Úvod
Kyselina hyaluronová (HA) je přirozeně se vyskytující polysacharid, který se často používá jako funkční složka v mnoha lokálních a podkožních ošetřeních proti stárnutí, jako jsou dermální výplně, které využívají jedinečných viskoelastických vlastností tohoto polymeru k účinnému zvětšení měkkých tkání. Při subkutánním podání HA vytváří elastickou síť uvnitř vrásek a rytmů a dodává pokožce plnější a plnější vzhled. Přirozeně se vyskytující HA má poločas rozpadu kratší než tři dny, takže zvýšení trvanlivosti polymeru je nezbytné pro vývoj výrobků s větší klinickou stálostí a přijatelnou dobou skladování. Zvýšení molekulové hmotnosti (MW) i stupně zesíťování polymeru je osvědčenou strategií pro zlepšení mechanické pevnosti a prodloužení doby rozkladu. Tyto vlastnosti však ovlivňují i další vlastnosti HA, jako je viskozita a viskoelasticita.
Pro úspěšné formulování HA je nezbytné pochopit vliv faktorů, jako je molekulová hmotnost, molekulová struktura, koncentrace a stupeň zesíťování, na reologické vlastnosti, jako je viskoelasticita, které přímo souvisejí s aspekty vlastností výrobku. Propojení strukturních charakteristik s výkonem výrobku prostřednictvím reologických vlastností podporuje inteligentní, rychlé a účinné formulování.
Následující studie ukazuje, jak lze k charakterizaci fyzikálních vlastností dermálních výplní z HA použít reologické měření a měření velikosti částic.

Experimentální
- Tři komerční dermální výplně HA byly hodnoceny pomocí rotační reometrie a laserové difrakce pro charakterizaci reologického chování a velikosti částic.
- Rotační reometrická měření byla provedena pomocí rotačního reometru Kinexus s Peltierovou deskovou kazetou a s použitím 40mm paralelního měřicího systému. Všechna reologická měření byla prováděna při teplotě 25 °C.
- Byla použita standardní sekvence zatěžování, aby bylo zajištěno, že oba vzorky byly podrobeny konzistentnímu a kontrolovatelnému protokolu zatěžování.
- Testování oscilací zahrnovalo testy s proměnnou amplitudou a proměnnou frekvencí. Testy s amplitudovým rozkmitem při frekvenci 1 Hz byly provedeny za účelem stanovení lineární viskoelastické oblasti (Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER) a kritické deformace. Následné zkoušky s frekvenčním rozptylem byly provedeny v rozmezí 0,1 - 10 Hz s použitím konstantní deformace v rámci Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER.
- Byla provedena měření ve smyku v ustáleném stavu, aby se ověřila závislost viskozity na smykové rychlosti (0,1 s-1 - 100 s-1), a také byla provedena zkouška s nárůstem napětí (0 Pa - 200 Pa za 100 s), aby se určila Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu plniv.
- Lepivost plniv byla hodnocena pomocí axiální zkoušky na reometru, která zahrnovala rychlou změnu mezery od 1 mm do 20 mm a záznam normálového silového profilu. Přilnavost byla korelována s maximální normálovou silou měřenou v newtonech.
- Měření velikosti částic gelu v dermálních výplních bylo provedeno pomocí přístroje Malvern Mastersizer 3000. Výplně byly dispergovány ve fyziologickém roztoku a byl stanoven medián velikosti částic a distribuce velikosti částic.
Výsledky a diskuse
Testování oscilací
Křivky modulu pružnosti v závislosti na smykové deformaci jsou znázorněny na obrázku 2. Všechny vzorky měly podobně velké oblasti Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER s kritickou deformaci představující počátek nelinearity v oblasti 20 %. Hodnoty modulu pružnosti naměřené v rámci Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER ukázaly, že vzorek A měl nejnižší tuhost pružnosti s hodnotou G' 150 Pa. Vzorek C byl ze všech tří vzorků nejpružnější s hodnotou G' 320 Pa a vzorek B měl hodnotu mezi oběma vzorky 220 Pa.
Křivky modulu pružnosti a fázového úhlu v závislosti na frekvenci kmitání jsou uvedeny na obrázku 3. Fázový úhel se u všech vzorků v celém frekvenčním rozsahu pohybuje kolem 10°, což naznačuje, že všechny vzorky jsou vysoce elastické gely. Hodnoty G' pro vzorky A, B a C při frekvenci 1 Hz jsou přibližně 150 Pa, 220 Pa a 320 Pa, což koresponduje s údaji amplitudového měření při stejné frekvenci. Mírný sklon G' s frekvencí naznačuje small množství strukturní RelaxacePokud na pryžovou směs působí konstantní deformace, síla potřebná k udržení této deformace není konstantní, ale s časem klesá; toto chování se nazývá relaxace napětí. Proces odpovědný za relaxaci napětí může být fyzikální nebo chemický a za normálních podmínek probíhají oba současně. relaxace, kdy se uložená elastická energie rozptyluje s rostoucím časem (klesající frekvencí), i když je relativně minimální.
Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují viskoelastické vlastnosti dermálních výplní HA, včetně koncentrace HA, molekulové hmotnosti a stupně zesíťování. Změnou těchto charakteristik lze upravit viskoelastické vlastnosti, zejména Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti G', pro konkrétní aplikaci. Gely s vysokým G' poskytují vyšší odolnost vůči deformaci a měly by být jako výplně účinnější, ale mohly by se hůře aplikovat a mohly by způsobovat větší bolest. Proto mohou být silné gely s vysokým G' vhodnější k použití pro hlubší nebo závažnější vrásky. Na druhou stranu slabší gely s nízkým G' mohou být vhodnější pro jemné nebo lehké vrásky nacházející se v oblasti rtů nebo slzných žlábků, které jsou citlivější, protože by při injekci způsobovaly menší bolest. Nižší modul může také lépe odpovídat vlastnostem místní tkáně. Ze tří testovaných vzorků HA lze na základě výsledků uvedených na obrázcích 2 a 3 říci, že vzorek A je nejslabší a nejměkčí gel a vzorek C je nejtužší a nejpevnější gel.


