Физические свойства гиалуронового филлера и клинические

Физические свойства гиалуронового филлера и клинические характеристики
Краткая информация
Гиалуроновая кислота (ГК) - исходный полисахарид, который присутствует в
человеческом организме повсеместно, и на протяжении 30 лет активно используется в
клинических целях. Свойства ГК такие, как ее способность связывать большое
количество воды, естественное присутствие в коже, а также низкая вероятность
отрицательной реакции, делают ее привлекательной субстанцией для дермальных
филлеров, восполняющих утрачиваемый объем в зрелой коже.
Трехмерная обработка контуров лица при помощи контурной пластики с филлерами
придает внешности пациентов насыщенность, молодость, смягчает признаки старения. В
настоящее время большое количество дермальных филлеров, представленных на рынке,
включают в свою основу инъекционный ГК гидрогель. Они отличаются своими
физическими свойствами, и такие отличия влияют на клинический результат. Физические
свойства ГК дермальных филлеров определяются концентрацией ГК, качеством
поперечного соединения, вязкостью (эластичностью) геля, а также инжектированием.
Глубокое изучение физических свойств ГК филлеров может быть очень полезным для
врачей при выборе соответствующего ГК дермального филлера для обработки контуров
лица и/или особого применения. В настоящем пособии физические свойства семи
отобранных ГК дермальных филлеров подверглись изучению при помощи реологического
метода тестирования и сравнения.
РАССМАТРИВАЕМЫЕ ДЕРМАЛЬНЫЕ ФИЛЛЕРЫ
Продукт
Партия
Тестирование
Производитель
Restylane Perlane®
11162-1
SAOS
Q-Med
Restylane Perlane®
10908-1
Давление
Q-Med
Juvйderm Ultra 2®
X24L722386
SAOS
Allergan
Juvйderm Ultra 4®
S30L759431
Давление
Allergan
Teosyal Global Action®
TS30L-1140048
SAOS
Teoxane
Teosyal Global Deep®
TSUL-110201A
Давление
Teoxane
Varioderm Plus®
P-4300
SAOS
Adoderm
Varioderm Plus®
P-1411
Давление
Adoderm
Varioderm Subdermal®
S-4410
SAOS
Varioderm Subdermal®
S-2501
Давление
Таблица 1. Дермальные филлеры, изученные в настоящем пособии
ГК является компонентом естественной внеклеточной матрицы [1]. ГК обнаружена в
больших концентрациях во многих мягких соединительных тканях, включая кожу,
пуповину, стекловидное тело глаза, синовиальную жидкость. Такая ГК состоит из
альтернативных единиц D- глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина. В
человеческом организме в физиологических pH условиях ГК проявляется в форме соли,
именуемой гиалуронатом.
Давно известно, что ГК может самоассоциироваться. Как внутримолекулярные, так и
межмолекулярные ассоциации могут существовать при физиологических состояниях,
формирующих гиалуроново-кислотную сеть [2]. Благодаря своим полиэлектролитным
свойствам, ГК обладает необыкновенными вязко-эластичными свойствами, которые
играют важную роль при использовании в современной эстетической медицине. ГК
является одним из важнейших стабилизирующих компонентов внеклеточной матрицы. За
счет различных связывающих белков ГК, расположенных на поверхности молекул во
внеклеточной матрице, субстанция способствует образованию механически сильной,
трехмерной сети между клетками и фибриллами коллагена. Она сохраняет молекулы в
матрице на своих местах [3], в то время как гидрофильные свойства ГК обеспечивают
соответствующее восполнение воды в тканях, а также соответствующее пространство
между клетками и фибриллами.
Раньше ГК получали из петушиного гребня и пуповины [4]. Начиная с 1980 года ГК
также стали производить в коммерческих целях с использованием процесса
бактериальной ферментации продуцента Streptococcus zooepidemicus и бактерий Bacillus
subtilis [5]. Такой метод был разработан в связи с возросшим спросом ГК для медицинских
и косметических целей. ГК успешно производилась в производственном масштабе на
основании продуцента Streptococcus zooepidemicus в качестве главного элемента.
Благодаря уникальной комбинации свойств таких, как вязко-эластичность,
гидрофильность, превосходная био-совместимость, а также отсутствие антигенной
нагрузки, ГК используется при лечении остеоартрита, в косметологии, офтальмологии,
эстетической медицине, хирургии и заживлении ран, целеуказанной терапии, а также
тканевой инженерии [4, 6, 7]. Первая полная публикация по терапевтическому
применению ГК была опубликована Андре Балазсом в 1971г. [8].
