Introducción
El ácido hialurónico (AH) es un polisacárido natural que se utiliza con frecuencia como ingrediente funcional en muchos tratamientos antienvejecimiento tópicos y subcutáneos, como los rellenos dérmicos, que aprovechan las propiedades viscoelásticas únicas del polímero para aumentar eficazmente el tejido blando. Cuando se administra por vía subcutánea, el AH crea una red elástica dentro de las arrugas y las rugosidades para dar a la piel un aspecto más terso y relleno. El AH natural tiene una vida media inferior a tres días, por lo que aumentar la durabilidad del polímero es esencial para desarrollar productos con mayor persistencia clínica y una vida útil aceptable. Aumentar tanto el peso molecular (MW) como el grado de reticulación del polímero es una estrategia probada para mejorar la resistencia mecánica y ampliar los tiempos de degradación. Sin embargo, estas características también afectan a otras propiedades del AH, como la viscosidad y la viscoelasticidad.
Para formular con éxito con AH, es esencial comprender el impacto de factores como el peso molecular, la estructura molecular, la concentración y el grado de reticulación en características reológicas como la viscoelasticidad, que están directamente relacionadas con aspectos del rendimiento del producto. La vinculación de las características estructurales con el rendimiento del producto, a través de las propiedades reológicas, favorece una formulación inteligente, rápida y eficaz.
El siguiente estudio muestra cómo pueden utilizarse las mediciones reológicas y del tamaño de las partículas para caracterizar las propiedades físicas de los rellenos dérmicos de HA.
Experimental
- Se evaluaron tres rellenos dérmicos de HA comerciales mediante reometría rotacional y difracción láser para caracterizar el comportamiento reológico y el tamaño de las partículas, respectivamente.
- Las mediciones de reometría rotacional se realizaron utilizando un reómetro rotacional Kinexus con un cartucho de placa Peltier y utilizando un sistema de medición de placa paralela de 40 mm. Todas las mediciones reológicas se realizaron a 25°C.
- Se utilizó una secuencia de carga estándar para garantizar que ambas muestras se sometían a un protocolo de carga coherente y controlable.
- Las pruebas de oscilación incluyeron pruebas de amplitud variable y frecuencia variable. Se realizaron pruebas de barrido de amplitud a una frecuencia de 1 Hz para determinar la región viscoelástica lineal (Región Viscoelástica Lineal (LVER)In the LVER, applied stresses are insufficient to cause structural breakdown (yielding) of the structure and hence important micro-structural properties are being measured.LVER) y la deformación crítica. Los ensayos de barrido de frecuencia subsiguientes se realizaron entre 0,1 y 10 Hz utilizando una deformación constante dentro de la Región Viscoelástica Lineal (LVER)In the LVER, applied stresses are insufficient to cause structural breakdown (yielding) of the structure and hence important micro-structural properties are being measured.LVER.
- Se realizaron mediciones de cizallamiento en estado estacionario para comprobar la dependencia de la viscosidad de la velocidad de cizallamiento (0,1 s-1 - 100 s-1) y también se realizó una prueba de rampa de tensión (0 Pa - 200 Pa en 100 s) para determinar el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico de los rellenos.
- La PegajosidadLa adherencia describe la interacción entre 2 capas de materiales idénticos (autohesión) o diferentes (cohesión) en términos de pegajosidad superficial.pegajosidad de los rellenos se evaluó mediante pruebas axiales en el reómetro, que consistían en cambiar rápidamente la separación de 1 mm a 20 mm y registrar el perfil de fuerza normal. La PegajosidadLa adherencia describe la interacción entre 2 capas de materiales idénticos (autohesión) o diferentes (cohesión) en términos de pegajosidad superficial.pegajosidad se correlacionó con la fuerza normal máxima medida en newtons.
- Las mediciones del tamaño de las partículas de gel de los rellenos dérmicos se realizaron con un Malvern Mastersizer 3000. Los rellenos se dispersaron en solución salina y se determinó el tamaño medio de las partículas y su distribución.
