Internship and Monograph reports entitled"Plant-mediated green synthesis of metal-based nanoparticles intended for dermopharmaceutical and cosmetic applications"

Abstract

A pele é a principal barreira que protege o corpo humano contra os fatores ambientais. Face ao aumento das patologias dermatológicas, tem havido um interesse crescente no desenvolvimento de sistemas eficazes para aplicação tópica. O maior desafio apresentado é o aumento da penetração dos ingredientes ativos através da barreira da pele, paralelamente à necessidade de obtenção de um nível de retenção cutânea suficiente capaz de atingir concentrações terapêuticas. Os metais, em particular os metais nobres, são utilizados desde sempre para tratar e prevenir problemas de saúde, como por exemplo patologias dermatológicas. As nanopartículas têm sido extensamente usadas para aplicações tópicas, dadas as suas reconhecidas vantagens, nomeadamente o aumento da solubilidade de fármacos apolares, a possibilidade de libertação controlada, e o aumento da estabilidade, e capacidade para atingir áreas específicas e libertar concentrações de fármaco suficientemente elevadas. De forma a tirar partido das propriedades únicas das nanopartículas e das atividades biológicas dos metais, nos últimos anos têm sido sintetizadas várias nanopartículas metálicas, tais como nanopartículas de prata (AgNPs), ouro (AuNPs), zinco (ZnNPs), óxido de zinco (ZnONPs), cobre (CuNPs) e óxido de cobre (CuONPs). Estas nanopartículas metálicas são estruturas flexíveis que permitem controlar as suas propriedades físicas, com propriedades de superfície distintas que lhes permitem uma elevada aplicabilidade em dermofarmácia e cosmética. Os métodos convencionais para sintetizar nanopartículas (químicos e físicos) estão associados a desvantagens marcadas, sendo as mais preocupantes o elevado custo (em materiais e fontes, energia, tempo e espaço) e as toxicidades humana e ambiental. Desta forma, surgiu a necessidade de desenvolver uma via de síntese alternativa, nomeadamente a síntese green. De uma forma geral, a síntese green consiste no uso de fontes biológicas (plantas, bactérias ou fungos) para sintetizar nanopartículas seguras para o Homem e o ambiente. Com o desenvolvimento da síntese green têm sido utilizadas matérias primas alternativas, entre estas, as plantas. A síntese green de nanopartículas mediada por plantas baseia-se no uso de extratos de plantas para sintetizar nanopartículas, e as suas vantagens notórias abriram caminho para desenvolvimentos significativos na síntese de nanopartículas, em detrimento da complexa e tóxica síntese química e física. As nanopartículas metálicas produzidas pela síntese mediada por plantas demonstram atividades biológicas reconhecidas, como, por exemplo, atividade anticancerígena, antioxidante, anti-inflamatória, antimicrobiana, cicatrizante e anti-envelhecimento. A avaliação da segurança das fito-nanopartículas metálicas é de extrema importância, dada a falta de estudos toxicológicos e de problemas de conceção que muitos dos estudos existentes apresentam. No entanto, os estudos atuais sugerem a biocompatibilidade e segurança as fito-nanopartículas metálicas, bem como atividades biológicas relevantes e significativamente melhoradas. Face a este cenário, existe ainda um longo caminho a percorrer até que as fito-nanopartículas metálicas possam ser aplicadas no ramo médico, farmacêutico e cosmético mas, até à data, os estudos sugerem um enorme potencial para a sua translação clínica no âmbito das aplicações dermofarmacêuticas e cosméticas. Esta revisão foca-se na discussão das nanopartículas metálicas sintetizadas a partir de extratos de plantas, focando a sua produção, caracterização e atividades biológicas que suportam a sua aplicação tópica com finalidades dermofarmacêuticas e cosméticas.

The skin is the primordial barrier that protects the human body against environmental factors. Due to the arise of dermatological pathologies, a crescent interest in the development of efficient systems for topical applications has been verified. The highest challenge consists of increasing the penetration of the active ingredients through the skin barrier, alongside to the need of obtaining enough retention in order to achieve therapeutically concentrations. Metals, specially nobble metals, have been used for years to treat and prevent health issues, among them dermatological disorders. Nanoparticles have been extensively used for topical applications given their advantages, namely the enhanced solubility of apolar drugs, the possibility of controlled release, the higher stability and the capability to target specific areas and delivery of high active ingredients concentrations. In order to take advantage of the before mentioned unique properties of nanoparticles and the biological activities of metals, various metal-based nanoparticles have been synthesized in the past few years, such as silver (AgNPs), gold (AuNPs), zinc (ZnNPs), zinc oxide (ZnONPs), copper (CuNPs) and copper oxide (CuONPs) nanoparticles. These metal-based nanoparticles are flexible structures that allow the control of physical characteristics, with enhanced surface properties, which provides a high applicability in dermopharmacy and cosmetics. The conventional methods for synthesizing nanoparticles (physical and chemical approaches) are associated with major drawbacks, being the most concerning the high cost (in resources, energy, time and space) and human/environmental toxicity. Hence, the need to develop an alternative synthesis pathway was imposed, giving rise to the green synthesis. In general, green synthesis consist of using biological sources (plants, bacteria or fungi) to synthesize ecological benign and non-hazard nanoparticles. With the development of green synthesis, starting materials have been used more frequently, among them plants. Plant-mediated green synthesis of nanoparticles is based on the use of plant extracts to synthesize nanoparticles, and their outstanding advantages have paved the way for exciting developments on nanoparticle synthesis to the detriment of complex and toxicity-associated chemical and physical synthesis. Metal-based nanoparticles produced by plant-mediated synthesis demonstrate notorious biological activities, i.e., anticancer, antioxidant, anti-inflammatory, antimicrobial, wound healing and antiaging activities. Safety assessment of phyto metal-based nanoparticles (phyto-MNPs) holds significant importance due to the lack of toxicological studies and the conception issues that some of the available studies hold. However, current studies suggest the biocompatibility and safety of phyto-MNPs, together with significantly improved and relevant biological activities. Against this backdrop, there is still a long way to run until the application of phyto-MNPs in the medical, pharmaceutical and cosmetic fields, but studies so far show a very high potential towards their clinical translation for dermopharmaceutical and cosmetic applications. This review focuses on metal-based nanoparticles synthesized resorting to various plant extracts, including their production, characterization and the biological activities that support their topical application for dermopharmaceutical and cosmetic purposes.