes de tipus test, veritable/fals i preguntes curtes, que es realitzarà de manera individual en l'última classe del bloc didàctic i tindrà un valor del 20% de la nota final de l'assignatura.

L'assignatura s'aprovarà amb una nota mínima del 50% en la nota total.

Consideracions importants:

• El plagi, la còpia o qualsevol altra acció que pugui ser considerada trampa, suposarà un zero en aquesta part de l’avaluació. Fer-ho als exàmens/presentacions suposarà el suspens immediat de l'assignatura.

• Als exàmens de recuperació, la màxima qualificació que podran obtenir els alumnes és “Excel·lent”, sense possibilitat d'obtenir honors.

Bibliografia i 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.