Структуризация - основа постоянного присутствия ГК в тканях [9]. ГК природного
происхождения, свободная ГК, свободно распределяется в растворе, не является
структурированной; при этом срок ее жизнеспособности составляет 1-2 дня. ГК
дермальный филлер структурирует макромолекулы, образуя гидрогель, который обладает
большей стойкостью к разрушению. Такие гели обеспечивают более сложную
химическую структуру и более сильную физическую защиту от расщепления ферментов и
свободных радикалов дермальных филлеров при введении в кожу [9]. Балазс, Хёгберг и
Лорент синтезировали сульфатные производные ГК, которые показали отсутствие
ферментной активности и замедление увеличения фибробластов в курином сердце в
искусственных условиях [10]. Структурированные производные ГК нашли свое
применение в особенности в эстетической медицине, лечении остеоартрита и тканевой
инженерии.
На протяжении нескольких лет ГК в основе дермальных филлеров стала самым успешным
предложением на массовый спрос современности на контурную пластику без
хирургического вмешательства.
Реологическая терминология описания физических свойств материалов
Эластичность
Способность материала приобретать начальную форму после
деформации
Эластичность типа G'
Показатель G' обозначает силу деформации в материале во время
деформации. Как только устраняется давление или нажатие, такая
сила помогает материи приобрести исходную форму в полном
или частичном объеме после деформации.
Вязкость
Вязкость - показатель устойчивости жидкости, подвергшейся
деформации за счет натяжения или механического раздражения.
Вязкость типа G"
Показатель G" обозначает силу, используемую во время
деформации материала, а также часть силы деформации
затраченной во время такой деформации.
Таблица 2: Реологическая терминология описания физических свойств материалов
Внутридермальные инъекции ГК филлеров проводятся для заполнения морщин и
коррекции контура объема мягких тканей таких, как губы, носогубные складки и лицевые
морщины [6]. Химически структурированная ГК применяется в качестве дермального
филлера в процедурах направленных на устранение лицевых морщин инъекционным
методом в целях обеспечения кожи большей эластичности, улучшения упругости и
увеличения гидрофильности. В использовании ГК ее эластичные свойства являются
предметом особого интереса. Такие свойства зависят главным образом от молекулярного
веса, концентрации ГК и структуризации ГК.
Химическая структуризация ГК главным образом осуществляется за счет гидроксильной и
карбоксильной групп цепи ГК. Два агента стуктуризации, которые используются в
настоящее время, 1,4-бутандиол диглицидиловый эфир (BDDE, используемый в
продуктах Restylane, Juvйderm, Teosyal, и Varioderm Lips & Medium), а также дивинил
сульфон (DVS, используемый в продуктах Hylaform, Prevelle Lift, Varioderm Plus, и
Varioderm Subdermal) вступают в реакцию с гидроксильными узлами в цепи ГК.
Эффективность ГК дермальных филлеров
При образовании поперечной межмолекулярной связи полимерной цепи ГК, образуется
трехмерная сеть геля. Большеобъёмный трехмерный гель не может применяться в
качестве дермального филлера; для таких целей гель расщепляется на малые гелиевые
частицы, которые позволяют инжектировать гель. Очень часто, некоторые производители
дермальных филлеров добавляют неструктурированную ГК в качестве лубриканта,
позволяющего провести инжектирование [11,12]. Они отличаются от ГК по концентрации,
степени структурированности, размеров частиц, набухавшей способности, объему
неструктурированной ГК, участвующей в формуле и типах эластичности [11,12].
Из-за наличия большого количества ГК дермальных филлеров на рынке, иногда очень
сложно найти лучший филлер для специальных целей. Хорошее знание некоторых
характеристик ГК филлеров может оказать большую помощь врачам при выборе
подходящего ГК дермального филлера для специального применения.
Следующие характеристики ГК дермальных филлеров оказывают большое влияние на
конечный результат клинического применения [9,13]:

Концентрация ГК





Степень структурированности
Объем структурированной и неструктурированной ГК
Длительность эффекта
G' (тип эластичности)
Способность к инжектированию (сила вдавливания)
Тип эластичности G' (произносится как G прайм) продукта является одним из важных
элементов [13]. Тип эластичности G' - измерение твердости геля.
Материалы и методика
Материалы
Для продукции ГК дермальных филлеров, протестированных на предмет оценки
физических свойств, обратитесь к таблице 1.
Эксперимент SAOS
Рис. 1. Диаграмма эксперимента SAOS с сигналом деформации γ и реакцией сигнала
σ и сдвигом фазы δ
Реология
Реология - раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. [14]. Реология
выстраивает соотношение деформации материала и приложенного напряжения, и изучает
в частности текучесть вещества. В полимерных растворах процессы текучести, как
правило, обладают сложной природой. Вязкость полимерного раствора зависит от
коэффициента деформации или напряжения, и характеризуется появлением феномена
эластичности [15]. В ньютоновской жидкости такой, как масло или вода, вязкость не
изменяется с изменением величины текучести или величины напряжения.