Resultados y debate
Pruebas de oscilación
En la figura 2 se muestran las curvas del Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico en función de la deformación por cizallamiento. Todas las muestras presentaban regiones LVER de tamaño similar, con una deformación crítica que representaba el inicio de la no linealidad en la región del 20%. Los valores del Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico medidos dentro del LVER mostraron que la muestra A tenía la rigidez elástica más baja, con un valor de G' de 150 Pa. La muestra C era la más rígida elásticamente de las tres muestras, con un valor de G' de 320 Pa, mientras que la muestra B tenía un valor intermedio de 220 Pa.
En la figura 3 se muestran las curvas del Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico y del ángulo de fase en función de la frecuencia de oscilación. El ángulo de fase de todas las muestras en toda la gama de frecuencias es de unos 10°, lo que sugiere que todas las muestras son geles muy elásticos. Los valores de G' para las muestras A, B y C a 1 Hz son de aproximadamente 150 Pa, 220 Pa y 320 Pa, respectivamente, que se correlacionan con los datos de barrido de amplitud a la misma frecuencia. La ligera pendiente en G' con la frecuencia sugiere una small cantidad de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación estructural donde la energía elástica almacenada se disipa con el aumento del tiempo (frecuencias decrecientes) aunque esto es relativamente mínimo.
Hay muchos factores que afectan a las propiedades viscoelásticas de los rellenos dérmicos de AH, como la concentración de AH, el peso molecular y el grado de reticulación. Cambiando estas características, las propiedades viscoelásticas, especialmente el Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico G', pueden diseñarse para una aplicación específica. Los geles con un alto módulo G' ofrecen una mayor resistencia a la deformación y deberían ser más eficaces como rellenos, pero podrían ser más difíciles de inyectar y provocar más dolor. Por lo tanto, los geles fuertes con un G' alto pueden ser más adecuados para las arrugas más profundas o graves. Por otro lado, los geles más débiles con G' bajo pueden ser mejores para las arrugas finas o ligeras de los labios o los surcos lagrimales, que son más sensibles, porque causarían menos dolor al inyectarlos. El módulo más bajo también puede ajustarse mejor a las propiedades del tejido local. De las tres muestras de AH probadas, puede decirse que la muestra A es el gel más débil y blando y la muestra C es el gel más rígido y fuerte, basándose en los resultados presentados en las Figuras 2 y 3.
Pruebas de cizallamiento estacionario y determinación del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico
En la figura 4 se muestran los resultados de la medición del cizallamiento en estado estacionario: viscosidad de cizallamiento medida en función de la velocidad de cizallamiento. La viscosidad disminuye significativamente con el aumento de la velocidad de cizallamiento, lo que indica que los materiales presentan un elevado Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento. Además, la estructura de los rellenos es tan fuerte que, a una velocidad de cizallamiento baja, la viscosidad es muy alta y sigue aumentando a medida que disminuye la velocidad de cizallamiento, lo que sugiere un Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico o un comportamiento similar al de los sólidos en reposo. Esto se corresponde con las observaciones de las pruebas de oscilación, que mostraron una estructura gelatinosa muy elástica. Un Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico indica que el material se comportará como un sólido por debajo de la tensión crítica, pero fluirá como un líquido por encima de esta tensión crítica. La magnitud del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico debería estar relacionada con la resistencia estructural y, por tanto, con el grado de reticulación y concentración de las partículas de gel, que debería reflejarse en G'.
El Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico puede determinarse mediante diferentes pruebas, pero la rampa de tensión es una de las formas más rápidas y sencillas de estimar el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, en la que la viscosidad instantánea (no en estado estacionario) se mide continuamente con una tensión de cizallamiento creciente. En la figura 5 se muestran los datos de la rampa de tensión de las tres muestras de HA. El pico de viscosidad representa el punto de fluencia y el valor de tensión al que se produce es el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. La muestra A tiene el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico más bajo (42 Pa), la muestra C el más alto (55 Pa) y la muestra B es ligeramente inferior a la C (53 Pa). Este es el mismo orden observado en las pruebas de oscilación, siendo la muestra C la más resistente y la muestra A la más débil de los tres geles. Dado que estos geles tienden a existir como una colección de partículas de gel covalentemente reticuladas (en contraposición a una red de gel continua), el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico se asocia con la tensión necesaria para "desatascar" las partículas y permitir que se muevan entre sí.
