Introduzione
L'acido ialuronico (HA) è un polisaccaride naturale spesso utilizzato come ingrediente funzionale in molti trattamenti anti-età topici e sottocutanei, come i filler dermici, che sfruttano le proprietà viscoelastiche uniche del polimero per un efficace aumento dei tessuti molli. Quando viene somministrato per via sottocutanea, l'HA costruisce una rete elastica all'interno delle rughe e delle rime per dare alla pelle un aspetto più tonico e pieno. L'HA presente in natura ha un'emivita inferiore a tre giorni, quindi aumentare la durata del polimero è essenziale per sviluppare prodotti con una maggiore persistenza clinica e una durata di conservazione accettabile. L'aumento del peso molecolare (MW) e del grado di reticolazione del polimero è una strategia comprovata per migliorare la resistenza meccanica e prolungare i tempi di degradazione. Tuttavia, queste caratteristiche influiscono anche su altre proprietà dell'HA, come la viscosità e la viscoelasticità.
Per formulare con successo l'HA, è essenziale comprendere l'impatto di fattori quali il peso molecolare, la struttura molecolare, la concentrazione e il grado di reticolazione sulle caratteristiche reologiche come la viscoelasticità, che sono direttamente collegate ad aspetti delle prestazioni del prodotto. Collegare le caratteristiche strutturali alle prestazioni del prodotto, attraverso le proprietà reologiche, supporta una formulazione intelligente, rapida ed efficace.
Lo studio seguente mostra come le misurazioni reologiche e granulometriche possano essere utilizzate per caratterizzare le proprietà fisiche dei filler dermici a base di HA.
Sperimentale
- Tre filler dermici HA commerciali sono stati valutati utilizzando la reometria rotazionale e la diffrazione laser per caratterizzare rispettivamente il comportamento reologico e la dimensione delle particelle.
- Le misure reometriche rotazionali sono state effettuate utilizzando un reometro rotazionale Kinexus con una cartuccia a piastra di Peltier e un sistema di misurazione a piastra parallela da 40 mm. Tutte le misure reologiche sono state eseguite a 25°C.
- È stata utilizzata una sequenza di caricamento standard per garantire che entrambi i campioni fossero sottoposti a un protocollo di caricamento coerente e controllabile.
- Le prove di oscillazione hanno incluso test ad ampiezza e frequenza variabile. Per determinare la Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.regione viscoelastica lineare (LVER) e la deformazione critica sono state eseguite prove di ampiezza a frequenza di 1 Hz. Le successive prove con sweep di frequenza sono state eseguite tra 0,1 e 10 Hz utilizzando una deformazione costante all'interno della Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER.
- Sono state effettuate misure di taglio allo stato stazionario per verificare la dipendenza della viscosità dalla velocità di taglio (0,1 s-1 - 100 s-1) ed è stato eseguito anche un test di rampa di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress (0 Pa - 200 Pa in 100 s) per determinare la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento delle cariche.
- L'adesività delle cariche è stata valutata mediante test assiali sul reometro, che prevedeva la variazione rapida della distanza da 1 mm a 20 mm e la registrazione del profilo della forza normale. Il tack è stato correlato al picco di forza normale misurato in Newton.
- Le misurazioni delle dimensioni delle particelle di gel nei filler dermici sono state effettuate con un Malvern Mastersizer 3000. I filler sono stati dispersi in una soluzione salina e sono state determinate le dimensioni mediane delle particelle e la loro distribuzione.
Risultati e discussione
Prove di oscillazione
Le curve del Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico in funzione della deformazione di taglio sono mostrate nella Figura 2. Tutti i campioni presentavano regioni Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER di dimensioni simili, con una deformazione critica che rappresentava l'inizio della non linearità nella regione del 20%. Tutti i campioni presentano regioni Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER di dimensioni simili, con una deformazione critica che rappresenta l'inizio della non linearità nella regione del 20%. I valori del Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico misurati all'interno della Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER hanno mostrato che il campione A aveva la rigidità elastica più bassa, con un valore di G' pari a 150 Pa. Il campione C è risultato il più elastico dei tre campioni con un valore G' di 320 Pa, mentre il campione B ha un valore intermedio di 220 Pa.
Le curve del Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico e dell'angolo di fase in funzione della frequenza di oscillazione sono illustrate nella Figura 3. L'angolo di fase per tutti i campioni nell'intera gamma di frequenze è di circa 10°, il che suggerisce che tutti i campioni sono gel altamente elastici. I valori di G' per i campioni A, B e C a 1Hz sono rispettivamente di circa 150Pa, 220Pa e 320Pa, in correlazione con i dati di sweep di ampiezza alla stessa frequenza. La leggera pendenza di G' con la frequenza suggerisce una small quantità di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento strutturale in cui l'energia elastica immagazzinata viene dissipata con l'aumentare del tempo (frequenze decrescenti), sebbene sia relativamente minima.
Sono molti i fattori che influenzano le proprietà viscoelastiche dei filler dermici a base di HA, tra cui la concentrazione di HA, il peso molecolare e il grado di reticolazione. Modificando queste caratteristiche, le proprietà viscoelastiche, in particolare il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico G', possono essere ottimizzate per un'applicazione specifica. I gel con G' elevato offrono una maggiore resistenza alla deformazione e dovrebbero essere più efficaci come riempitivi, ma potrebbero essere più difficili da iniettare e potrebbero provocare più dolore. Pertanto, i gel forti con G' elevato possono essere più adatti per le rughe più profonde o più gravi. D'altro canto, i gel più deboli con un G' basso potrebbero essere più indicati per le rughe sottili o leggere che si trovano nelle labbra o negli avvallamenti lacrimali, che sono più sensibili, perché provocherebbero meno dolore quando vengono iniettati. Il modulo più basso può anche adattarsi meglio alle proprietà del tessuto locale. Dei tre campioni di HA testati, si può affermare che il campione A è il gel più debole e morbido, mentre il campione C è il gel più rigido e forte, sulla base dei risultati presentati nelle Figure 2 e 3.