Физические свойства материалов описываются
реологических терминов [см. таблицу 2].
с
использованием
различных
Пульсирующий сдвиг малой амплитуды
Пульсирующий сдвиг малой амплитуды (SAOS) - реологический метод определения
вязко-эластичных свойств материалов. Преимущество такого метода заключается в что,
что структуры, чувствительные к напряжению, такие, как гидрогели, могут быть
охарактеризованы как свободные от разрушения потому, что в течение всего измерения
амплитуда находилась на низком уровне для того, что бы обеспечить работу в пределах
так называемой линейной вязко-эластичной области.
В данном тестировании, тестовая субстанция была помещена между двумя платинами и
была подвергнута синусоидальной деформации γ при радиальной частоте ω (рис.1).
Наблюдается задержка между функцией возбуждения и реакцией, известной как сдвиг
фазы δ =0о. Угол фазы ньютоновских жидкостей составляет δ =90о, в то время как угл
фазы δ вязко-эластичной субстанции характеризуется от 0о до 90о.
Тип эластичность G' и тип вязкости G" можно рассчитать на основании результатов
полученных в течение эксперимента [17]:
Показатель между типом вязкости и типом упругости соответствуют тангенсу угла потерь
(коэффициенту потери) tan δ, а также устанавливает показатель между долей
эластичности и вязкости полимерной жидкости.
Если тангенс угла потери δ больше 1, то материал - преимущественно вязкий, а также если
он меньше 1, то материал преимущественно эластичный. В целях определения разницы
между вязко-эластичными жидкостями, необходимо знать значение tan δ.
Для того чтобы определить свойства материалов, чувствительных к напряжению, таких,
как дермальные филлеры, которые произведены из структурированной гиалуроновой
кислоты, метод SAOS оказывается особенно полезным.
Эксперименты SAOS были проведены с использованием реометра HAAKE Rheo-Stress 1
(компании Thermo Fischer Scientific, Измерительные приборы, г. Карлсруэ, Германия)
при температуре 25Со. Все дермальные филлеры были изучены с учетом координатноизмерительная геометрии (D=35мм) при промежутке равном 1 мм и частотном диапазоне
от 100 до 0,10 рад/сек. Тип эластичности G', тип эластичности G" и тангенс угла потери
tan δ были определены на основании измерений при частоте 0,63 рад/сек.
Сила давления
Врачи должны проводить процедуру инжектирования ГК филлеров в мягкие ткани при
помощи тонкой иглы, вследствие чего, сила введения ГК дермальных филлеров является
клинически относительной.
После структуризации ГК преобразуется в большую гелиевую массу, которая подлежит
дроблению на гелиевые частицы, чтобы она смогла пройти сквозь тонкую иглу.
Физические свойства протестированных ГК дермальных филлеров
Концентрация
(мг/мл)
Restylane
Juvéderm
Teosyal
Perlane
Ultra 2
Global
Action
ГК 20
Varioder
m
Varioderm
Subdermal
Plus
24
25
18
27
G' (Па)
695
75.5
140
940
2.190
G"(Па)
109
23.6
35.8
192
406
Tan δ (G'/G")
0.16
0.31
0.26
0.20
0.19
Таб. 3: Физические свойства протестированных ГК дермальных филлеров
Преимуществом новых ГК филлеров, в которых используются новые передовые
технологии по определению размера, позволяющие достигнуть широкого
распространения гелиевых частиц и равномерной консистенции, является присутствие
меньшего количества неструктурированной ГК для проведения инжектирования одним
ровным потоком. Вследствие чего, такие продукты содержат большее количество
структурированной ГК, которая может быть имплантирована в кожу, и которая может
способствовать улучшению продолжительности действия и клинических результатов.
Силу давления наполненных, одноразовых шприцев можно определить при помощи
тестового устройства в соответствии с DIN EN ISO 7886-1 (Приложение G: Определение
сил, необходимых для управления поршнем).
Сила давления наполненных шприцев была измерена при помощи тестового устройства
Zwick/Roell Z005, Fmax 200N (компании Zwick Roell AG, г. Ульм, Германия). Измерения
осуществлялись с использованием иглы типа 27G (Лаборатория TSK, Япония).
