Influence of antioxidants on the photostabilization of avobenzone (UVA filter) and octyl p-methoxycinnamate (UVB filter) in sunscreens

Autor: Thamires Batello Freire
Přispěvatelé: Maria Valeria Robles Velasco, Michelli Ferrera Dario, Gislaine Ricci Leonardi, Ermelinda Marias Sengo Maçôas
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Com o intuito de promover proteção de amplo espectro, na maioria dos protetores solares se associam dois ou mais filtros orgânicos, visando proteção contra a radiação UVA e UVB. A combinação da avobenzona (BMBM), filtro UVA, e do ρ-metoxicinamato de octila (EHMC), filtro UVB, é muito utilizada em formulações manipuladas e industrializadas, porém pode ocorrer alteração na absorção espectral após a exposição à radiação UV, comprometendo a eficácia fotoprotetora. Visando reduzir a instabilidade da combinação dos filtros, se adicionam agentes fotoestabilizadores. Os antioxidantes de origem natural são utilizados em medicamentos e cosméticos com diversos benefícios, tais como: ação fotoprotetora, antienvelhecimento, hidratante e antipoluente. A epiderme humana possui importante efeito de barreira e capacidade antioxidante limitada, portanto estudos com a epiderme são essenciais. A ecdise de pele de cobra (EC) é composta pelo estrato córneo e fornece uma barreira similar ao estrato córneo humano. Não apresenta tendência à degradação microbiológica e pode ser considerada ecologicamente correta. O objetivo principal desta pesquisa foi avaliar o potencial dos antioxidantes Ácido Ferúlico (AF) 1,0 p/p ou Resveratrol (RES) 3,0 p/p como substâncias fotoestabilizadoras dos filtros solares químicos BMBM 5,0% p/p e EHMC 10,0% p/p em emulsão fotoprotetora (BF). As interações moleculares dos filtros com os antioxidantes foram avaliadas por Ressonância Magnética de Hidrogênio (1H RMN) quantitativo, Calorimetria exploratória diferencial (DSC) e Termogravimetria TG, Análise qualitativa da supressão do estado energético singleto por meio da fluorescência, Transferência de energia por ressonância de Förster (FRET) e por espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR). Foi avaliada a estabilidade preliminar, acelerada e normal, observando-se: características organoléticas e na Estabilidade Normal, adicionalmente, pH, fotoproteção, fotoestabilidade, atividade antioxidante in vitro e quantificação dos filtros solares por RMN. A segurança dos filtros BMBM e EHMC foi avaliada pelo ensaio de permeação cutânea em orelha de porco em célula de difusão de Franz. No ensaio de 1H RMN quantitativo a adição de RES na solução com EHMC+BMBM conservou mais a razão trans/cis do EHMC (30,65) em relação a mesma solução sem Resveratrol (3,96), significando que a forma trans do EHMC possuiu a capacidade de absorver a radiação UVB, mantendo-se mais preservada com a adição de RES após irradiação de 13211J cm-2 . A adição de AF na solução com EHMC+BMBM conservou de forma menos expressiva a razão trans/cis do EHMC (7,71) em relação a solução EHMC+BMBM sem RES (3,96), sendo a forma trans do EHMC pouco preservada em relação a adição do RES. No ensaio de análise térmica pela avaliação TG foi possível observar que os filtros solares BMBM e EHMC indicaram elevada estabilidade térmica. A associação das técnicas (TG e DSC) permitiu obter evidências de interação química na mistura EHMC + AF e BMBM + RES. Nas demais misturas EHMC + RES e BMBM + AF, houve interação física. Na mistura EHMC + RES houve solubilização do RES. A degradação do AF foi retardada em mistura com BMBM. No ensaio de supressão do estado de energia singleto, a adição de RES auxiliou o retorno do filtro BMBM para o estado fundamental, devido a inibição da fluorescência. A inibição do estado de energia singleto favoreceu a fotoestabilidade do filtro solar. A adição de AF não suprimiu de forma tão evidente quanto a adição de RES na solução. No ensaio de FRET, as curvas dos antioxidantes AF e RES interceptaram a curva do EHMC e em relação ao BMBM não houve intercepção. No ensaio de EPR a amostra EC+BF+AF foi a que apresentou menor número de radicais livres após irradiação, o que corroborou com o alto percentual de inibição do radical DPPH•. Após exposição à radiação XVIII UV, a ecdise de pele de cobra permaneceu com a presença de radicais livres, a radiação UVB modificou toda a cascata inflamatória e produziu espécies reativas de oxigênio (ROS). Com o tempo, estes radicais se reequilibraram. Na Avaliação da Estabilidade Preliminar e Acelerada, as formulações não apresentaram alteração de aspecto, cor e odor. Na Avaliação da Estabilidade Normal (AEN), a adição dos antioxidantes em BF reduziu o valor de pH. Na avaliação do FPS in vitro das formulações não submetidas à radiação, em todas as condições do estudo, a adição de RES praticamente manteve o valor de FPS quando comparado às formulações BF+RES ao longo dos 90 dias. Além disso, a adição dos antioxidantes não elevou o valor de FPS de forma expressiva e também não mateve o valor de FPS pós irradiação. O comprimento de onda crítico (λc) permaneceu acima de 370 nm, para todas as formulações, antes e após a irradiação no decorrer da AEN. Em relação ao parâmetro razão UVA/ UVB a adição de AF não favoreceu a proteção UVA nessas condições. O percentual de conservação dos filtros solares BMBM e EHMC por 1H RMN foi maior com a adição de RES na base fotoprotetora no decorrer da AEN em todas as condições testadas. A atividade antioxidante da base fotoprotetora com RES obteve 97,0% de inibição de DPPH•, sendo maior que a BF adicionada de AF (91.0%), contudo a concentração de RES foi maior que do AF. Após a irradiação, os sinais dos espectros de ressonância paramagnética eletrônica de todas as amostras aumentaram em amplitude e o menor sinal em relação à amostra de ecdise de pele de cobra (EC) foi da amostra EC+BF+AF. Destaca-se que os espectros com os antioxidantes AF e RES tiveram seus sinais atenuados. Aproximadamente 72 h após a irradiação, a amostra com ecdise de pele de cobra aumentou levemente sua amplitude em relação às demais. A concentração dos filtros solares presentes no estrato córneo e na epiderme+derme foi inferior ou nulo nas formulações fotoprotetoras testadas. Com resultados mais satisfatórios para BF+AF. A adição de RES conservou a forma trans do EHMC de forma superior em relação à solução dos filtros sem antioxidante, após irradiação de 6h com dose elevada. A adição de RES inibiu o estado de energia singleto permitindo que o filtro solar BMBM permanecesse mais tempo no estado fundamental, significando menor degradação e maior capacidade de absorver a radiação UVA. Na Avaliação da estabilidade Acelerada ou Normal, as formulações se mantiveram estáveis nas condições de geladeira, estufa e ambiente em relação as características organolépticas. O fato de que os ingredientes nas formulações hidratam e nutrem, provavelmente conferiram proteção para o estrato córneo. O AF e RES por FRET demonstraram conseguir absorver a energia emitida pelo EHMC evitando a passagem pelo estado tripleto, favorecendo então a fotoestabilidade deste filtro solar, o mesmo não aconteceu em relação ao BMBM. No ensaio de atividade antioxidante, a adição de RES e AF elevaram a atividade antioxidante de forma significativamente diferente em relação a base fotoprotetora sem antioxidantes. Pelos espectros de EPR foi possível observar menor sinal em relação a EC para a amostra com EC+BF+AF, o que corrobora com o alto percentual de inibição do radical DPPH• por AF. A validação bioanalítica foi considerada adequada de acordo com a legislação brasileira e internacional. As formulações testadas podem ser consideradas seguras em relação a baixa permeação cutânea dos filtros solares EHMC e BMBM e segura quanto a eficácia fotoprotetora. Destacando melhor segurança para BF+AF. Como conclusão, a adição dos antioxidantes AF e RES protegeram a formulação fotoprotetora por mecanismos diferentes, sendo seu uso multifuncional para formulações fotoprotetoras. In order to promote broad-spectrum protection, most sunscreens are combined with two or more organic filters, aiming at protect against UVA and UVB radiation. The combination of avobenzone (BMBM), UVA filter, and octyl -methoxycinnamate (EHMC), UVB filter, is widely used in manipulated and industrialized formulations, but there may be changes in spectral absorption after exposure to UV radiation, compromising the efficacy photoprotective. In order to reduce the instability of the combination of filters, photostabilizer agents are added. Antioxidants of natural origin are used in medicines and cosmetics with several benefits, such as: photoprotective, anti-aging, moisturizing and anti-polluting action. The human epidermis has an important barrier effect and limited antioxidant capacity, therefore studies with the epidermis are essential. Snakeskin ecdysis (SE) is composed of stratum corneum and provides a similar barrier to the human stratum corneum. It has no tendency to microbiological degradation and can be considered ecologically correct. The main objective of this research was to evaluate the potential of two antioxidants Ferulic Acid (FA) 1.0 p/p or Resveratrol (RES) 3.0 p/p as photostabilizing substances in chemical sunscreens BMBM 5.0% p/p EHMC 10.0% w/w Photoprotective emulsion (PB). The molecular interactions of filters with the antioxidants were evaluated by quantitative Hydrogen Magnetic Resonance (1H NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TG), Qualitative analysis of singlet energy state suppression by means of fluorescence, Spectroscopy Förster Resonance Energy Resonance (FRET) and by Electron Paramagnetic Resonance (EPR). Preliminary, accelerated and normal stability, additionally, pH, photoprotection, photostability, in vitro antioxidant activity and quantification of sunscreens by NMR. The safety of BMBM and EHMC filters was evaluated by the skin permeation assay in pig ear in Franz diffusion cell. In the quantitative 1H NMR assay, the addition of RES in the solution with EHMC+BMBM preserved more the trans/cis ratio of EHMC (30.65) compared to the same solution without Resveratrol (3.96), meaning that the trans form of EHMC had the ability to absorb UVB radiation, remaining more preserved with the addition of RES after irradiation of 13211J cm-2. The addition of FA in the solution with EHMC+BMBM