Avaliação das propriedades reológicas dos hidrogéis de ácido hialurônico para aplicações de preenchimento dérmico

Introdução

O ácido hialurônico (HA) é um polissacarídeo natural frequentemente usado como ingrediente funcional em muitos tratamentos antienvelhecimento tópicos e subcutâneos, como os preenchedores dérmicos, que exploram as propriedades viscoelásticas exclusivas do polímero para um aumento eficaz dos tecidos moles. Quando administrado por via subcutânea, o HA constrói uma rede elástica dentro das rugas e das rítides para dar à pele uma aparência mais volumosa e cheia. O HA de ocorrência natural tem uma meia-vida de menos de três dias, portanto, aumentar a durabilidade do polímero é essencial para desenvolver produtos com maior persistência clínica e um prazo de validade aceitável. O aumento do peso molecular (MW) e do grau de ligação cruzada do polímero é uma estratégia comprovada para melhorar a resistência mecânica e estender os tempos de degradação. Entretanto, essas características também afetam outras propriedades do AH, como a viscosidade e a viscoelasticidade.

Para formular com sucesso com HA, é essencial entender o impacto de fatores como peso molecular, estrutura molecular, concentração e grau de reticulação sobre as características reológicas, como a viscoelasticidade, que estão diretamente ligadas a aspectos do desempenho do produto. A vinculação das características estruturais ao desempenho do produto, por meio das propriedades reológicas, dá suporte a uma formulação inteligente, rápida e eficaz.

O estudo a seguir mostra como a reologia e as medições de tamanho de partícula podem ser usadas para caracterizar as propriedades físicas dos preenchedores dérmicos de HA.

Experimental

• Três preenchedores dérmicos comerciais de HA foram avaliados por meio de reometria rotacional e difração a laser para caracterização do comportamento reológico e do tamanho das partículas, respectivamente.
• As medições do reômetro rotacional foram feitas usando um reômetro rotacional Kinexus com um cartucho de placa Peltier e usando um sistema de medição de placa paralela de 40 mm. Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C.
• Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que ambas as amostras fossem submetidas a um protocolo de carregamento consistente e controlável.
• Os testes de oscilação incluíram testes de amplitude variável e de frequência variável. Testes de varredura de amplitude em uma frequência de 1 Hz foram realizados para determinar a Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.região viscoelástica linear (LVER) e a deformação crítica. Os testes de varredura de frequência subsequentes foram realizados entre 0,1 e 10 Hz usando uma EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão constante dentro da Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER.
• Foram feitas medições de cisalhamento em estado estacionário para verificar a dependência da viscosidade em relação à taxa de cisalhamento (0,1 ^s-1 - 100 ^s-1) e também foi realizado um teste de rampa de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão (0 Pa - 200 Pa em 100 s) para determinar a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de rendimento dos enchimentos.
• A TackinessA aderência descreve a interação entre duas camadas de materiais idênticos (autoadesão) ou diferentes (coesão) em termos de aderência da superfície.pegajosidade dos enchimentos foi avaliada por meio de testes axiais no reômetro, o que envolveu a alteração rápida da lacuna de 1 mm para 20 mm e o registro do perfil de força normal. A aderência foi correlacionada com o pico de força normal medido em newtons.
• As medições de tamanho de partícula das partículas de gel nos preenchimentos dérmicos foram feitas com um Malvern Mastersizer 3000. Os preenchedores foram dispersos em solução salina e o tamanho médio das partículas e a distribuição do tamanho das partículas foram determinados.

Resultados e discussão

Teste de oscilação

As curvas do Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo de elasticidade em função da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento são mostradas na Figura 2. Todas as amostras tinham regiões Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER de tamanho semelhante, com uma deformação crítica representando o início da não linearidade na região de 20%. Os valores do Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico medidos dentro do Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER mostraram que a amostra A tinha a menor rigidez elástica, com G' tendo um valor de 150 Pa. A amostra C foi a mais elástica das três amostras, com um valor G' de 320 Pa, e a amostra B teve um valor entre as duas de 220 Pa.

O Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico e as curvas de ângulo de fase em função da frequência de oscilação são mostrados na Figura 3. O ângulo de fase para todas as amostras em toda a faixa de frequência é de cerca de 10°, sugerindo que todas as amostras são géis altamente elásticos. Os valores de G' para as amostras A, B e C a 1 Hz são de aproximadamente 150Pa, 220Pa e 320Pa, respectivamente, que se correlacionam com os dados de varredura de amplitude na mesma frequência. A leve inclinação em G' com a frequência sugere uma small quantidade de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento estrutural em que a energia elástica armazenada é dissipada com o aumento do tempo (frequências decrescentes), embora isso seja relativamente mínimo.

Há muitos fatores que afetam as propriedades viscoelásticas dos preenchedores dérmicos de HA, incluindo a concentração de HA, o peso molecular e o grau de reticulação. Ao alterar essas características, as propriedades viscoelásticas, especialmente o Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo de elasticidade G', podem ser projetadas para uma aplicação específica. Os géis com alto G' oferecem maior resistência à deformação e devem ser mais eficazes como preenchedores, mas podem ser mais difíceis de injetar e podem causar mais dor. Portanto, os géis fortes com alto G' podem ser mais adequados para rugas mais profundas ou mais graves. Por outro lado, os géis mais fracos com G' baixo podem ser melhores para rugas finas ou leves encontradas nos lábios ou nas cavidades lacrimais, que são mais sensíveis, porque causariam menos dor quando injetados. O módulo mais baixo também pode corresponder melhor às propriedades do tecido local. Das três amostras de HA testadas, pode-se dizer que a amostra A é o gel mais fraco e macio e a amostra C é o gel mais rígido e forte, com base nos resultados apresentados nas Figuras 2 e 3.

