Carbossimetilcellulosa sodica reticolata

Denominazione internazionale: crosslinked sodium carboxymethylcellulose

Cos’è la carbossimetilcellulosa sodica reticolata

La carbossimetilcellulosa sodica reticolata è un polimero idrofilo anionico derivato dalla cellulosa, modificato mediante introduzione di gruppi carbossimetilici e successiva reticolazione chimica.
Questa struttura tridimensionale consente un elevato assorbimento d’acqua, mantenendo stabilità meccanica e funzionale.

È ampiamente utilizzata come agente reologico, stabilizzante e superassorbente in formulazioni cosmetiche, farmaceutiche e industriali.

Identificazione chimica e nomenclatura

• Nome INCI / tecnico: Sodium carboxymethylcellulose crosspolymer

• Nome chimico: cellulosa carbossimetilata sodica reticolata

• Numero CAS: 9004-32-4 (famiglia della carbossimetilcellulosa)

• Classe chimica: polimeri cellulosici modificati

• Categoria funzionale: addensante, stabilizzante, assorbente

Struttura chimica e descrizione molecolare

La struttura di base è costituita da una catena polisaccaridica di glucosio, tipica della cellulosa, su cui sono innestati gruppi carbossimetilici in forma salina sodica.
La reticolazione introduce legami incrociati tra le catene, formando una rete polimerica tridimensionale insolubile ma fortemente rigonfiante.

Questa configurazione è responsabile delle proprietà reologiche e assorbenti del materiale.

Significato del nome chimico

• Cellulosa: matrice polimerica naturale

• Carbossimetil-: gruppo funzionale idrofilo e ionico

• Sodica: forma salina che favorisce dispersione e stabilità

• Reticolata: rete tridimensionale che impedisce la dissoluzione completa

Il nome riflette direttamente la struttura chimica e la funzione tecnica del composto.

Materie prime e ruolo funzionale

• Cellulosa purificata: supporto strutturale

• Agenti carbossimetilanti: introduzione della carica anionica

• Agenti reticolanti: stabilizzazione della rete polimerica

• Sali sodici: regolazione delle proprietà ioniche

La selezione delle materie prime influenza direttamente viscosità, capacità assorbente e stabilità.

Processo di produzione industriale

Il processo produttivo comprende:

• alcalinizzazione della cellulosa

• eterificazione controllata

• fase di reticolazione chimica

• purificazione e asciugatura

Il controllo del grado di sostituzione e del livello di reticolazione è essenziale per ottenere prestazioni riproducibili.

Proprietà chimico-fisiche principali

• Stato fisico: polvere fine

• Colore: bianco / bianco avorio

• Odore: assente

• Solubilità: insolubile, fortemente rigonfiante in acqua

• Comportamento reologico: formazione di gel stabili

• Stabilità: buona stabilità chimica e termica

Meccanismo d’azione

La carbossimetilcellulosa sodica reticolata assorbe acqua attraverso:

• interazioni elettrostatiche

• legami idrogeno

• espansione controllata della rete polimerica

Il risultato è un aumento della viscosità, una migliore stabilizzazione delle fasi e una riduzione della sineresi.

Sicurezza e considerazioni tossicologiche

Il polimero è generalmente considerato sicuro per gli impieghi previsti.
Non viene assorbito sistemicamente e presenta un basso profilo di rischio quando utilizzato secondo le buone pratiche formulative.

Nel settore alimentare (1) è un agente addensante e stabilizzante e, dagli anni 80 è entrata in campo nell'enologia (2).

È stata valutata dalle autorità regolatorie ed è considerata un additivo alimentare sicuro (E466) se utilizzata entro i limiti prescritti. Il suo uso diffuso nei farmaci conferma ulteriormente il suo profilo di sicurezza.

Una eccessiva assunzione di cellulose come E466 può essere associata a rischi elevati di malattie cardiovascolari (CVD) (3).

Conformità regolatoria

• Utilizzabile in ambito cosmetico, farmaceutico e tecnico

• Conforme ai principali quadri regolatori internazionali

• Non classificato come sostanza pericolosa

Qualità e standard

• Produzione secondo standard industriali controllati

• Parametri critici monitorati: purezza, grado di sostituzione, reticolazione

• Elevata riproducibilità funzionale

Compatibilità formulativa

• Compatibile con la maggior parte degli ingredienti idrofili

• Buona stabilità su ampio intervallo di pH

• Sensibile a elevate concentrazioni di elettroliti forti

Applicazioni principali

• Cosmetica: addensante, stabilizzante di gel ed emulsioni

• Farmaceutica: eccipiente, disgregante, controllo del rilascio

• Industriale: agente assorbente e modificatore reologico

Aspetti ambientali

Derivata da cellulosa di origine vegetale, presenta un profilo ambientale favorevole.
La struttura reticolata riduce la biodegradabilità immediata, ma non mostra fenomeni di bioaccumulo rilevanti.

Note tecniche

La scelta del grado di reticolazione è determinante per l’impiego finale, influenzando assorbimento, viscosità e stabilità meccanica.

Bibliografia__________________________________________________________________________

(1) Regolamento (CE) N° 1333/2008 del 16 dicembre 2008 sugli additivi alimentari.

Determination of carboxyméthycellulose in food products - H.D Graham, Journal of food science 1971, p 1052-1055.

(2) Stabilisation tartrique des vins par la carboxyméthylcellulose - Bulletin de l’OIV 2001, vol 74, n°841-842, p151-159.

