Закрыть
Вход
youtube Telegram Vkontakte
youtube telegram vkontakte

Сшей меня нежно: что нужно знать о техниках производства филлеров

28.02.2024
6466
9 мин на прочтение
Каменчук Яна Александровна
Филлеры на основе гиалуроновой кислоты. Важным параметром, влияющим на их структуру, свойства, стабильность и длительность эффекта, является метод сшивки, или кросс-связывание молекул гиалуроновой кислоты. Об этом и поговорим в статье.

Гиалуроновую кислоту (ГК) для филлеров обычно получают либо из животного источника (например, петушиные гребни), либо из бактериального (посредством синтетической ферментации бактерий, например Staphylococcus equine). Большинство современных филлеров в составе имеют именно ГК бактериального происхождения из-за ее пониженного аллергенного и иммуногенного статуса1.

Несмотря на свои уникальные биологические свойства, нативная ГК, как известно, имеет очень короткий период полураспада (около 2–4 дней) в коже, она быстро разлагается за счет разрыва гликозидных связей под действием гиалуронидазы и активных форм кислорода. Более того, она имеет плохие вязкоупругостные свойства, что ограничивает ее прямое использование в качестве филлера, поскольку сама по себе ГК не способна приподнимать ткани.

Технологически филлеры представляют собой гидрогель ГК, суспендированный в физиологическом или фосфатно-буферном растворе.

Гиалуроновая кислота может существовать и в форме несшитых цепей (некросс-связанная нативная), что делает ее более подвижной за счет вязкостных свойств, но при этом менее стойкой и более подверженной быстрому распаду в организме.

Для повышения устойчивости молекул ГК ее физические свойства модифицируют в результате процесса сшивания, добавляя молекулу, соединяющую полимерные цепи друг с другом2. Этот процесс модификации получил название сшивания, ретикуляции или стабилизации.

Необходимо знать, что не существует одинаковой технологии сшивки гиалуроновой кислоты, у каждого производителя она своя, несмотря на то что используется один и тот же сшивающий агент. Технология сшивки и получения филлеров – сложный процесс, поскольку помимо проведения реакции сшивки сшивающим агентом необходимо нейтрализовать и отмыть сшитую ГК от этого агента. Это достаточно трудоемкий процесс с точки зрения технологии и аналитики, поскольку анализ на остаточное содержание сшивающего агента проводится на сложном и чувствительном масс-спектрометре.

Для чего нужна сшивка

После сшивания раствор ГК становится менее вязким, но более упругим по мере превращения в вязкоэластичный гель. Он создает стерический барьер, который уменьшает проникновение и подвижность гиалуронидазы внутри геля, повышая время биодеградации филлера в мягких тканях. Когда речь заходит о филлерах, то на первый план по реологическим характеристикам выходит не динамическая вязкость, как у нативной (несшитой) ГК, а именно вязкостно-упругостные свойства (модуль вязкости и упругости). Данные параметры анализируются на приборе, который называется реометром. При проведении анализа на реометре всегда со стопроцентной вероятностью можно сказать, содержит ли препарат в составе сшитую или несшитую ГК.

Принято считать, что филлер, используемый для работы в глубоких слоях для восстановления объема лица, имеет отличные характеристики от филлера, используемого для работы с тонкими линиями и морщинами. Филлеры для глубоких инъекций обычно характеризуются как «более твердые», а филлеры для тонких линий – как «более мягкие».

Считается, что мягкие филлеры имеют более низкую вязкость и вязкостно-упругостные свойства и имеют тенденцию проникать в мягкие ткани. Твердые филлеры обладают более высокой вязкостью и вязкостно-упругостными свойствами и обеспечивают лифтинг при незначительной миграции продукта.

После инъекции филлеры подвергаются деформационным силам (сжатие, сдвиг, растяжение, скручивание при движении мышц, вес мягких тканей, давление на внешние поверхности (например, на подушку) и сила гравитации), которые влияют на форму, распределение, продолжительность и степень коррекции дефекта. Процесс сшивания, а именно такой параметр, как степень сшивки, сильно влияет на эти физические и реологические характеристики филлеров3.

Техники производства филлеров

Методы сшивок

Разные методы сшивки (кросс-связывание) молекул гиалуроновой кислоты используются для создания гиалуроновых филлеров с разными свойствами, что влияет на их эффективность, свойства, стойкость и текстуру, и, как следствие, на результаты процедур.