Teste de cisalhamento estável e determinação da Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento

Os resultados da medição de cisalhamento em estado estável - viscosidade de cisalhamento medida como uma função da taxa de cisalhamento - são mostrados na Figura 4. A viscosidade diminui significativamente com o aumento da taxa de cisalhamento, indicando que os materiais são altamente diluídos por cisalhamento. Além disso, a estrutura dos enchimentos é tão forte que, em uma baixa taxa de cisalhamento, a viscosidade é muito alta e continua a aumentar com a diminuição da taxa de cisalhamento, sugerindo Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento ou comportamento semelhante ao sólido em repouso. Isso corresponde às observações dos testes de oscilação que mostraram uma estrutura semelhante a um gel altamente elástico. Uma Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento indica que o material se comportará como um sólido abaixo da tensão crítica, mas fluirá como um líquido acima dessa tensão crítica. A magnitude da Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento deve estar relacionada à resistência estrutural e, portanto, ao grau de ligação cruzada e à concentração das partículas de gel, o que deve se refletir em G'.

A Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento pode ser determinada por meio de vários testes diferentes; no entanto, uma rampa de tensão é uma das maneiras mais rápidas e fáceis de estimar a Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento, em que a viscosidade instantânea (não o estado estável) é medida continuamente com o aumento da tensão de cisalhamento. Os dados da rampa de tensão para as três amostras de HA são mostrados na Figura 5. O pico de viscosidade representa o ponto de escoamento e o valor de tensão no qual isso ocorre é a Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento. A amostra A tem a menor Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento (42 Pa) e a amostra C a maior (55 Pa), com a amostra B um pouco abaixo da C (53 Pa). Essa é a mesma ordem observada nos testes de oscilação, sendo a Amostra C a mais forte e a Amostra A a mais fraca dos três géis. Como esses géis tendem a existir como um conjunto de partículas de gel covalentemente reticuladas (em oposição a uma rede de gel contínua), a Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento está associada à tensão necessária para "soltar" as partículas e permitir que elas se movam umas sobre as outras.

Teste de aderência

Os perfis de força normal em função do tempo à medida que a distância entre a placa e a chapa aumenta são mostrados na Figura 6. O valor da força normal é negativo porque a amostra está sendo puxada para baixo na placa superior devido às forças adesivas/coesivas e decai em direção a zero na falha; a força residual em tempos longos se deve ao peso das amostras retidas na placa superior. O pico de força normal para as amostras A, B e C é de 0,35 N, 0,46 N e 0,54 N, respectivamente, que novamente se correlacionam com a ordem das medições de G' e Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento para as três amostras. Portanto, a amostra C tem o maior grau de aderência ou coesividade e a amostra A, o menor.

Tamanho da partícula

O tamanho das partículas de gel precisa ser controlado para reduzir a força de extrusão e os efeitos colaterais associados, como dor e sangramento, quando os géis são injetados. Portanto, os géis precisam ser projetados para passar pelas agulhas na velocidade adequada com a força de extrusão desejada. Na Figura 7, a distribuição do tamanho das partículas dos géis é mostrada como uma porcentagem cumulativa de volume. O tamanho médio (Dv50) das amostras A, B e C é de 480 μm, 425 μm e 203 μm. small Os géis fortes com altos valores de G' e tensão de escoamento precisam ser dimensionados para que as partículas sejam facilmente injetadas pelas agulhas. A amostra C tem o smallmelhor tamanho de partícula porque tem o maior valor de G' das amostras. Por outro lado, a amostra A tem o largemaior tamanho de partícula porque é o gel mais fraco das amostras (pode ser facilmente passado pelas agulhas). O tamanho resultante também estará relacionado à extensão da reticulação e ao peso molecular, pois os polímeros altamente reticulados associados a valores mais altos de G' serão mais densos e compactos.

Conclusão

As propriedades reológicas e o tamanho das partículas de três preenchedores dérmicos comerciais à base de HA foram caracterizados e comparados. O Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico G' foi determinado a partir de testes de oscilação e esses valores foram correlacionados com a rigidez e a força do gel (por exemplo, géis fracos ou géis fortes). Foram feitas medições de cisalhamento em estado estacionário para verificar a dependência da viscosidade em relação à taxa de cisalhamento e foram realizados testes de rampa de tensão para determinar a força necessária para romper a estrutura do gel, ou seja, a tensão de rendimento. A TackinessA aderência descreve a interação entre duas camadas de materiais idênticos (autoadesão) ou diferentes (coesão) em termos de aderência da superfície.pegajosidade dos enchimentos foi determinada pela medição do perfil de força normal quando a lacuna entre a placa e o prato estava aumentando e correlacionada com a oscilação e os dados de tensão de escoamento. Além disso, o tamanho da partícula dos géis foi medido porque o tamanho afeta a extrusão, e verificou-se que ele também se correlaciona com os dados reológicos.

Concluindo, as propriedades reológicas e o tamanho de partícula dos preenchedores dérmicos à base de HA são parâmetros essenciais para determinar o desempenho (por exemplo, fácil aplicação, força de extrusão, injeção, resistência à deformação, redução da dor) e a aplicação (por exemplo, rugas finas ou profundas, contorno facial) desses produtos.