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Influencia del contraión en las propiedades biológicas de tensioactivos aniónicos derivados de N-alfa, N-epsilon-dioctanoillisina: citotoxicidad y ecotoxicidad "in vitro"

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Universitat de Barcelona. Departament de Fisiologia (Farmàcia)

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[spa] Los tensioactivos poseen una estructura química formada por una porción hidrófoba y otra hidrófila. El equilibrio entre ambas es el responsable de los fenómenos de actividad superficial, de agregación supramolecular y de sus múltiples aplicaciones en la industria. Los tensioactivos son muy utilizados en la vida cotidiana. La exposición de la piel y ojos a productos que los contienen puede comportar riesgos por su efecto irritante. También es importante asegurar la inocuidad frente al medio ambiente ya que muchos de ellos acabarán formando parte del ecosistema. La síntesis de tensioactivos derivados de aminoácidos supone una alternativa a los tensioactivos sintéticos convencionales debido a su multifuncionalidad y el uso de materias primas renovables. Se ha evaluado el perfil toxicológico de una familia de tensioactivos aniónicos derivados de la N-alfa,N-epsilon-dioctanoil lisina con diferentes contraiones en su estructura (orgánicos y voluminosos: lisina y tris; inorgánicos y pequeños: sodio, litio y potasio) mediante métodos "in vitro" y se ha estudiado su interacción con las membranas celulares utilizando como modelo el eritrocito. Se han abordado los siguientes objetivos y se han extraído las siguientes conclusiones de cada uno de ellos: 1) Se ha evaluado el potencial efecto irritante dérmico de los tensioactivos mediante citotoxicidad en 3 líneas celulares y determinación de la citocina proinflamatoria IL-1-alfa. Los tensioactivos derivados de lisina presentaban un potencial efecto irritante dérmico menor al de los comerciales utilizados, observándose una tendencia de los tensioactivos con contraiones orgánicos a ser menos citotóxicos y estimular en menor medida la síntesis y liberación de la citocina. 2) El potencial fotoirritante de los tensioactivos se ha evaluado mediante el ensayo de fotohemólisis. Los derivados de lisina no provocaron efecto fototóxico, cuya propiedad permite su aplicación en preparados cosméticos o farmacéuticos de aplicación tópica, incluidas las cremas solares protectoras. 3) El potencial efecto irritante ocular se ha determinado mediante el ensayo de hemólisis como alternativa al ensayo de Draize. Los derivados de lisina resultaron menos hemolíticos y presentaron menor capacidad de desnaturalizar la hemoglobina que los comerciales utilizados y se pueden clasificar como ligeramente irritantes a nivel ocular. Los tensioactivos con contraiones orgánicos presentaron una tendencia a ser menos hemolíticos. 4) La toxicidad acuática de los tensioactivos se ha valorado mediante el ensayo de inmovilización en <i>Daphnia magna</i>. Las sales de Tris y de litio fueron las menos tóxicas y no se encontraron diferencias según la naturaleza del contraión. 5) La actividad antimicrobiana se ha determinado mediante el ensayo de susceptibilidad antimicrobiana. Los derivados de lisina, independientemente de su contraión, mostraron una baja actividad antibacteriana pero fueron más activos frente a las levaduras. Estas propiedades les hacen buenos candidatos para aplicaciones tópicas dado que respetarían la flora bacteriana de la piel. 6) Se ha estudiado su interacción con la membrana celular mediante hemólisis hipotónica y fluidez de membrana. Todos los tensioactivos protegieron frente a la hemólisis hipotónica y únicamente las sales de lisina, tris y potasio incrementaron la fluidez de la región externa de la membrana. Por tanto, no parece existir ninguna relación entre la protección frente a la hemólisis hipotónica y los cambios de fluidez en la membrana. No se ha podido establecer una relación entre la naturaleza química del contraión y sus efectos sobre la membrana.La conclusión final ha sido que los derivados de lisina constituyen una alternativa prometedora a los tensioactivos aniónicos comerciales ya que han demostrado ser poco irritantes a nivel ocular y dérmico y no tener acción fotoirritante. Por tanto, estas propiedades les hacen buenos candidatos para ser incluidos en preparados de aplicación tópica, además de constituir una clase de tensioactivos respetuosos con el medio ambiente.

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[eng] Surfactants are common constituents in many topical drugs and cosmetics. Application of active ingredients and pharmaceuticals additives may cause ocular and skin irritation; the majority of irritant responses to personal-care products are presumed to be caused by surfactants. Besides, some surfactants can pose toxicity problems for aquatic organisms due to their high polarity. As a result of increasing environmental and toxicological concerns, there is great industrial demand for high-performing surfactants with low toxicity. One interesting strategy to minimize environmental and irritant effects involves the synthesis of amino acid-based surfactants with analogues structures to natural compounds.The toxicological profile of anionic lysine-based surfactants with different counterions has been investigated: 1) Skin irritation potential has been evaluated by cytotoxicity in cell cultures and IL-1-alpha production as an inflammatory indicator. Surfactants were less irritant than commercial ones, with a light trend to surfactants with heavy counterions to be less cytotoxic and less potent in stimulating IL-1-alpha synthesis and release. 2) Surfactants were not phototoxic as evaluated by photohemolysis. Therefore, they can be used in topical formulations, including sun protectors. 3) Lysine derivatives were less hemolytic and less denaturing of hemoglobin than commercial surfactants by evaluating their ocular potential by hemolysis. Our surfactants can be classified as slight irritants. 4) Aquatic toxicity results by "Daphnia magna" immobilisation test revealed that 77KT and 77KL were the less toxic. 5) Antimicrobial activity by determining the minimal inhibitory concentration showed low antibacterial activity of lysine derivatives but high activity against yeasts, independently of the counterions. Therefore, they could respect skin bacterial flora in topical applications. 6) Surfactant-membrane interactions have been studied by hypotonic hemolysis and membrane fluidity. All surfactants protected against hypotonic hemolysis but solely 77KK, 77KT and 77KP increased membrane fluidity of the external region of the lipid bilayer. The counterion did not affect membrane fluidity. It could not be found a relationship between hypotonic protection and membrane fluidity. To sum up, lysine derivatives are a promising alternative to commercial surfactants due to their low ocular and dermal irritation potential and no phototoxic action. Therefore, they can be included in topical products without involving environmental risk.

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Tesis Doctorals - Departament - Fisiologia (Farmàcia)

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Influencia del contraión en las propiedades biológicas de tensioactivos aniónicos derivados de N-alfa, N-epsilon-dioctanoillisina: citotoxicidad y ecotoxicidad "in vitro"