Наиболее распространенными сшивающими агентами являются 1,4-бутандиол диглицидиловый эфир (BDDE)4, 1, 2, 7, 8-диэпоксиоктан (DEO), диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGDE), бискарбодиимид (BCDI), дивинилсульфон (DVS)5.

1,4-бутандиол диглицидиловый эфир (BDDE)

Золотым стандартом сшивки ГК является сшивающий агент BDDE (1,4-бутандиол-диглицидиловый эфир), который образует прочные ковалентные связи с молекулами ГК. Он также является наиболее популярным и изученным с точки зрения токсичности и безопасности6. В среднем технология сшивки занимает от 5 до 7 дней. Меняя концентрацию ГК, сшивающего агента, получается препарат с теми реологическими свойствами, которые необходимы7.

BDDE был первым сшивающим агентом, который использовался в коммерчески доступном филлере на основе ГК. Этот филлер, Рестилайн, был представлен в Европе в 1996 году, одобрен FDA в 2003 году и используется до сих пор. Он обеспечивает стойкость и долгосрочный эффект, линейка филлеров отличается разной плотностью, что делает продукты универсальными в работе.

Филлеры на основе ГК, сшитые BDDE, представлены среди большинства брендов на рынке США, Китая, Европы8.

Другие бисепоксиды

Такие кросс-линкеры, как DEO и PEGDE, имеют сходные свойства с BDDE, поскольку их функциональные эпоксидные группы идентичны9.

Филлеры, сшитые PEGDE, были представлены в Европе в 2012 году в линейке Neauvia.

Сшитые DEO филлеры были представлены в Европе в 2005 году под названием Puragen, но не остались на рынке.

Бискарбодиимид (BCDI)

Сшивающему агенту BCDI уделяется ограниченное внимание в литературе10. Из-за химических особенностей его структуры (реакционный центр располагается на карбоксильных фрагментах ГК с образованием амидной связи) при производстве гелей ГК используется ограниченное количество этого сшивающего агента, чтобы не предотвратить ферментативную деградацию в случае нежелательного явления. Более того, известно, что связи ацилмочевины менее стабильны, чем эфирные связи, поэтому стабильность при хранении гелей, сшитых BCDI, слабее, чем у гелей, сшитых BDDE и DVS11.

Филлер, сшитый BCDI, Hydrelle (ранее называвшийся Elevess) был одобрен FDA в 2004 году, но не остался на рынке.

Дивинилсульфон (DVS)

Этот кросс-линкер применялся в филлерах Hylaform (ГК из петушиного гребня) и Captique и был представлен в США в 2004 году, но препараты ушли с рынка. Однако в последнее время вновь наблюдается интерес производителей к DVS в таких брендах филлеров, как J.Fill, Hyaldew (Южная Корея), Auralya (Италия).

DVS реагирует с ГК в водных щелочных растворах, образуя сульфонилдиэфирные сшивки между гидроксильными группами ГК. Такая структура обеспечивает гелю повышенную прочность, однако технология использования DVS в качестве сшивки ГК – более трудоемкий и затратный процесс.

В зависимости от условий реакции получают продукты различного вида: от мягких гелей до прочных пленок12.

Новые технологии сшивания

Разработка и тем более внедрение новых сшивающих технологий происходит медленно. Отчасти это связано с отсутствием данных о долгосрочной безопасности новых технологий, дорогостоящими исследованиями биосовместимости и стабильности, а также оценке по токсикологическим свойствам13.

Тем не менее швейцарские биохимики в своем обзоре различных кросс-линкеров выделили три общие стратегии в производстве филлеров.

  1. Прямое сшивание нативной ГК. Наиболее простой подход, используется в настоящее время.
  2. Модификация цепи ГК либо путем деацетилирования для высвобождения свободного амина, либо путем окисления для высвобождения диальдегидной функциональности, либо путем модификации линкером, несущим новые функциональные группы. Этот подход имеет значительные технологические преимущества, такие как сшивание в более мягких условиях или привнесение новых функциональных возможностей в сетку гидрогеля.
  3. Без сшивки с использованием метода конъюгации. Происходит сшивание двух образцов ГК, которые предварительно дериватизируются с разными группами и могут затем реагировать друг с другом в мягких условиях.

