تقييم الخواص الانسيابية لحمض الهيالورونيك الهلاميات المائية لتطبيقات الحشو الجلدي

مقدمة

حمض الهيالورونيك (HA) هو عديد السكاريد الموجود طبيعياً والذي يستخدم بشكل متكرر كمكون وظيفي في العديد من العلاجات الموضعية وتحت الجلد لمكافحة الشيخوخة مثل الحشوات الجلدية، والتي تستغل خصائص اللزوجة المرنة الفريدة للبوليمر لتكبير الأنسجة الرخوة بشكل فعال. عندما يتم إعطاؤه تحت الجلد، يقوم HA ببناء شبكة مرنة داخل التجاعيد والتجاعيد لإعطاء البشرة مظهراً أكثر امتلاءً وامتلاءً. يبلغ نصف عمر HA الطبيعي أقل من ثلاثة أيام، لذا فإن زيادة متانة البوليمر أمر ضروري لتطوير منتجات ذات ثبات سريري أكبر وعمر تخزين مقبول. تعد زيادة كل من الوزن الجزيئي (MW) ودرجة الارتباط المتقاطع للبوليمر استراتيجية مثبتة لتحسين القوة الميكانيكية وإطالة أوقات التحلل. ومع ذلك، فإن هذه الخصائص تؤثر أيضًا على الخصائص الأخرى ل HA مثل اللزوجة ومرونة اللزوجة.

وللتركيب الناجح باستخدام HA، من الضروري فهم تأثير عوامل مثل الوزن الجزيئي والتركيب الجزيئي والتركيز ودرجة التشابك على الخصائص الانسيابية مثل اللزوجة المرنة، والتي ترتبط مباشرةً بجوانب أداء المنتج. إن ربط الخصائص الهيكلية بأداء المنتج، من خلال الخصائص الانسيابية، يدعم التركيب الذكي والسريع والفعال.

توضح الدراسة التالية كيف يمكن استخدام قياسات الريولوجيا وحجم الجسيمات لتوصيف الخصائص الفيزيائية لحشوات HA الجلدية.

تجريبي

• تم تقييم ثلاثة حشوات جلدية تجارية من HA باستخدام قياس الانسيابية الدورانية والحيود الليزري لتوصيف السلوك الانسيابي وحجم الجسيمات على التوالي.
• أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع خرطوشة صفيحة بلتيير وباستخدام نظام قياس صفيحة متوازية 40 مم. تم إجراء جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.
• تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع كلتا العينتين لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
• تضمن اختبار التذبذب اختبارات السعة المتغيرة والتردد المتغير. تم إجراء اختبارات اكتساح السعة بتردد 1 هرتز لتحديد منطقة اللزوجة المرنة الخطية (LVER) والإجهاد الحرج. تم إجراء اختبارات اكتساح التردد اللاحقة بين 0.1 - 10 هرتز باستخدام إجهاد ثابت داخل منطقة اللزوجة المرنة الخطية.
• تم إجراء قياسات القص في الحالة الثابتة للتحقق من اعتماد اللزوجة على معدل القص (0.1 ^ث-1 - 100 ^ث-1) كما تم إجراء اختبار منحدر الإجهاد (0 باسكال - 200 باسكال في 100 ثانية) لتحديد إجهاد الخضوع للحشوات.
• تم تقييم قابلية الحشو باستخدام الاختبار المحوري على مقياس الانسيابية الذي تضمن تغيير الفجوة بسرعة من 1 مم إلى 20 مم وتسجيل ملف القوة العادية. تم الربط بين الالتصاق وذروة القوة العادية المقاسة بالنيوتن.
• تم إجراء قياسات حجم الجسيمات لجزيئات الهلام في الحشوات الجلدية باستخدام جهاز Malvern Mastersizer 3000. تم تشتيت الحشوات في محلول ملحي وتحديد متوسط حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات.

النتائج والمناقشة

اختبار التذبذب

يوضح الشكل 2 منحنيات معامل المرونة كدالة لإجهاد القص. تحتوي جميع العينات على مناطق LVER متشابهة في الحجم مع وجود إجهاد حرج يمثل بداية عدم الخطية في منطقة 20%. أظهرت قيم المعامل المرن التي تم قياسها داخل منطقة LVER أن العينة A كانت أقل صلابة مرنة حيث بلغت قيمة G '150 باسكال. كانت العينة C هي الأكثر صلابة مرونة من بين العينات الثلاث بقيمة G '320 باسكال مع وجود قيمة بين العينة B بقيمة 220 باسكال.

