HomeRicercaLinee di ricercaSalute e benessereCosmesi, cura della pelle e dentale

Cosmesi, cura della pelle e dentale

Idrossiapatite sostituita multifunzionale

Responsabili: Monica Sandri, Michele Iafisco, Anna Tampieri
Personale coinvolto: Elisabetta Campodoni, Margherita Montanari, Alessio Adamiano, Lorenzo Degli Esposti, Francesca Carella

L’attività di ricerca in questo ambito è dedicata alla sintesi di polveri micrometriche nanostrutturate sia di natura ceramica calciofosfatica che ibrida, inorganico/organico, ottenute attraverso processi di stesi ad umido che prevedono anche processi di mineralizzazione su molecole organica di varia natura tra cui proteine, polisaccaridi, acidi grassi, oli.

L’idrossiapatite, che nella sua formulazione base contiene solo ioni calcio, fosfato ed ossidrili, è caratterizzata da una elevata porosità a livello del reticolo cristallino, questo consente l’introduzione di ioni dopanti, quali carbonato, titanio, ferro, fluoro, magnesio, silicio, stronzio, manganese, etc. così da acquisire specifiche funzionalità che abilitano molteplici potenziali applicazioni non solo in medicina rigenerativa, ma anche in cosmetica.

Polveri, di diversa composizione e microstruttura, dalle molteplici applicazioni sono sviluppate scegliendo accuratamente sia la tipologia che la quantità di ioni dopanti, che la natura dell’eventuale fase organica. Tutto questo permette di modificare la funzionalità del materiale oltre che la dimensione e la morfologia finale di particelle e cristalli che lo costituiscono.

In particolare:

  • Apatiti multi-sostituite con effetto sun-screen. Apatiti multi-sostituite contenenti all’interno della loro struttura cristallina ioni Ferro e Titanio (TiFeHA) si è verificato essere dotate di effetto sun-screen. Questi ioni dopanti conferiscono all’apatite valori di riflettanza tali per cui può essere impiegata come booster in creme solari con la prerogativa di preservarne le componenti organiche anche a seguito dell’esposizione alla radiazione UV in quanto non catalizza processi di fotodegradazione. Sintetizzando l’TiFeHA in presenza di componenti organiche (oli, acidi grassi, polisaccaridi, proteine), la crescita delle particelle inorganiche in stretto contatto con la fase organica, che avviene nel corso del processo di mineralizzazione studiato, permette di limitarne la crescita di cristalli ottenendo una polvere micrometrica ibrida nanostrutturata in cui la fase ceramica attiva è vincolata a quella organica. Oltre ad evitare un indesiderato effetto whitening, tipico delle creme ad alto fattore di protezione, la presenza di ioni Ferro attribuisce alle polveri una colorazione brown, mentre la presenza della componente organica semplifica la dispersione ed omogeneizzazione delle particelle nelle formulazioni. L’uso di apatiti sostituite permette di evitare l’impiego di particelle di ossido di titanio che, a causa del loro effetto fotocatalitico, facilitano la degradazione dei filtri solari organici e generare radicali liberi che possono dare origine a reazioni allergiche e sensibilizzanti.
  • Apatiti come filler in make-up. Modificando la morfologia delle particelle d’idrossiapatite è possibile ottenere la sensorialità ottimale per essere considerata un filler in prodotti make-up. Possono essere utilizzate in sostituzione di ossido di zinco e biossido di titanio, che spesso inducono reazioni allergiche a contatto prolungato con la pelle oppure in formulazioni destinate al trattamento di discromie cutanee, per ottenere un colore della pelle più omogeneo e/o più chiaro. Inoltre queste polveri possono essere funzionalizzate con molecole di natura organica biocompatibili ed idrosolubili come proteine, polisaccaridi, PEGs, per mezzo di processi di sintesi biomimetici, ed essere utilizzate come filler volumizzante.
  • Apatiti bioattive per il ringiovanimento della pelle. Le caratteristiche dell’idrossiapatite consentono la sua nucleazione in matrici di collagene per ottenere nanostrutture ibride ad elevato potere rigenerante e nutriente. Le nanostrutture contengono l’idrossiapatite in forma di cristalli attivi di pochi nanometri, tuttavia la nucleazione eterogenea su matrici di collagene previene la dispersione dell’idrossiapatite, esaltando grandemente le sue proprietà di attività e riassorbimento. ’idrossiapatite può essere funzionalizzata con acido ialuronico per ottenere un elevato potere idratante e di ringiovanimento.
  • Apatiti superparamagnetiche (FeHA) per aumentare la permeabilità cutanea. La permeabilità cutanea e l’assorbimento di principi attivi sono ancora fortemente oggetti di studio; ad oggi è necessario aggiungere additivi come promotori dell’assorbimento. L’idrossiapatite Fe-sostituita, che è dotata di proprietà superparamagnetiche, in presenza di un campo magnetico esterno statico o alternato può emettere lievi campi magnetici statici o sviluppare ipertermia, rispettivamente, non dannosi per la salute. Questi due effetti controllabili e attivabili indipendenti consentono di aumentare la permeabilità della cute favorendo l’assorbimento dei principi attivi.
  • Calcio-fosfati come additivi nei dentifrici. Calcio fosfati amorfi o apatiti Fluoro-sostituite vengono utilizzati come additivi in dentifrici per favorire la rimineralizzazione dei tubuli dentinali e ridurre la sensibilità dentale. Grazie alla solubilità degli ioni presenti nel reticolo cristallino nell’ambiente orale, si può ottenere un effetto positivo per la formazione di nuovi cristalli di apatite e quindi ad una mineralizzazione continua grazie alla cura orale domestica.