Pruebas de tracción
En la figura 6 se muestran los perfiles de fuerza normal en función del tiempo a medida que aumenta la separación entre la placa y el plato. El valor de la fuerza normal es negativo porque la muestra está tirando hacia abajo de la placa superior debido a las fuerzas adhesivas/cohesivas y decae hacia cero en el momento del fallo; la fuerza residual en tiempos largos se debe al peso de las muestras retenidas en la placa superior. El pico de fuerza normal para las muestras A, B y C es de 0,35 N, 0,46 N y 0,54 N, respectivamente, que de nuevo se correlacionan con el orden de las mediciones de G' y de la Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.tensión de fluencia para las tres muestras. Por lo tanto, la muestra C tiene el mayor grado de adherencia o cohesividad y la muestra A el menor.
Tamaño de las partículas
El tamaño de las partículas del gel debe controlarse para reducir la fuerza de extrusión y los efectos secundarios asociados, como el dolor y la hemorragia, cuando se inyectan los geles. Por lo tanto, es necesario diseñar los geles para que pasen a través de las agujas a la velocidad adecuada con la fuerza de extrusión deseada. En la figura 7, se muestra la distribución del tamaño de las partículas de los geles como porcentaje de volumen acumulado. El tamaño medio (Dv50) de las muestras A, B y C es de 480 μm, 425 μm y 203 μm. Los geles fuertes con valores altos de G' y límite elástico necesitan tener un tamaño de small partículas para poder inyectarse fácilmente a través de las agujas. La muestra C tiene el tamaño de partícula más pequeño porque tiene el valor G' más alto de las muestras. Por otro lado, la muestra A tiene el mayor tamaño de partícula por ser el gel más débil de las muestras (puede pasar fácilmente a través de las agujas). El tamaño resultante también estará relacionado con el grado de reticulación y el peso molecular, ya que los polímeros muy reticulados asociados a valores más altos de G' serán más densos y compactos.
Conclusión
Se caracterizaron y compararon las propiedades reológicas y el tamaño de las partículas de tres rellenos dérmicos comerciales a base de AH. El Módulo elásticoEl módulo complejo (componente elástico), módulo de almacenamiento o G', es la parte "real" del módulo complejo global de la muestra. Este componente elástico indica la respuesta sólida, o en fase, de la muestra que se está midiendo. módulo elástico G' se determinó a partir de ensayos de oscilación y esos valores se correlacionaron con la rigidez y la resistencia del gel (por ejemplo, geles débiles o geles fuertes). Se realizaron mediciones de cizallamiento en estado estacionario para comprobar la dependencia de la viscosidad de la velocidad de cizallamiento y pruebas de rampa de tensión para determinar la fuerza necesaria para romper la estructura del gel, es decir, el límite elástico. La PegajosidadLa adherencia describe la interacción entre 2 capas de materiales idénticos (autohesión) o diferentes (cohesión) en términos de pegajosidad superficial.pegajosidad de los rellenos se determinó midiendo el perfil de fuerza normal cuando aumentaba la separación placa-placa y se correlacionó con los datos de oscilación y de límite elástico. Además, se midió el tamaño de las partículas de los geles, ya que el tamaño afecta a la extrusión, y se comprobó que también se correlacionaba con los datos reológicos.
En conclusión, las propiedades reológicas y el tamaño de las partículas de los rellenos dérmicos a base de AH son parámetros esenciales para determinar el rendimiento (por ejemplo, facilidad de administración, fuerza de extrusión, inyección, resistencia a la deformación, reducción del dolor) y la aplicación (por ejemplo, arrugas finas o profundas, con- trol facial) de estos productos.