Результаты
В прошлом ученые и врачи вели дискуссии о воздействии некоторых свойств дермальных
филлеров на фактический эффект заполняемости продукта. Очень долгое время считалось,
что ключевыми партерами клинического применения дермальных филлеров были
концентрация ГК и размер гелиевых частиц в продукте [18]. Клиническая эволюция
продуктов Restylane и Perlane (два продукта с идентичным химическим составом со
значением размера частицы 300 μm и 650 μm соответственно) продемонстрировали, тем
не менее, что размер частиц не оказывает воздействия на период сохранения в организме
[19, 20]. Для структурированной ГК ее концентрация является решающим футором
высокой эффективности (с учетом эффекта заполняемости и периода сохранения в
организме). Указанный факт, однако, не относится к неструктурированной ГК, поскольку
процесс разложения таких субстанций в организме происходит в течение нескольких дней
[9]. Таблица 3 отображает концентрации отобранных дермальных филлеров и их
измеренных физических свойств. Твердость геля (тип эластичности G') играет главную
роль в эффективности ГК филлера. Данный параметр определяется концентрацией ГК,
весом молекул ГК, а также объемом неструктурированной ГК в конечном продукте. Тип
эластичности можно использовать при определении пригодность ГК филлера для
специального применения. ГК филлер с высоким типом эластичности обладает
наилучшим эффектом заполнения и длительным периодом сохранения в мягких тканях.
Измеренные показатели типа эластичности (таблица 3) устанавливают, что продукт
Juvéderm Ultra 2 обладает наименьшим показателем среди отобранных ГК филлеров
(G'=75.5 Па), затем следуют Teosyal Global Action (G'=140 Па), Restylane Perlane (G'=695
Па), Varioderm Plus (G'=940 Па) и Varioderm Subdermal (G'=2190 Па). Тип эластичности
продукта Varioderm Subdermal в три раза выше Restylane Perlane, в то время как
показатель типа эластичности продукта Varioderm Plus в семь раз выше показателя типа
эластичности продукта Teosyal Global Action, и в двенадцать раз выше показателя типа
эластичности продукта Juvéderm Ultra 2 (рис. 2). С учетом высокой эластичности
филлеров Varioderm такая продукция может достигать лучшего объемного эффекта и
длительного увеличения в мягких тканях [21, 22]. К тому же высокая эластичность таких
филлеров позволяет использовать меньшее количество продукции для получения такого
же эффекта, как и при использовании менее эластичных дермальных филлеров.
Дермальные филлеры Varioderm производятся при помощи монофазной молекулярной
технологии (MPT). Тестирование показало, что дермальные филлеры Varioderm обладают
наилучшим показателем инжектирования в сравнении с другими дермальными
филлерами, поскольку ГК гель в продукции Varioderm более гранулированный (рис.3).
Рисунок 3: Сила давления в сравнении с давлением, необходимым для нажатия на
поршень шприца с подтестированными ГК дермальными гелями
Измерение силы давления (рисунок 3) показало, что продукту Teosyal Ultra Deep трубется
значительно большая сила давления (Fmax = 57.06 Н), затем слудует Juvéderm Ultra 2
(Fmax = 32,74 Н) и Restylane Perlane (Fmax = 19.35 Н). В противовес Varioderm Subdermal
(Fmax = 17,02 Н) () и Varioderm Plus (Fmax = 10.00 Н) требуется значительно меньшая
сила давления. Максимальная сила давления Teosyal Ultra Deep в три раза превышает силу
давления Varioderm Subdermal и в шесть раз - Varioderm Plus. К тому же, кривая
прогрессии Teosyal Ultra Deep показывает, что продукт не обладает однодностью смеси
(рис.3).
Заключение
В настоящее представленые на рынке ГК дермальные филлеры имеют свои ограничения в
клиническом испольщовании, сохранении и легкости инжектирования. Более того,
хорошее знание химических и физических свойств ГК дермальных филлеров окажет
большую помощь врачам при выборе соответствующего ГК дермального филлера для
косметического применения [9].
Результаты такого реологического узучения показали, что семь отоборанных ГК
дермальных филлеров обладают рядом физических свойвств. Продукция Varioderm®
обладает значительно лучшими свойствами эластичности и легкостью инжектирования по
сравнению с другими изученными филлерами (Teosyal, Restylane и Juvéderm). Такие
свойства получены в результате инновационной монофазной молекулярной технологии
(MPT), которая используется в процессе производства филлеров Varioderm.
Оптимизированные физические свойства филлеров Varioderm способствуют лучшим
клиническим результатам. Понимание физических свойств дермальных филлеров, а также
их потенциального воздействия на клиническое применение может сыграть важную роль
для врачей при выборе соответствующего ГК филлера в соответствии с нуждами
пациентов желаемым результатом [23].