Эти стратегии сшивания ГК открывают путь к новым материалам-наполнителям ГК с заданными вязкоэластичными свойствами самовосстановления и повышенной адгезией к окружающим тканям, потенциально производимым с использованием более экологичного и безопасного сырья. Продолжительность клинического эффекта in vivo можно точно регулировать путем модификации ферментативного распознавания или путем добавления ингибиторов гиалуронидазы, встроенных в гели.

Для чего надо разрабатывать новые техники сшивания:

  1. Улучшение физико-химических и реологических свойств гидрогелевого филлера;
  2. Улучшение технологических аспектов, включая условия и скорость проведения реакции, растворимость сшивающего агента и условия очистки от него, причем последнее обязательно является трудоемким и дорогостоящим этапом процесса;
  3. Безопасность и отсутствие токсичности сшивающего агента и сшивающих остатков. Идеальный сшивающий агент должен придавать гелю заявленные свойства, быть полностью растворимым в воде, реагировать с ГК в мягких условиях, легко экстрагироваться из геля и метаболизироваться хорошо известными и нетоксичными путями.
Техники производства филлеров

Фазность

Каждый филлер описывается производителями для одного и того же показания без учета того, что реологические и физико-химические характеристики существенно различаются у разных марок филлеров, т. е. филлеры могут иметь одни и те же показания, но иметь разные реологические, физические и химические характеристики. Пример такого типа несходства существует между двумя большими семействами ГК-филлеров: «монофазными» и «двухфазными» (также известными как «когезионные» и «гранулярные»).

Монофазный филлер представляет собой гомогенную смесь сшитых цепей ГК с высокой или низкой молекулярной массой, а двухфазный содержит сетчатые частицы ГК, диспергированные в носителе (несшитая или очень слабосшитая ГК), которые действуют как жидкая матрица как гель для инъекций.

Эти два типа филлеров имеют разные способы производства, что приводит к разным реологическим и физическим характеристикам при одном и том же назначении. Как правило, монофазные филлеры имеют более низкую эластичность и более высокую вязкость, чем двухфазные филлеры. Неправильное использование этих типов филлеров может снизить качество конечного результата.

Гибридные филлеры

В последнее время появились так называемые гибридные филлеры, которые эффективны как для увлажнения и омоложения кожи, так и для создания объема в глубоких слоях.

Их особенность заключается в том, что помимо проведения сшивающих реакций, молекулы ГК связываются с различными биологически активными компонентами, например, витаминами, аминокислотами и пептидами. В строении молекул присутствуют функциональные группы –OH, –COOH, –NH2, –SH, что позволяет произвести их «прививку» к молекуле ГК за счет образования слабых водородных связей14.

Примером таких гибридных филлеров может служить новая технология производства (HACL-CTL) с улучшенными реологическими характеристиками и хитозаном, модифицированным лактозой, и сшитой гиалуроновой кислотой в качестве ингредиентов15.

Еще один биосовместимый и нетоксичный филлер с использованием гидрогелей вместо использования высокореактивных сшивающих агентов, таких как DVS и BDDE, был получен путем прямого образования амидной связи между карбоксильными группами ГК и гексаметилендиамином (HMDA) с оптимизированной модификацией карбоксильной группы. В пилотном исследовании эти гидрогели продемонстрировали лучший эффект увеличения тканей, сохраняя стабильность более 3 месяцев. Толщина дермы и плотность дермального коллагена у мышей с морщинами после лечения гидрогелями HA-HMDA в течение 12 недель были сопоставимы с таковыми у нормальных мышей16.

Выводы

  • Сшивающие агенты, используемые в настоящее время в коммерческих филлерах ГК, представляют собой лишь небольшую часть всего спектра доступных вариантов химического связывания цепей ГК. Частично это связано со сложной регуляторной процедурой, необходимой для вывода на рынок новых наполнителей, побуждающей производителей полагаться на материалы и процессы, которые хорошо известны.
  • Основными причинами использования сшивающих агентов, таких как BDDE, являются связанная с этим одностадийная реакция сшивания нативной ГК, которая не требует дополнительных химикатов и более чем одной стадии очистки, а также широкий спектр показаний к использованию продуктов, которые уже охватываются филлерами, изготовленными с использованием таких процессов, и имеют доказанную репутацию в области безопасности.
  • Внедрение новой стратегии производства сшитых гидрогелей ГК является одной из новых задач, с которыми сейчас сталкиваются производители филлеров, стремясь вывести на рынок новинку. Новые вязкоупругие свойства, более мягкие условия сшивания для получения качественной сшивки ГК, новые биомеханические или реологические свойства относятся к числу новых возможностей. Однако инновационные продукты требуют обширных исследований стабильности, биосовместимости, биодеградации и клинических исследований, продолжающихся несколько лет, чтобы соответствовать самым высоким стандартам.

