Nanovectors for transdermal administation: where are we?

The skin is the most important barrier of human body to prevent the absorption of exogenous substances. Its ability to limit the absorption of exogenous substances is exercised by the most superficial layer of the epidermis, the stratum corneum, which consists of about 15-20 layers of corneocytes supported by keratin fibres. The extracellular spaces are filled with a very dense lipid matrix organized in periodic lamellae, whereas the interlamellar spaces are constituted by a more fluid lipid matrix. In addition, where the corneocytes are not perfectly overlapped, pores with a higher water content are created. This complex organization allows only the passive diffusion of small molecules with peculiar chemical-physical properties. In all the other cases, it is necessary to improve the transdermal absorption of drugs using techniques able to alter reversibly the functionality of the stratum corneum, such as chemical skin penetration enhancers, iontophoresis or sonophoresis. In the era of nanotechnology, an intense effort has been made to design nanocarriers able to permeate the skin (e.g., polymeric nanoparticles, metal or solid-lipid, micro- and nanoemulsions, lipid vesicles). Nevertheless, the results are contradictory and there is scepticism in the scientific community about the real benefits of these systems compared to other traditional approaches. In fact, assuming the stratum corneum as a nanoporous membrane with openings of about 20-40 nm, the size of most of the nanocarriers is too big for permitting theoretically the skin penetration and diffusion. However, despite this consideration, on the market there are some medicinal products consisting of lipid vesicles. Starting from the critical analysis of the published information on possible permeation mechanisms of different types of nanocarriers, this review outlines lights and shadows on the (trans-)dermal administration of these drug delivery systems.

La pelle è preposta a prevenire l’assorbimento di sostanze esogene. Questa funzione è esercitata dallo strato più superficiale dell’epidermide, lo strato corneo, costituito da circa 15-20 strati di corneociti parzialmente sovrapposti e supportati da un’impalcatura di cheratina. Gli spazi extracellulari sono riempiti con una matrice lipidica molto densa organizzata in lamelle periodiche. Gli spazi interlamellari sono invece costituiti da una matrice lipidica più fluida. Infine, dove i corneociti non sono perfettamente sovrapposti si creano dei pori a maggior contenuto di acqua. Questa complessa organizzazione permette la diffusione passiva solo di piccole molecole con peculiari proprietà chimico-fisiche. In tutti gli altri casi in cui sia auspicabile la veicolazione transdermica è necessario ricorrere all’impiego di tecniche che alterino in modo reversibile la funzionalità dello strato corneo come i promotori chimici dell’assorbimento, la ionoforesi o la sonoforesi. Nell’era delle nanotecnologie, un intenso sforzo è stato dedicato alla ricerca di nanovettori in grado di eludere le difese della pelle (nanoparticelle polimeriche, metalliche o solido-lipidiche, micro e nanoemulsioni, vescicole lipidiche). I risultati sono tuttora contrastanti e vi è nella comunità scientifica scetticismo sui reali vantaggi di questi sistemi rispetto agli altri approcci più tradizionali. Infatti, anche considerando lo strato corneo come una membrana nanoporosa con aperture di circa 20-40 nm, le dimensioni della maggior parte dei nanovettori sono tali da non consentirne teoricamente la diffusione. Tuttavia, nonostante queste criticità sul mercato si trovano alcuni medicinali costituiti da vescicole lipidiche “ultradeformabili”. Partendo dall’analisi critica delle informazioni reperibili sui possibili meccanismi di penetrazione delle diverse tipologie di nanovettori si cercherà di evidenziare luci ed ombre della somministrazione di questi sistemi sulla cute.