Test di taglio stazionario e determinazione della Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento
I risultati della misurazione del taglio a regime - viscosità di taglio misurata in funzione della velocità di taglio - sono mostrati nella Figura 4. La viscosità diminuisce significativamente con l'aumento della velocità di taglio, indicando che i materiali sono altamente diluiti al taglio. La viscosità diminuisce significativamente con l'aumento della velocità di taglio, indicando che i materiali sono altamente diluibili al taglio. Inoltre, la struttura delle cariche è così forte che a una bassa velocità di taglio la viscosità è molto alta e continua ad aumentare con la diminuzione della velocità di taglio, suggerendo uno snervamento o un comportamento simile a quello di un solido a riposo. Ciò corrisponde alle osservazioni dei test di oscillazione, che hanno mostrato una struttura altamente elastica simile a un gel. Una Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento indica che il materiale si comporta come un solido al di sotto della tensione critica, ma fluisce come un liquido al di sopra di questa tensione critica. L'entità della Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento dovrebbe essere correlata alla forza strutturale e quindi al grado di reticolazione e concentrazione delle particelle di gel, che si riflette in G'.
La Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento può essere determinata utilizzando diversi test, tuttavia una rampa di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress è uno dei metodi più rapidi e semplici per stimare la tensione di snervamento, in cui la viscosità istantanea (non allo stato stazionario) viene misurata in modo continuo con l'aumento dello sforzo di taglio. I dati della rampa di sollecitazione per i tre campioni di HA sono mostrati nella Figura 5. Il picco di viscosità rappresenta il punto in cui la viscosità è aumentata. Il picco di viscosità rappresenta il punto di snervamento e il valore di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress al quale si verifica è Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.lo stress di snervamento. Il campione A presenta la sollecitazione di snervamento più bassa (42 Pa) e il campione C la più alta (55 Pa), con il campione B leggermente inferiore al C (53 Pa). Questo è lo stesso ordine osservato nelle prove di oscillazione, con il campione C più forte e il campione A più debole dei tre gel. Poiché questi gel tendono a esistere come un insieme di particelle di gel reticolate in modo covalente (al contrario di una rete di gel continua), la tensione di snervamento è associata alla tensione necessaria per "disincastrare" le particelle e consentire loro di spostarsi l'una dall'altra.
Test di tack
La Figura 6 mostra i profili della forza normale in funzione del tempo all'aumentare della distanza tra piastra e piastra. Il valore della forza normale è negativo perché il campione tira verso il basso sulla piastra superiore a causa delle forze adesive/coesive e decade verso lo zero al momento del cedimento; la forza residua a lungo termine è dovuta al peso dei campioni trattenuti sulla piastra superiore. La forza normale di picco per i campioni A, B e C è rispettivamente di 0,35 N, 0,46 N e 0,54 N, che sono ancora una volta correlati con l'ordine delle misure di G' e dello Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento per i tre campioni. Pertanto, il campione C presenta il più alto grado di adesività o coesività e il campione A il più basso.
Dimensione delle particelle
La dimensione delle particelle di gel deve essere controllata per ridurre la forza di estrusione e gli effetti collaterali associati, come dolore e sanguinamento, quando il gel viene iniettato. Pertanto, i gel devono essere progettati per passare attraverso gli aghi alla velocità appropriata con la forza di estrusione desiderata. Nella Figura 7, la distribuzione granulometrica dei gel è mostrata come percentuale di volume cumulativo. La dimensione mediana (Dv50) dei campioni A, B e C è di 480 μm, 425 μm e 203 μm. I gel forti con valori elevati di G' e di tensione di snervamento devono essere dimensionati in small particelle da iniettare facilmente attraverso gli aghi. Il campione C ha la dimensione smallest delle particelle perché ha il valore G' più alto tra i campioni. D'altra parte, il campione A ha la largedimensione delle particelle perché è il gel più debole dei campioni (può essere facilmente passato attraverso gli aghi). La dimensione risultante sarà anche correlata al grado di reticolazione e al peso molecolare, poiché i polimeri altamente reticolati, associati a valori più elevati di G', saranno più densi e compatti.
Conclusione
Sono state caratterizzate e confrontate le proprietà reologiche e le dimensioni delle particelle di tre riempitivi dermici commerciali a base di HA. Il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico G' è stato determinato mediante test di oscillazione e tali valori sono stati correlati alla rigidità e alla resistenza del gel (ad esempio, gel deboli o forti). Sono state effettuate misure di taglio allo stato stazionario per verificare la dipendenza della viscosità dalla velocità di taglio e sono stati eseguiti test di rampa di sollecitazione per determinare la forza necessaria per rompere la struttura del gel, cioè la tensione di snervamento. L'appiccicosità dei riempitivi è stata determinata misurando il profilo della forza normale quando la distanza tra le piastre aumentava e correlata all'oscillazione e ai dati relativi allo Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento. Inoltre, è stata misurata la dimensione delle particelle del gel, poiché la dimensione influisce sull'estrusione, e anche questa è risultata correlata ai dati reologici.
In conclusione, le proprietà reologiche e le dimensioni delle particelle dei filler dermici a base di HA sono parametri essenziali per determinare le prestazioni (ad esempio, facilità di somministrazione, forza di estrusione, iniezione, resistenza alla deformazione, riduzione del dolore) e l'applicazione (ad esempio, rughe sottili o profonde, trattamento del viso) di questi prodotti.