Microneedle-mediated intradermal delivery of epigallocatechin-3-gallate

ObjectiveEpigallocatechin-3-gallate (EGCG) is the physiologically most active and abundant flavanol, accounting for 50-80% of green tea catechins. It is an anti-inflammatory, antioxidant, chemopreventive and skin photoprotective agent. However, light sensitivity and low permeability of EGCG across the stratum corneum due to its high molecular weight as well as strong binding to the lipid bilayers in the skin make it difficult to be used as a key ingredient in cosmetic products. This study aimed to formulate a photostable hydrogel of EGCG with good rheological properties for dermal application and investigate the effect of skin microporation using maltose microneedles on its permeation through dermatomed porcine skin. MethodsEffect of l-glutathione on photodegradation of EGCG was investigated by exposing samples to ultraviolet irradiation for 1 h using a solar simulator. Hydrogels with varying concentrations of Carbopol 980 (0.5-2% w/v) as an gelling agent were prepared, and their rheological properties were evaluated using a rheometer. Skin microporation was confirmed by assessing the skin resistance, transepidermal water loss and calcein imaging of the microchannels created by the microneedles. Permeation of EGCG from aqueous solution as well as the rheologically optimized hydrogel through the dermatomed porcine skin (untreated and microneedle treated) was evaluated using static vertical Franz diffusion cells. Resultsl-glutathione acting as a co-antioxidant and photostabilizer significantly (P < 0.05) reduced the degradation of EGCG from 21.53 2.78% to 1.0 0.68% after 1 h of ultraviolet irradiation. Rotational and oscillatory rheological tests indicated that the hydrogel containing 1.5% Carbopol 980 is acceptable for topical application in terms of flow behaviour, elasticity, spreadability, structural stability and thixotropy. Microneedle-treated skin showed significant enhancement (P < 0.05) in the delivery of EGCG to viable epidermis and dermis from the aqueous solution (38.67 2.96 g cm(-2)) as well as hydrogel (24.60 2.62 g cm(-2)) in comparison with the untreated skin (24.16 2.11 and 15.62 +/- 0.24 g cm(-2) for aqueous solution and hydrogel, respectively). ConclusionAddition of glutathione in EGCG formulations significantly reduces its photodegradation. Skin microporation with maltose microneedles facilitates the penetration of EGCG across the stratum corneum into the deeper skin layers - viable epidermis and dermis. Resume ObjectifEpigallocatechine-3-gallate (EGCG) est le flavanol physiologiquement le plus actif et abondant, ce qui represente 50-80% des catechines du the vert. C'est un agent anti-inflammatoire, antioxydant, chimiopreventif et photoprotecteur de la peau. Cependant, sa sensibilite a la lumiere et sa faible permeabilite a travers la couche cornee en raison de son poids moleculaire eleve ainsi qu'une forte liaison aux bicouches lipidiques de la peau, rendent difficile son utilisation comme un ingredient cle dans les produits cosmetiques. La presente etude visait a formuler un hydrogel photostable de l'EGCG avec de bonnes proprietes rheologiques pour une application cutanee et a etudier l'effet de la microporation de la peau en utilisant des micro-aiguilles de maltose pour sa permeation a travers la peau de porc dermatomee. MethodesL'effet de la l-glutathion sur la photodegradation de l'EGCG a ete etudie en exposant des echantillons a un rayonnement ultraviolet pendant 1 h en utilisant un simulateur solaire. Des hydrogels avec des concentrations variables de Carbopol 980 (0,5-2% p/v) comme agent gelifiant ont ete prepares et leurs proprietes rheologiques ont ete evaluees en utilisant un rheometre. La microporation de la peau a ete confirmee par l'evaluation de la resistance de la peau, la perte insensible en eau et de l'imagerie calceine des microcanaux crees par les microaiguilles. La permeation d'EGCG a partir d'une solution aqueuse, ainsi que de l'hydrogel rheologiquement optimise a travers la peau de porc dermatomee (non traitees et traitees aux microaiguilles) a ete evaluee en utilisant des cellules de diffusion de Franz verticales statiques. ResultatsLe l-glutathion agissant en tant que co-antioxydant et de photostabilisation, reduit de maniere significative (P < 0,05) la degradation de l'EGCG de 21,53 +/- 2,78 a 1,0 +/- 0,68% apres 1 h d'irradiation par les ultraviolets. Les essais rheologiques rotationnelles et oscillatoires ont indique que l'hydrogel contenant 1,5% Carbopol 980 est acceptable pour une application topique en termes de comportement d'ecoulement, l'elasticite, l'etalement, la stabilite structurelle, et thixotropie. La peau traitee aux micro-aiguilles a montre une amelioration significative (P < 0,05) dans la fourniture de l'EGCG a l'epiderme viable et au derme a partir de la solution aqueuse (38,67 +/- 2,96 g cm(-2)), ainsi que de l'hydrogel (24,60 +/- 2,62 g cm(-2)) par rapport a la peau non traitee cutane (24,16 +/- 2,11 et 15,62 +/- 0,24 g cm(-2) pour une solution aqueuse et d'un hydrogel, respectivement). ConclusionL'addition de glutathion dans les formulations de EGCG reduit de maniere significative sa photodegradation. La microporation de la peau avec les micro-aiguilles au maltose facilite la penetration de l'EGCG a travers la couche cornee dans les couches profondes de la peau: epiderme et du derme viables.