Источники:

  1. Gold M.H. Use of Hyaluronic Acid Fillers for the Treatment of the Aging Face. Clin. Interv. Aging. 2007;2:369–376. doi: 10.2147/CIA.S1244
  2. Schiraldi C. In: Biotechnological Production and Application of Hyaluronan. Schiraldi C., la Gatta A., de Rosa M., editors. IntechOpen; Rijeka, Croatia: 2010. Chapter 20.
  3. Brown M.B., Jones S.A. Hyaluronic Acid: A Unique Topical Vehicle for the Localized Delivery of Drugs to the Skin. J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2005;19:308–318. doi: 10.1111/j.1468-3083.2004.01180.x
  4. Falcone S.J., Doerfler A.M., Berg R.A. Novel Synthetic Dermal Fillers Based on Sodium Carboxymethylcellulose: Comparison with Crosslinked Hyaluronic Acid-Based Dermal Fillers. Dermatol. Surg. 2007;33((Suppl. 2)):S136–S143. doi: 10.1097/00042728-200712001-00005.
  5. Zerbinati N., D’Este E., Farina A., Rauso R., Cherubino M., Calligaro A. Morphological Evidences Following Pegylated Filler Treatment in Human Skin. J. Biol. Regul. Homeost. Agents. 2017;31:79–85.
  6. De Boulle K., Glogau R., Kono T., Nathan M., Tezel A., Roca-Martinez J.-X., Paliwal S., Stroumpoulis D. A Review of the Metabolism of 1,4-Butanediol Diglycidyl Ether-Crosslinked Hyaluronic Acid Dermal Fillers. Dermatol. Surg. 2013;39:1758–1766. doi: 10.1111/dsu.12301.
  7. Fundarò SP, Salti G, Malgapo DMH, Innocenti S. The Rheology and Physicochemical Characteristics of Hyaluronic Acid Fillers: Their Clinical Implications. Int J Mol Sci. 2022 Sep 10;23(18):10518. doi: 10.3390/ijms231810518.
  8. Jimmy Faivre, Amos I. Pigweh, Julien Iehl, Pauline Maffert, Peter Goekjian & François Bourdon (2021) Crosslinking hyaluronic acid soft-tissue fillers: current status and perspectives from an industrial point of view, Expert Review of Medical Devices, 18:12, 1175-1187, DOI: 10.1080/17434440.2021.2014320
  9. Jeong CH, Kim DH, Yune JH, et al. In vitro toxicity assessment of crosslinking agents used in hyaluronic acid dermal filler. Toxicol in Vitro. 2021;70:105034.
  10. Gold MH. Soft tissue augmentation in dermatology - 2009 update. J Cutan Aesthet Surg. 2010;3(1):2–10.
  11. Zhong SP, Campoccia D, Doherty PJ, et al. Biodegradation of hyaluronic acid derivatives by hyaluronidase. Biomaterials. 1994;15(5):359–365.
  12. https://books.ifmo.ru/file/pdf/2702.pdf
  13. Trombino S, Servidio C, Curcio F, et al. Strategies for Hyaluronic Acid-Based Hydrogel Design in Drug Delivery. Pharmaceutics. 2019;11(8):407.
  14. https://books.ifmo.ru/file/pdf/2702.pdf
  15. Daminato E, Bianchini G, Causin V. New Directions in Aesthetic Medicine: A Novel and Hybrid Filler Based on Hyaluronic Acid and Lactose Modified Chitosan. Gels. 2022 May 23;8(5):326. doi: 10.3390/gels8050326.
  16. Yeom J, Bhang SH, Kim BS, Seo MS, Hwang EJ, Cho IH, Park JK, Hahn SK. Effect of cross-linking reagents for hyaluronic acid hydrogel dermal fillers on tissue augmentation and regeneration. Bioconjug Chem. 2010 Feb 17;21(2):240-7. doi: 10.1021/bc9002647. PMID: 20078098.

Комментарии

(0) комментариев
Войти чтобы оставить комментарий

Еще по теме

Обнаружили связанные с ожирением мутации
Антивозрастная терапия
Обнаружили связанные с ожирением мутации
Ученые из Кембриджского университета нашли девять участков ДНК, вариации в структуре которых влияли ...