Universitat Internacional de Catalunya
Drug & Protein Delivery
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.