(3) Sellem L, Srour B, Javaux G, Chazelas E, Chassaing B, Viennois E, Debras C, Salamé C, Druesne-Pecollo N, Esseddik Y, de Edelenyi FS, Agaësse C, De Sa A, Lutchia R, Louveau E, Huybrechts I, Pierre F, Coumoul X, Fezeu LK, Julia C, Kesse-Guyot E, Allès B, Galan P, Hercberg S, Deschasaux-Tanguy M, Touvier M. Food additive emulsifiers and risk of cardiovascular disease in the NutriNet-Santé cohort: prospective cohort study. BMJ. 2023 Sep 6;382:e076058. doi: 10.1136/bmj-2023-076058. PMID: 37673430; PMCID: PMC10480690.

Sangalli ME, Giunchedi P, Colombo P, Conte U, Gazzaniga A, La Manna A. Cross-linked sodium carboxymethylcellulose as a carrier for dissolution rate improvement of drugs. Boll Chim Farm. 1989 Jul-Aug;128(7-8):242-7. 

Abstract. The dissolution rate is often the limiting step in gastrointestinal absorption of water insoluble drugs from solid oral dosage forms. The aim of this work was to use a swellable polymer chosen among superdisintegrants, for improving the dissolution rate of a sparingly soluble drug, loaded on its surface. Nifedipine, which has a very low water solubility, was chosen as a model drug, while cross-linked sodium carboxymethylcellulose (Ac-Di-Sol) was chosen as the swellable polymer. The Nifedipine/Ac-Di-Sol systems were prepared using two different techniques: evaporation and spraying; in some preparations polyethylene glycol (PEG 1500), or sucrose palmitate (Sucrodet), or dioctyl sodium sulfosuccinate (Aerosol OT) were added. The results of the dissolution tests showed that the dissolution rate of Nifedipine from the systems prepared increases, particularly in the case of the preparation composed of Ac-Di-Sol plus surfactant agents.

DʼAloiso MC, Senzolo M, Azzena B. Efficacy and Safety of Cross-Linked Carboxymethylcellulose Filler for Rejuvenation of the Lower Face: A 6-Month Prospective Open-Label Study. Dermatol Surg. 2016 Feb;42(2):209-17. doi: 10.1097/DSS.0000000000000592. 

Abstract. Background: Cross-linked carboxymethylcellulose (CMC) filler is a biosynthetic filler with very low antigenic risk. Objective: To assess the efficacy and safety of CMC filler in the rejuvenation of the lower face. Materials and methods: Two hundred eighty-seven procedures were performed in 174 patients: 115 nasolabial folds, 86 marionette lines, 29 bar codes, 14 cheek rhytides, and 43 lip rejuvenations. Results were evaluated at 3 (T1) and 6 months (T2) with photographic evaluation, Global Aesthetic Improvement Scale (GAIS), Modified Fitzpatrick Wrinkle Scale (MFWS) for nasolabial folds, Marionette Lines Grading Scale (MLGS), and Medicis Lip Fullness Scale (LFS). Results: GAIS was ≥2 in >91.05% of patients both in T1 and T2. MFWS score significantly improved at T1 (86.9% class ≤1, p < .001) and T2 (82.6% class ≤1, p < .001); in all patients in T1 and T2, median amelioration of MLGS was 2 ± 1 and there was a significant amelioration of at least 1 grade in LSF in both upper and lower lips. Conclusion: The use of CMC filler resulted in a significant and satisfactory amelioration of lower face aging signs with very low incidence of adverse events. Therefore, it should be considered a valid alternative to cross-linked hyaluronic acid fillers.

Leonardis M, Palange A, Dornelles RF, Hund F. Use of cross-linked carboxymethyl cellulose for soft-tissue augmentation: preliminary clinical studies. Clin Interv Aging. 2010 Nov 9;5:317-22. doi: 10.2147/CIA.S13813.

Abstract. Purpose: The continual search for new products for soft-tissue augmentation has in recent years led to the introduction of long lasting alternatives to hyaluronic acids and collagen that are composed of other polymers able to improve clinical persistence over time. This is the first report in which sodium carboxymethyl cellulose (CMC) has been chemically treated by the cross-linking process and thus used as a hydrogel for soft-tissue augmentation through injection with thin needles. The study evaluates, from a clinical point of view, the behavior of cross-linked carboxymethyl cellulose hydrogel used in the aesthetic field and its side effects so as to check the safety and performance of the polymer following intradermal injections. Patients and methods: This work shows the preliminary results of an ongoing clinical study conducted between 2006 and 2009, performed on 84 healthy volunteers (62 females, 22 males) aged between 18 and 72 years, for the treatment of 168 nasolabial folds, 45 perioral wrinkles, and 39 lip volume. Results: Study results show an excellent correction of facial defects. Tolerance and aesthetic quality of the correction obtained indicate considerable safety features and absence of side effects. From a clinical point of view, hydrogel is gradually absorbed into the injection site without migration issues. Conclusion: Cross-linked CMC hydrogel proves to be an ideal agent for soft tissue augmentation with regard to safety and ease of application. It did not cause infection, extrusion, migration, or adverse reactions in the patients who have been followed for two years. Delayed aesthetic results on facial wrinkles were very satisfactory.

Dellali M, Iurciuc Tincu CE, Savin CL, Spahis N, Djennad M, Popa M. Hydrogel Films Based on Chitosan and Oxidized Carboxymethylcellulose Optimized for the Controlled Release of Curcumin with Applications in Treating Dermatological Conditions. Molecules. 2021 Apr 10;26(8):2185. doi: 10.3390/molecules26082185.