يوضح الشكل 3 منحنيات المعامل المرن وزاوية الطور كدالة لتردد التذبذب. وتبلغ زاوية الطور لجميع العينات عبر نطاق التردد بأكمله حوالي 10 درجات مما يشير إلى أن جميع العينات عبارة عن مواد هلامية عالية المرونة. وتبلغ قيم G 'للعينات A وB وC عند تردد 1 هرتز حوالي 150 باسكال و220 باسكال و320 باسكال على التوالي، والتي ترتبط ببيانات مسح السعة عند نفس التردد. يشير الانحدار الطفيف في G' مع التردد إلى وجود قدر ضئيل من الاسترخاء الهيكلي حيث تتبدد الطاقة المرنة المخزنة مع زيادة الوقت (انخفاض الترددات) على الرغم من أن هذا ضئيل نسبيًا.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الخصائص اللزوجة المرنة لحشوات HA الجلدية بما في ذلك تركيز HA والوزن الجزيئي ودرجة التشابك. ومن خلال تغيير هذه الخصائص، يمكن تصميم خصائص اللزوجة المرنة، وخاصةً معامل المرونة G '، من أجل تطبيق معين. تعطي المواد الهلامية ذات G' العالية مقاومة أعلى للتشوه وينبغي أن تكون أكثر فعالية كمواد مالئة ولكن قد يكون من الصعب حقنها وقد تسبب المزيد من الألم. ولذلك، قد تكون المواد الهلامية القوية ذات الجاذبية العالية أكثر ملاءمة للاستخدام في التجاعيد العميقة أو الأكثر خطورة. من ناحية أخرى، قد تكون المواد الهلامية الأضعف ذات G' المنخفضة أفضل للتجاعيد الدقيقة أو الخفيفة الموجودة في الشفاه أو أحواض الدموع، والتي تكون أكثر حساسية، لأنها قد تسبب ألماً أقل عند الحقن. كما أن المعامل المنخفض قد يتطابق بشكل أفضل مع خصائص الأنسجة المحلية. من بين عينات HA الثلاث التي تم اختبارها، يمكن القول أن العينة A هي أضعف وأنعم هلام والعينة C هي أكثر الهلام صلابة وقوة بناءً على النتائج المعروضة في الشكلين 2 و3.

اختبار القص المستقر وتحديد إجهاد الخضوع

تظهر في الشكل 4 نتائج قياس القص في الحالة المستقرة - لزوجة القص المقاسة كدالة لمعدل القص. تتناقص اللزوجة بشكل ملحوظ مع زيادة معدل القص مما يشير إلى أن المواد شديدة الترقق بالقص. كما أن بنية الحشوات قوية جدًا لدرجة أن اللزوجة تكون عالية جدًا عند معدل القص المنخفض وتستمر في الارتفاع مع انخفاض معدل القص مما يشير إلى إجهاد الخضوع أو سلوك يشبه السلوك الصلب عند السكون. يتوافق هذا مع الملاحظات من اختبار التذبذب الذي أظهر بنية شديدة المرونة تشبه الهلام. يشير إجهاد الخضوع إلى أن المادة تتصرف مثل المادة الصلبة تحت الإجهاد الحرج ولكنها تتدفق مثل السائل فوق هذا الإجهاد الحرج. يجب أن يرتبط مقدار إجهاد الخضوع بالقوة الهيكلية ومن ثم درجة الارتباط المتقاطع وتركيز جزيئات الهلام، وهو ما يجب أن ينعكس في G'.

يمكن تحديد إجهاد الخضوع باستخدام عدد من الاختبارات المختلفة، ومع ذلك، فإن منحدر الإجهاد هو أحد أسرع الطرق وأسهلها لتقدير إجهاد الخضوع، حيث يتم قياس اللزوجة اللحظية (وليس الحالة المستقرة) بشكل مستمر مع زيادة إجهاد القص. تظهر بيانات منحدر الإجهاد لعينات HA الثلاث في الشكل 5. وتمثل الذروة في اللزوجة نقطة الخضوع وقيمة الإجهاد التي يحدث عندها هي إجهاد الخضوع. تتميز العينة A بأقل إجهاد خضوع (42 باسكال) والعينة C بأعلى إجهاد (55 باسكال) والعينة B أقل قليلًا من C (53 باسكال). وهذا هو نفس الترتيب الذي لوحظ في اختبار التذبذب حيث كانت العينة C هي الأقوى والعينة A هي الأضعف بين المواد الهلامية الثلاثة. نظرًا لأن هذه المواد الهلامية تميل إلى الوجود كمجموعة من جزيئات الهلام المترابطة تساهميًا (على عكس شبكة الهلام المستمرة)، فإن إجهاد الخضوع يرتبط بالإجهاد المطلوب "لفك تشابك" الجزيئات والسماح لها بالتحرك فيما بينها.