Strumenti e Processi

La sintesi di dispositivi in forme complesse non ottenibili con tecniche convenzionali di fabbricazione viene ottenuta mediante tecniche di morfo-sintesi in cui strutture naturali o macromolecole vengono utilizzate come templanti su cui viene indotta la nucleazione eterogenea di fasi minerali nano-strutturate biomimetiche.

Tecnologie usate per lo sviluppo di polveri ibride:

  • Biomineralizazione
  • Liofilizzazione
  • Reazioni di reticolazione
  • Micronizzazione
Apatiti multi-sostituite per la cura della pelle e la cura dentale

Principali collaborazioni

  • KALICHEM, Brescia
  • FINCERAMICA, Faenza
  • CURASEPT, Saronno
  • INTERCOS, Milano

Progetti

Pubblicazioni e brevetti

  • Iafisco, M., Degli Esposti, L., Ramírez-Rodríguez, G. B., Carella, F., Gómez-Morales, J., Ionescu, A. C., Brambilla, E., Tampieri, T., and Delgado-López, J. M. (2018). Fluoride-doped amorphous calcium phosphate nanoparticles as a promising biomimetic material for dental remineralization. Scientific reports, 8(1), 1-9.
  • Adamiano, A., Sangiorgi, N., Sprio, S., Ruffini, A., Sandri, M., Sanson, A., Gras, P., Grossin, D., Francès, C., Chatzipanagis, K. and Bilton, M. Biomineralization of a titanium-modified hydroxyapatite semiconductor on conductive wool fibers. Journal of Materials Chemistry B, 5(36) (2017) 7608-7621.
  • Iannotti, V., Adamiano, A., Ausanio, G., Lanotte, L., Aquilanti, G., Coey, J.M.D., Lantieri, M., Spina, G., Fittipaldi, M., Margaris, G. and Trohidou, K.,. Fe-Doping-Induced Magnetism in Nano-Hydroxyapatites. Inorganic Chemistry, 56(8) (2017), pp.4446-4458.
  • Tampieri A., D’Alessandro T., Sandri M., Sprio S., Landi E., Bertinetti L., Panseri S., Pepponi G., Goettlicher J., Bañobre-López M. and Rivas J. Intrinsic magnetism and hyperthermia in bioactive Fe-doped hydroxyapatite. In: Acta Biomaterialia 8(2) (2012) 843-51.
  • L. Bertinetti, C. Drouet, C. Combes, C. Rey, A. Tampieri, S. Coluccia, G. Martra Surface Characteristics of Nanocrystalline Apatites: Effect of Mg Surface Enrichment on Morphology, Surface Hydration Species, and Cationic Environments Langmuir 25(10) (2009) 5647–5654.
  • S. Sprio, A. Tampieri, E. Landi, M. Sandri, G. Logroscino et al. Physico-chemical properties and solubility behaviour of multi-substituted hydroxyapatite powders containing silicon. Mater Sci Eng C 28 (2008) pp. 179-187.
  • Landi E, Sprio S, Sandri M, Celotti G, Tampieri A. Development of Sr and CO3 co-substituted hydroxyapatites for biomedical applications. Acta Biomater 4 (2008) pp.656-63.
  • Sprio S, Sandri M, Landi E, Tampieri A. Synthesis and characterization of multi-substituted apatites and bio-hybrid composites containing silicon. J Appl Biom Biomech 5 (2007) 220.
  • E. Landi, A. Tampieri, M. Mattioli-Belmonte, G. Celotti, M. Sandri, A. Gigante, P. Fava, G. Biagini. Biomimetic Mg- and Mg,CO3- substituted Hydroxyapatites: Synthesis, Characterization and in Vitro Behaviour. J. Eur.Cer. Soc. 26 (2006) (13) pp. 2593-2601.
  • A. Tampieri, M. Sandri, E. Landi, G. Celotti, N. Roveri, M. Mattioli Belmonte, L. Virgili, F. Gabbanelli, G. Bigini. HA/alginate hybrid composites prepared through bio-inspired nucleation Acta Biomaterialia 1 (2005) pp. 343-351
  • Brevetto Internazionale (PCT/IB2017/051290) WO/2017/153888, 102016000023614: PHYSICAL SOLAR FILTER CONSISTING OF SUBSTITUTED HYDROXYAPATITE IN AN ORGANIC MATRIX Inventors: Sandri Monica, Sprio Simone, Tampieri Anna
  • Brevetto Internazionale (PCT/IB2011/053362) WO2012014172: Intrinsically Magnetic Hydroxyapatite. Tampieri A., Landi E., Sandri M., Pressato D., Rivas Rey J., Banobre M., Marcacci M.
  • Brevetto Internazionale (PCT/IB2006/002844) WO2007045954: A plurisubstituted hydroxyapatite and the composite thereof with a natural and/or synthetic polymer, their preparation and uses thereof. Landi E., Tampieri A., Celotti G., Sprio S., Pressato D., De Luca C.
  • Brevetto Internazionale (PCT/EP2005/050815) WO2005/082780 A1 Biomimetic compounds containing hydroxyapatites substituted with magnesium and carbonate, and the processes used to obtain them. Roveri. N., Biagini G., Tampieri A., Tosetti A., Altamura M., Goso C
  • ITRM20000604 (17/05/2002) Processo sol-gel di produzione di polveri di idrossiapatite. Bezzi G., Tampieri A. La Torretta T.M.G., Celotti G.