Polilisina: proprietà, usi, pro, contro, sicurezza

Polylysine – polimero/catena di L-lisina (nota tecnica: in ambito tecnico-alimentare si incontra anche la dicitura ε-poly-L-lysine, spesso come sale cloridrato)

Sinonimi: polylysine, poly-L-lysine, lysine homopolymer, ε-polylysine (uso tecnico), ε-poly-L-lysine hydrochloride (per il sale)
INCI / Funzioni: hair conditioning (condizionante per capelli; funzione riportata nelle banche dati cosmetiche UE)

Definizione
La polilisina è un polipeptide cationico costituito da unità ripetute di L-lisina; in pratica, si tratta di una “catena” di amminoacidi che, in soluzione acquosa, presenta una carica positiva marcata grazie ai gruppi amminici laterali. Questa caratteristica spiega gran parte del suo comportamento formulativo: tende a interagire elettrostaticamente con superfici e materiali a carica negativa (cheratina dei capelli, alcune particelle disperse, diversi polimeri anionici) e può contribuire a migliorare pettinabilità e sensorialità, oltre a influenzare stabilità e torbidità del sistema.

È importante distinguere due usi/“famiglie” che, nella pratica, possono sovrapporsi:

• Polylysine (INCI): impiego cosmetico come condizionante (in particolare hair care).

• ε-poly-L-lysine (spesso venduta anche come cloridrato): impiego tecnico come agente antimicrobico in vari contesti (molto noto fuori UE in campo alimentare); in cosmetica può comparire anche come componente “funzionale” in alcune soluzioni conservanti o come supporto a strategie di protezione microbiologica, ma la funzione INCI ufficiale può non essere “preservative” a seconda della classificazione/registrazione del singolo ingrediente e del mercato.

Usi principali

Alimentazione. In diversi Paesi extra-UE, la ε-polilisina è utilizzata come agente antimicrobico a dosi molto basse (ordine di ppm) per supportare la stabilità microbiologica di determinate matrici alimentari. Dal punto di vista tecnologico l’interesse risiede nell’azione su un ampio spettro di microrganismi e nella possibilità di lavorare in intervalli di pH relativamente ampi. In Unione Europea, la logica di etichettatura alimentare è legata al sistema E-number del Regolamento (CE) 1333/2008: è un punto critico perché sul mercato globale si osservano talvolta diciture “E-xxx” non allineate al quadro UE e quindi potenzialmente fuorvianti se riportate in etichettatura europea.

Cosmetica. In formulazione cosmetica la polilisina è principalmente associata a prodotti hair care (rinse-off e, in alcuni casi, leave-on) come condizionante: può contribuire a ridurre l’effetto “ruvido” post-lavaggio, migliorare pettinabilità, ridurre elettricità statica e dare una percezione di fibra più “compatta”. La natura cationica la rende concettualmente affine alla logica dei condizionanti: si orienta verso la cheratina e può coadiuvare l’adesione di altri attivi/polimeri. Nella pratica industriale, la polilisina può anche comparire in sistemi dove si ricerca un contributo “funzionale” alla robustezza microbiologica (spesso in sinergia con polioli o altri componenti), ma l’efficacia reale va interpretata sul sistema completo e verificata con challenge test sul prodotto finito.

Medicina. In ambito biomedicale/di ricerca, i polimeri di lisina (soprattutto poly-L-lysine) sono noti come materiali cationici utili per interazioni con superfici e biomateriali; si incontrano in letteratura in contesti di laboratorio e ricerca (es. supporti, rivestimenti, applicazioni di biointerfaccia). In un profilo “ingrediente cosmetico”, questa area è più un background tecnico che un’indicazione d’uso diretta.

Farmaceutica. Può comparire come componente polimerica/ausiliario in contesti tecnici o di sviluppo, ma l’eventuale impiego è dossier-dipendente (specifiche, purezza, grado, impurezze, conformità). Per un impiego farmaceutico reale, contano soprattutto qualità, controllo endotossine/bioburden (quando rilevante), e coerenza lotto-lotto.

Uso industriale. Oltre a cosmetica e (in alcuni mercati) alimentare, la polilisina è considerata un polimero cationico di interesse per applicazioni tecniche dove servono interazioni elettrostatiche o un contributo antimicrobico in sistemi specifici. Anche qui, l’elemento determinante è la compatibilità con la matrice (pH, salinità, tensioattivi, polimeri) e con il profilo regolatorio del settore/Paese.

Calorie (valore energetico)

Dati di identificazione e specifiche

Proprietà chimico-fisiche (indicative)

Ruolo funzionale e meccanismo d’azione (pratico)

Compatibilità formulativa

La polilisina, essendo cationica, va gestita come un “attore di carica”: è generalmente più semplice inserirla in sistemi dove la componente anionica è controllata o bilanciata. La compatibilità è in genere buona con molte basi non ioniche e con diverse architetture emulsionanti/tensioattive, ma può diventare critica in presenza di: (i) polimeri anionici (es. carbomer non neutralizzato o alcuni acrilati anionici), (ii) tensioattivi anionici ad alto livello, (iii) elevata forza ionica (sale) che può alterare l’equilibrio di solubilità/associazione. Il rischio tipico è torbidità, viscosità erratica o precipitazione per complessazione anionico–cationico.

Nel hair care, dove il “deposito” sulla fibra è spesso desiderato, l’obiettivo pratico è ottenere un equilibrio: abbastanza interazione da dare condizionamento, ma non così tanta da causare build-up, appesantimento o instabilità fisica. La finestra di lavoro reale dipende molto da pH, rapporto tensioattivi, presenza di siliconi/polimeri filmogeni, e dalla sequenza di aggiunta (pre-dissoluzione in acqua, aggiunta a freddo vs a caldo, tempo di idratazione).