preserved the trans/cis ratio of EHMC (7.71) less significantly than in the EHMC+BMBM solution without RES (3.96), with the trans form of EHMC being poorly preserved regarding the addition of the RES. In the thermal analysis using the TG technique, it was possible to observe that the BMBM an EHMC sunscreens indicated high thermal stability. The association of techniques TG and DSC allowed to obtain evidence of chemical interaction in the EHMC+FA and BMBM+RES mixture. In the other mixtures EHMC+RES and BMBM+FA, there was physical interaction. In the EHMC+RES mixture there was solubilization of the RES. The degradation of FA was retarded in mixture with BMBM. In the singlet energy state suppression assay, the addition of RES helped the BMBM filter return to ground state due to fluorescence inhibition. The inhibition of the singlet energy state favored the photostability of the sunscreen. The addition of FA did not suppress as evidently as the addition of RES to the solution. In the FRET assay, the curves of antioxidants FA an RES intersected the curve of EHMC in the relation to the BMBM there was no intercepted. In the EPR test, the sample EC+BF+FA showed the lowest number of free radicals after irradiation, which corroborated the high percentage of inhibition of the DPPH• radical. After exposure to UV radiation, snake skin ecdysis remained with the presence of free XX radicals, UVB radiation modified the entire inflamatory cascade and produced Reactive Oxygen Species (ROS). Over time, these radicals rebalanced. In the assessment of Preliminary and Accelerated Stability, the formulations showed no change in appereance, color and odor. In the assessement of Normal Stability (AEN), the addition of antioxidants in BF reduced the pH value. In evaluating the in vitro SPF of formulations not subjected to radiation, under all study conditions, the addition of RES practically maintened the SPF value compared to BF+RES formulations throughout the 90 days. Futhermore, the addition of antioxidants did not significantly incresead the SPF value and also did not maintain the SPF value after irradiation. The critical wavelenght (λc) remained above 370nm, for all formulations, before and after irradiation during the AEN. Regarding the UVA/UVB ratio parameter, the addition of FA did not favor UVA protection under these conditions. The percentage of conservation of BMBM and EHMC sunscreens by 1H NMR was higher with the addition of RES in the photoprotective base during the AEN in all conditions tested. The antioxidant activity of the photoprotective base with RES obtained 97.0% inhibition of DPPH•, being higher than the BF added with FA (91.0%), however the concentration of RES was higher than that of FA. After irradiation, the signals from the electronic paramagnetic resonance spectra of all samples increased in amplitude and the smallest signal in relation to the snake skin ecdysis (b>EC) sample was from the EC+BF+FA sample. It is noteworthy that the spectra with the FA and RES antioxidants had their signals attenuated. Approximately 72h after irradiation, the sample with snake skin ecdysis slightly increased its amplitude in relation to the others. The concentration of sunscreens present in the stratum corneum and epidermids+dermis was lower or null in the tested photoprotective formulations. With more sactisfatory results for BF+FA. The addition of RES preserved the trans form of EHMC in a superior way in relation to the solution of the filters without antioxidant, after 6h irradiation with high dose. The addition of RES inhibited the singlet energy state allowing the BMBM sunscreen to remain in the ground state longer, meaning less degradation and greater capacity to absorb UVA radiation. In the assessement of Accelerated or Normal stability, the formulations remained stable under the conditions of refrigerator, oven and environment in relation to organoleptic characteristics. The fact that the ingredients in the formulations moisturize and nourish probably conferred protection to the stratum corneum. The FA and RES by FRET demonstrated to be able to absorb the energy emitted by the EHMC, avoiding the passage through the triplet state, thus favoring the photostability of this sunscreen, the same not happening in relation to the BMBM. In the antioxidant activity assay, the addition of RES and FA, improved the antioxidant active in relation to BF without antioxidants. From the EPR spectra, it was possible to observe a lower signal in relation to EC in the sample with EC+BF+FA, wich corroborates the high percentage of inhibition of the DPPH• radical by AF. Bionalytical was considered adequate in accordance with Brazilian and International legislation. The tested formulations can be considered safe in relation to low skin permeation of EHMC and BMBM sunscreens and safe in terms of photoprotective efficacy. Highlighting better security for BF+FA. In conclusion, the addition of FA and RES antioxidants protected the photoprotective formulation by different mechanisms, and its use is multifunctional of photoprotective formulations.
Databáze: OpenAIRE
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