Filtros químicos solares, estudios analíticos cuando se encuentran en sistemas del tipo de las microemulsiones

Abstract

El octil p-metoxicinamato (OMC) es un filtro químico del grupo de los metoxicinamatos, de amplio uso en productos para la protección solar de la piel. Debido a su alta lipofilicidad, es necesario un medio adecuado para su solubilización y su posterior aplicación en la piel. Las microemulsiones (MEs) son sistemas organizados, transparentes y termodinámicamente estables muy utilizados en la preparación de productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) para la administración tópica de diversos componentes activos. Desde el punto de vista analítico, es de interés el estudio de este tipo de sistemas ya que las propiedades de una especie en un medio organizado pueden diferir respecto a sus propiedades en un medio acuoso. Por ello, este trabajo de tesis propone abordar esta temática, aportando información valiosa para el desarrollo y control de formulaciones portadoras de filtros químicos solares para su utilización como PPCPs. En una primera etapa, se diseñaron, obtuvieron y caracterizaron fisicoquímicamente dos nuevas formulaciones del tipo de las microemulsiones aceite en agua (o/w) como portadoras del filtro químico solar OMC (MEI-OMC y MEII-OMC), a partir de materiales biocompatibles y de uso común en la producción de PPCPs. MEI-OMC y MEII-OMC fueron utilizadas en una serie de estudios analíticos relacionados con el comportamiento del filtro químico solar OMC cuando se encuentra en un medio organizado. Un primer estudio se enfocó en el desarrollo de un sistema automático para el estudio de fotodegradación del OMC cargado en las formulaciones propuestas. El sistema estuvo acoplado a un detector de fluorescencia molecular y permitió monitorear en tiempo real dicho proceso. Los datos espectrales de segundo orden se analizaron mediante resolución multivariada de curvas optimizada mediante mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) y, de esta manera, se obtuvieron las constantes de fotodegradación (Kf) para OMC. En un segundo trabajo, se presenta un sistema automático de fácil implementación y bajo costo para el estudio de permeación de OMC en las formulaciones propuestas. El método utiliza la tradicional celda de difusión de Franz y fue diseñado para monitorear en línea mediante fluorescencia molecular y absorción molecular UV-Vis el proceso de permeación de OMC a través de una membrana sintética que simula la piel. El análisis espectral se realizó mediante cuadrados mínimos parciales (PLS) y, de esta manera, se obtuvieron los perfiles de permeación que permitieron calcular las correspondientes constantes de permeación (Kp). El método propuesto fue validado mediante cromatografía gaseosa-espectrometría de masas. Finalmente, se plantea un potencial método de screening y un método de cuantificación del filtro químico solar OMC en la formulación MEI-OMC, por medio de la aplicación de herramientas quimiométricas de clasificación y calibración multivariada a los mapas espectrales obtenidos por espectroscopía Raman confocal (ERC). La discriminación de las clases se realizó para diferentes concentraciones de OMC utilizando el algoritmo de analogía de clases por modelado suave independiente (SIMCA) y la técnica de análisis discriminante lineal previa selección de variables utilizando el algoritmo de las proyecciones sucesivas (SPA-LDA). La cuantificación de OMC se llevó a cabo mediante cuadrados mínimos parciales (PLS).

Octyl p-methoxycinnamate (OMC) is a chemical filter of the methoxycinnamate group widely used in products for sun protection. Due to the high lipophilicity of OMC, a suitable medium is necessary for its solubilization and its subsequent application on the skin. Microemulsions (MEs) are organized, transparent and thermodynamically stable systems widely used in pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) for the topical administration of various components. The chemical study of this kind of systems is interesting since the properties of specie in an organized medium may differ with respect to an aqueous medium. Therefore, this thesis proposes to address this issue, providing valuable information for the development and control of solar chemical filters loaded MEs for use as PPCPs. In the first place, two new formulations based on oil-in-water (o/w) microemulsions (MEI-OMC, MEII-OMC) as carriers of the OMC solar chemical filter were designed, obtained and physicochemically characterized. The systems were synthesized from biocompatible materials commonly used for the production of PPCPs. Then, MEI-OMC and MEII-OMC were used as a model to carry out a series of analytical studies related to the behavior of the OMC sunscreen in an organized medium. A first study focused on the development of a continuous flow automatic system for the photolysis study of OMC loaded MEs. The system was coupled to a molecular fluorescence detector and allowed to monitor the photolysis process in real-time. Second order spectral data were analyzed using multivariate curve resolution optimized by alternating least squares (MCR-ALS). The concentration profiles were obtained and used to calculate, by means of an appropriate kinetic model, the corresponding photodegradation constants for OMC (Kf). In a second study, an easily implementable and low cost automatic system for the kinetic analysis of permeation of the proposed formulations is presented. The online method uses the traditional Franz diffusion cell and it was designed to monitor by molecular fluorescence and UV-Vis molecular absorption spectroscopies the permeation process of OMC through a synthetic membrane that simulates the skin. The spectral analysis was performed using partial least squares (PLS) and the permeation profiles were obtained. From this, the corresponding permeation constants (Kp) were calculated. The proposed method was validated by gas chromatography-mass spectrometry. Finally, both screening and quantification methods for OMC in the MEI-OMC formulation are proposed applying chemometric classification and multivariate calibration tools to the spectral data obtained by confocal Raman spectroscopy (CRS). Class discrimination was carried out for different concentrations of OMC using the soft independent modeling class analogy algorithm (SIMCA) and the linear discriminant analysis technique after selection of variables using the successive projections algorithm (SPA-LDA). On the other hand, the quantification of OMC was carried out using partial least squares (PLS).