Linee guida d’uso (indicative)

Qualità, gradi e specifiche

Sicurezza, normativa e ambiente

Dal punto di vista della sicurezza cosmetica, la polilisina è in genere considerata un ingrediente con profilo gestibile quando usato a livelli tipici e in prodotti finiti correttamente valutati. Le criticità formulative sono più spesso tecniche che tossicologiche: incompatibilità di carica, torbidità e instabilità fisica possono portare a variabilità prestazionale e, indirettamente, a scelte di riformulazione. Come sempre, la valutazione va condotta sul prodotto finito (esposizione reale, popolazione target, area di applicazione, eventuale contatto oculare).

Sul piano normativo, in cosmetica UE l’inquadramento pratico passa dall’INCI e dalle funzioni associate nelle banche dati di settore. In alimentare UE, invece, l’etichettatura è legata all’elenco degli additivi autorizzati con E-number nel Regolamento (CE) 1333/2008: è essenziale non confondere numerazioni o denominazioni usate in altri mercati con quelle valide in Europa (ad esempio, nel quadro UE “E 239” corrisponde ad altra sostanza). In produzione e controllo qualità, l’adozione di GMP e, dove rilevante, un approccio HACCP aiutano a mantenere costanza e ridurre rischi di contaminazione o variabilità.

Troubleshooting formulativo

Conclusione

La polilisina (Polylysine) è un polimero di L-lisina con carica positiva che, in cosmetica, si posiziona soprattutto come condizionante per capelli, utile per sensorialità e gestibilità della fibra. Il punto tecnico più rilevante è la compatibilità di carica: la stessa proprietà che favorisce il deposito può generare complessazioni e instabilità se il sistema contiene anionici in quantità o condizioni sfavorevoli. L’uso efficace richiede quindi un approccio formulativo “di equilibrio” (pH, forza ionica, architettura tensioattiva/polimerica) e validazione pratica sul prodotto finito.

Mini-glossario

INCI: nomenclatura standard per l’etichettatura degli ingredienti cosmetici.
Polimero cationico: polimero che in acqua presenta carica positiva e interagisce con specie a carica negativa.
Complesso anionico–cationico: associazione elettrostatica tra specie di carica opposta, che può causare torbidità o precipitazione.
E-number: codice europeo che identifica gli additivi alimentari autorizzati in UE.
GMP: Good Manufacturing Practice, buone pratiche di fabbricazione per qualità e controllo del processo.
HACCP: Hazard Analysis and Critical Control Points, metodo di analisi dei rischi e controllo dei punti critici (rilevante come approccio di controllo in contesti regolati).

Bibliografia__________________________________________________________________________

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Abstract. Bacterial endophthalmitis (BE) is a severe ocular infection that can lead to irreversible blinding ocular disease. When diagnosed with BE, the main treatment approach is empirically administering intravitreal antibiotic injections. However, the excessive use of antibiotics leads to increased drug resistance in pathogens, and the retinal dose-limiting toxicities greatly limit its application in clinic. In this work, we present a series of polylysine derivatives (PLL-n) for the treatment of bacterial endophthalmitis. By precisely adjusting the balance of hydrophilic/hydrophobic, the optimal polymer, PLL-2, demonstrates high efficacy against Staphylococcus aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), and various clinically isolated drug-resistant bacteria. The antibacterial mechanism showed that PLL-2 could effectively destroy the bacterial membrane and lead to bacterial death. Due to its unique antibacterial mechanism, PLL-2 exhibits rapid bactericidal kinetics and does not induce bacterial resistance up to 16 generations. More importantly, PLL-2 showed a significant therapeutic effect on a methicillin-resistant S. aureus-induced rat endophthalmitis model, which presents a promising therapeutic approach for managing endophthalmitis.

Takano S, Hu Q, Amamoto T, Refinetti P, Mimori K, Funatsu T, Kato M. Extraction of cell-free DNA from urine, using polylysine-coated silica particles. Anal Bioanal Chem. 2017 Jun;409(16):4021-4025. doi: 10.1007/s00216-017-0345-3. 

Abstract. DNA analysis is used for a variety of purposes, including disease diagnosis and DNA profiling; this involves extracting DNA from living organisms. In this study, we prepared polycationic silica particles to extract DNA that has the negatively charged phosphate backbone from solution. The coated particles were prepared by mixing conventional silica gel particles and poly-Lys; these particles could efficiently extract 1.3 μg of cell-free DNA from 50 mL of (male) urine. It is expected that these easily prepared particles (just a mixture of two commercially available chemicals) can be used as a noninvasive diagnostic tool for genetic disorders such as cancer, diabetes, and hypertension. Graphical abstract Effective extraction method of cfDNA from urine was developed that used commercially available silica gel particles and poly-Lys.

Kim SW. Polylysine copolymers for gene delivery. Cold Spring Harb Protoc. 2012 Apr 1;2012(4):433-8. doi: 10.1101/pdb.ip068619. 

Abstract. Polylysine and its copolymers have been extensively used as nonviral polymeric gene carriers. Although polylysine on its own is toxic to cells, when polyethylene glycol is covalently linked to polylysine, toxicity is reduced and DNA transfection efficiency is increased. A degradable polylysine analog, polyaminobutyl glycolic acid, has been synthesized. Stearyl polylysine shows strong hydrophobic interactions with low-density lipoprotein and these components can be combined with DNA to form a "terplex" system that allows delivery of DNA to targeted cells and significant levels of transfection both in vitro and in vivo.