اختبار الشد

يوضح الشكل 6 ملامح القوة العمودية كدالة للزمن مع زيادة الفجوة بين اللوح واللوح. تكون قيمة القوة العمودية سالبة لأن العينة تسحب لأسفل على الصفيحة العلوية بسبب قوى اللصق/الالتصاق وتتراجع نحو الصفر عند الفشل؛ وترجع القوة المتبقية في الأوقات الطويلة إلى وزن العينات المحتجزة على الصفيحة العلوية. وتبلغ ذروة القوة العمودية للعينات A وB وC 0.35 نيوتن و0.46 نيوتن و0.54 نيوتن على التوالي، والتي ترتبط مرة أخرى بترتيب G' وقياسات إجهاد العائد للعينات الثلاث. وبالتالي، تتمتع العينة C بأعلى درجة من الالتصاق أو التماسك والعينة A بأقل درجة.

حجم الجسيمات

يجب التحكم في حجم جزيئات الهلام من أجل تقليل قوة البثق والآثار الجانبية المرتبطة بها مثل الألم والنزيف عند حقن المواد الهلامية. لذلك، يجب تصميم المواد الهلامية لتمر عبر الإبر بالمعدل المناسب مع قوة البثق المطلوبة. في الشكل 7، يظهر توزيع حجم جسيمات المواد الهلامية كنسبة مئوية تراكمية للحجم. يبلغ متوسط الحجم (Dv50) للعينات A وB وC 480 ميكرومتر و425 ميكرومتر و203 ميكرومتر. يجب تحجيم المواد الهلامية القوية ذات قيم G' العالية وإجهاد الخضوع إلى جسيمات صغيرة الحجم ليتم حقنها بسهولة من خلال الإبر. تحتوي العينة C على أصغر حجم جسيمات لأن لها أعلى قيمة G' في العينات. من ناحية أخرى، تحتوي العينة A على أكبر حجم للجسيمات لأنها أضعف المواد الهلامية في العينات (يمكن تمريرها بسهولة عبر الإبر). ويرتبط الحجم الناتج أيضًا بمدى الارتباط المتقاطع والوزن الجزيئي لأن البوليمرات عالية الارتباط المتقاطع المرتبطة بقيم أعلى من G' ستكون أكثر كثافة وضغطًا.

الخاتمة

تم توصيف ومقارنة الخواص الانسيابية وحجم الجسيمات لثلاثة حشوات جلدية تجارية تعتمد على HA. تم تحديد المعامل المرن G' من اختبار التذبذب وارتبطت هذه القيم بصلابة الهلام وقوته (على سبيل المثال، الهلام الضعيف أو الهلام القوي). أُجريت قياسات القص في الحالة الثابتة للتحقق من اعتماد اللزوجة على معدل القص، كما أُجريت اختبارات منحدر الإجهاد لتحديد القوة المطلوبة لتحطيم بنية الهلام، أي إجهاد الخضوع. تم تحديد مدى لزوجة المواد المالئة من خلال قياس ملف القوة العادية عند زيادة الفجوة بين اللوح واللوح وربطها مع بيانات التذبذب وإجهاد الخضوع. وعلاوة على ذلك، تم قياس حجم جسيمات المواد الهلامية لأن الحجم يؤثر على البثق ووجد أن هذا يرتبط بالبيانات الريولوجية أيضًا.

في الختام، تعتبر الخصائص الريولوجية وحجم الجسيمات للحشوات الجلدية القائمة على HA معلمات أساسية لتحديد الأداء (على سبيل المثال، سهولة التوصيل، قوة البثق، الحقن، مقاومة التشوه، تقليل الألم) والتطبيق (على سبيل المثال، التجاعيد الدقيقة أو العميقة، التجول في الوجه) لهذه المنتجات.