A formulation-Based Approach to Infection Prevention Professor Barbara Conway, Head of Pharmacy, University of Huddersfield

---

 

 

 

A Formulation-Based Approach to Infection Prevention  

Professor Barbara Conway, 

Head of Pharmacy, University of Huddersfield

 

 

Introduction 

Professors of Pharmaceutics mix and make the actual medicines into dosage forms – tablets, 

caplets, liquids, creams, ointments. They produce the “recipes” for the drugs. 

Our job: to make sure that we can get the right amount of drug to the right place in the body at 

the right dose at the right time so it can do its job. 

What is the most effective way to do that? 

 

Targeted drug delivery 

Delivering medication to a patient in a manner that increases the concentration of the 

medication in some parts of the body and even some cells relative to others.  

Largely founded on nanomedicine, which plans to employ nanoparticle-mediated drug delivery 

in order to combat the downfalls of conventional drug delivery 

We can make nano-sized drug delivery carriers so the drug is trapped within particles that are 

100-200 nanometers in dimension. 

For wound care, we need lipid-based nanocarriers. 

 

Application: Topical antiseptics 

Initially looking at skin antisepsis: 

---

 



 

pre-surgery to prevent SSI 



 

to reduce wound bioburden 

Increased effectiveness of the skin antiseptics should ultimately decrease the use of antibiotics. 

Topical antiseptics are preferable to antibiotics because less likely to induce resistance, owing to 

their unspecific mode of action and the high concentrations in which they can be used. 

Topical antiseptics can prevent biofilm build-up as well as antimicrobial action. 

Challenge: unknown depth of penetration and unknown effective concentration 

 

Transdermal delivery routes: 3 pathways 

Stratum corneum is the outermost layer of skin; it’s the major barrier. 3 ways drugs can get 

though it: 

1.

 

The paracellular path: tortuous route through the membrane 

2.

 

The transcellular path 

3.

 

The transappendageal path: follicular route 

Transappendageal pathway is ideal, as hair follicles penetrate deep into the skin. But follicles 

encompass only 1% of total skin area, and also varies per individual depending on follicle density 

and size. Other factors that affect transport ability of transappendageal pathway are other fill 

materials, such as sebum and desquamated cells, in addition to cultural habits and weather 

conditions (sweat, deodorant, etc.) 

Microorganisms reside both on the skin surface as well as in hair follicles and lower skin depths.  

Endogenous infections arise from endoflora from skin, mucous membranes and hollow viscera, 

seeding from another infection. Follicles also present a unique microbial niche for 

microorganisms within the skin. 

When the barrier is breached, commensal microoganisms may therefore persist at the site. 

Therefore, effective and rapid permeation of the antimicrobial into the deeper layers of the skin 

may prevent infection. 

Our goal: Try and increase how much drugs penetrate into the skin and influence where 

they go. 

 

---

 

Penetration enhancers  

Terpenes are the major ingredient in essential oils. They bind in large quantities to SC and act as 

skin penetration enhancers by 



 

increasing drug partitioning into the skin (solvent effect) 



 

enhancing drug diffusion 



 

reversibly disrupting lipid bilayers 

Furthermore, these volatile compounds may alter the thermodynamic activity of the drug due to 

evaporation of terpenes like alcohol 

Skin permeation studies are done by putting the formulation to be tested on top of a skin 

sample (varying depths) and then measuring below what penetrated at what depth. 

 

Case study: does eucalyptus oil help penetration? Tested with above methodology.  

Conclusion: it did. Even after 2 minutes, drugs were found in a deeper layer of the skin. 

It seemingly did not work as well as crude oil for penetration effectiveness, however. 

Olive oil, however, did not work as well as eucalyptus oil in permeation studies. 

 

Nanotechnology and targeting 

Goal: to target drugs to the hair follicles and have them accumulate and remain there. Sustained 

release and preferential targeting.  

Unique size dependent properties of lipid nanoparticles offer possibilities for delivery of drug for 

both controlled release and site specific drug delivery. 

Control of particle size and surface properties determines how delivery system interacts with 

target. 

 

Example: Triclosan targeting via nanoparticle 

Triclosan is difficult to work with. It doesn’t dissolve in water, BUT it does form well into a lipid 

nanoparticle. We can get more triclosan into the skin by forming it into nanoparticles. 

 

---

 

Process: melting of lipids and dissolving drug into the lipid > hot aqueous surfactant solution > 

high shear homogenization > hot pre-emulsion > ultrasonication > hot nanoemulsion > solid lipid 

nanoparticles.  

When emulsion particle size is decreased to the nano level, it becomes clear (no longer diffuses 

light) and you can get a nice, even particle size distribution. 

Much higher percentage of triclosan retained in skin when delivered by nanoparticles. 

Example: Chlorhexidine targeting via nanoparticle 

Also increases skin penetration.  

We’ve tried incorporating chlorhexidine into Altrazeal gels in saline – what happens? 



 

Chlorhexidine solution is crosslinked with gel and not released 



 

Chlorhexidine in nanoemulsions can be incorporated and released 

 

Where we are now with this work 

1.

 

Successful formulation of potentially synergistic combination of ingredients into 

nano-sized delivery systems (solid and liquid) 

2.

 

Preferential increase in delivery of antimicrobial to hair follicles 

3.

 

Incorporation of nanoemulsions into porous flexible gel structure, sustaining 

release of CHG 

 

 

 

 

The content of these notes is proprietary and confidential information of EHP Inc., dba IPIP. It is not intended to be 

distributed to any third party by the recipient for commercial purposes without the expressed written consent of EHP 

Inc. Furthermore, the recipient may only use these notes for personal and not commercial use. In addition, if the 

recipient does distribute these notes to a third party for personal use, the recipient agrees to not alter or in any way 

modify this statement of proprietary rights. All recipients of these notes agree to hold EHP Inc., dba IPIP, its 

subsidiaries, agents, servants, and employees harmless for any liability arising from the use of said notes.