Zkouška ustáleným smykem a stanovení meze kluzu
Výsledky měření ustáleného smyku - smyková viskozita měřená jako funkce smykové rychlosti jsou uvedeny na obrázku 4. Viskozita výrazně klesá s rostoucí smykovou rychlostí, což naznačuje, že materiály jsou silně smykově řídké. Struktura plniv je také tak silná, že při nízké smykové rychlosti je viskozita velmi vysoká a s klesající smykovou rychlostí dále roste, což naznačuje Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu nebo chování podobné pevnému tělesu v klidu. To koresponduje s pozorováními z oscilačních zkoušek, které ukázaly vysoce elastickou gelovou strukturu. Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.Mez kluzu naznačuje, že materiál se pod kritickým napětím chová jako pevná látka, ale nad tímto kritickým napětím teče jako kapalina. Velikost meze kluzu by měla souviset se strukturní pevností, a tedy se stupněm zesíťování a koncentrací částic gelu, což by se mělo projevit v G'.
Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.Mez kluzu lze stanovit pomocí řady různých testů, avšak jedním z nejrychlejších a nejjednodušších způsobů odhadu meze kluzu je napěťová rampa, při níž se s rostoucím smykovým napětím kontinuálně měří okamžitá viskozita (nikoliv ustálený stav). Údaje z napěťové rampy pro tři vzorky HA jsou uvedeny na obrázku 5. Vrchol viskozity představuje bod kluzu a hodnota napětí, při které k němu dojde, je Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu. Vzorek A má nejnižší Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu (42 Pa) a vzorek C nejvyšší (55 Pa), přičemž vzorek B je o něco nižší než vzorek C (53 Pa). Jedná se o stejné pořadí, jaké bylo zjištěno při oscilační zkoušce, kdy vzorek C byl nejpevnější a vzorek A nejslabší ze všech tří gelů. Jelikož tyto gely mají tendenci existovat jako soubor kovalentně zesíťovaných gelových částic (na rozdíl od souvislé gelové sítě), pak je Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu spojena s napětím potřebným k "rozpojení" částic a jejich vzájemnému pohybu.


Zkoušky přilnavosti
Profily normálové síly v závislosti na čase při zvětšování mezery mezi deskou a deskou jsou znázorněny na obrázku 6. Hodnota normálové síly je záporná, protože vzorek táhne dolů na horní desku v důsledku adhezních/kohezních sil a při selhání klesá k nule; zbytková síla v dlouhých časech je způsobena hmotností zadržených vzorků na horní desce. Špičková normálová síla pro vzorky A, B a C je 0,35 N, 0,46 N, resp. 0,54 N, což opět koreluje s pořadím měření G' a Yield stress pro tyto tři vzorky. Vzorek C má tedy nejvyšší stupeň lepivosti nebo soudržnosti a vzorek A nejnižší.
Velikost částic
Velikost částic gelu je třeba kontrolovat, aby se snížila vytlačovací síla a s ní spojené vedlejší účinky, jako je bolest a krvácení při vstřikování gelů. Proto musí být gely konstruovány tak, aby procházely jehlami vhodnou rychlostí s požadovanou vytlačovací silou. Na obrázku 7 je znázorněna distribuce velikosti částic gelů jako kumulativní objemové procento. Medián velikosti (Dv50) vzorků A, B a C je 480 μm, 425 μm a 203 μm. Silné gely s vysokými hodnotami G' a meze kluzu musí mít velikost small částic, aby mohly být snadno vstřikovány jehlami. Vzorek C má nejmenší velikost částic, protože má nejvyšší hodnotu G' ze všech vzorků. Naopak vzorek A má největší velikost částic, protože má nejslabší gely ve vzorcích (lze jej snadno protáhnout jehlami). Výsledná velikost bude také souviset s mírou zesíťování a molekulovou hmotností, protože vysoce zesíťované polymery spojené s vyššími hodnotami G' budou hustší a kompaktnější.


Závěr
Byly charakterizovány a porovnány reologické vlastnosti a velikost částic tří komerčních dermálních výplní na bázi HA. Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. Modul pružnosti G' byl stanoven na základě oscilačního testování a tyto hodnoty korelovaly s tuhostí a pevností gelu (např. slabé nebo silné gely). Byla provedena měření ve smyku v ustáleném stavu, aby se ověřila závislost viskozity na rychlosti smyku, a byly provedeny testy napěťové rampy, aby se určila síla potřebná k porušení struktury gelu, tj. Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu. Lepivost plniv byla stanovena měřením normálového profilu síly při zvětšující se mezeře mezi deskou a deskou a korelována s údaji o oscilaci a mezích kluzu. Dále byla měřena velikost částic gelů, protože velikost ovlivňuje vytlačování, a bylo zjištěno, že koreluje také s reologickými údaji.
Závěrem lze říci, že reologické vlastnosti a velikost částic dermálních výplní na bázi HA jsou zásadními parametry, které určují výkonnost (např. snadné podávání, síla vytlačování, vstřikování, odolnost proti deformaci, snížení bolesti) a použití (např. jemné nebo hluboké vrásky, obličejové kon- tury) těchto výrobků.