В своей практике косметологи часто сталкиваются с инъекционной продукцией на основе гиалуроновой кислоты, подверженной различным модификациям. Это могут быть препараты для мезотерапии, биоревитализации, объемной коррекции и прочее. Для привлечения внимания специалистов маркетологи зачастую говорят об устойчивости этих составов к биодеградации, что достигается путем применения различных видов сшивки гиалуроновой кислоты (ГК). В этой статье мы рассмотрим, что такое «сшивка», и каким модификациям можно подвергать биополимеры для достижения их оптимальной биодоступности.
Виды химических взаимодействий
Прежде, чем окунуться в многообразие сшивок и модификаций ГК, рассмотрим основные моменты с точки зрения химии. Принято выделять два типа взаимодействий между веществами – химическое и физическое. Их основное отличие в том, что при физическом взаимодействии происходит изменение пространственной структуры вещества, а в случае химического взаимодействия возможно получение нового вещества, с иным составом и свойствами. Разберем это утверждение на конкретных примерах.
Физическое взаимодействие может быть двух видов: внутримолекулярное и межмолекулярное. Например, молекула ДНК имеет форму спирали. Подобная структура формируется за счет образования водородных связей между различными участками одной молекулы биополимера с получением новой, подвижной пространственной формы. При этом не происходит образования нового вещества – строение молекулы, то есть количество атомов в ней, остается неизменным, но вместо прямой цепи мы наблюдаем спираль.
Рис. 1. Структура молекулы ДНК – плотно упакованная двойная спираль, образованная за счет физического взаимодействия (водородных связей)
В случае межмолекулярных взаимодействий всё еще интересней. Известно, что молекулы коллагена могут быть упакованы в различные пространственные структуры – пласты, клубки и пр. Это происходит именно за счет образования сети водородных связей между несколькими молекулами биополимера.
Теперь рассмотрим химические взаимодействия. Для протекания химической реакции недостаточно лишь сближения атомов или молекул и возникновения между ними физического взаимодействия (что справедливо для водородных связей). В данном случае задействованы более серьезные процессы и силы, затрагивающие строение вещества и приводящие к получению новых молекул. Так, в ходе горения ярко окрашенных органических веществ можно получить лишь темную золу.
Рис. 2. Химическая реакция «Фараонова змея» - горение таблетки глюконата кальция
В случае, когда молекулы биополимера связаны между собой не только физическими, но и химическими связями – например, в ходе образования дисульфидных мостиков между молекулами кератина, - происходит образование принципиально нового химического вещества. Кератин – основной структурный белок волос, отвечающий за их прочность, гладкость и упругость. При нагревании или воздействии химических веществ в молекуле кератина происходит разрушение дисульфидных мостиков, что ведет к ломкости и сухости волоса.
Чем сшивка отличается от модификации?
Теперь, когда мы выяснили отличия между химией и физикой, поговорим о способах изменения структуры ГК, а также для чего используются эти химические изменения в косметологии.
С точки зрения химии полимеров, сшивка (cross-linking polymerization) – это процесс образования молекулярных мостиков (сшивок) между молекулами. Модификация – это превращение одной молекулы в другую путем введения различных агентов.
Рис. 3. Реакция получения сшитого гиалуронана: красным цветом отмечены активные группы молекул ГК, зеленым отмечен сшивающий агент, синим – полученная сшивка
Сама простая аналогия, приходящая на ум – это шитье. В случае химической сшивки мы берем один кусочек ткани (одна молекула биополимера), другой кусочек ткани (молекула того же, либо другого полимера), и нитку (третью молекулу – сшивающий агент). На выходе мы получаем сложную структуру с новыми механическими свойствами (платье).
Говоря о модификации, проще всего представить вышивание. Берем один кусочек ткани (молекула биополимера), красивую нить (любая другая молекула, позволяющая достигнуть нужных нам свойств), и создаем, опять-таки, абсолютно новое вещество (вышитую ткань).
Если же вернуться к химии, то стоит отметить важное отличие между этими процессами. Сшивка является одним из видов полимеризации, то есть наращивания размера молекулы с использованием мономеров, которыми, в нашем случае, являются молекулы ГК. В свою очередь, реакцию модификации нельзя считать полимеризацией, так как не происходит взаимодействия мономеров. На уже имеющийся биополимер, как на нитку, насаживают бусины – молекулы – заместители, образующие химическую связь с его активными центрами.
Исходя из представленных выше фактов, можно сделать вывод, что при проведении указанных реакций мы получим различные по своим свойствам макромолекулы. У продуктов, полученных в ходе описанных выше превращений, будут отличаться стойкость к биодеградации, вязкость, биодоступность и прочие свойства. И, в зависимости от цели применения, следует внимательно подходить к составу применяемых препаратов.
Виды сшивок гиалуроновой кислоты
С модифицированной ГК косметологи встречаются достаточно редко – для проведения подобных реакций требуются значительные затраты времени и производственных мощностей. Поэтому большинство производителей перетирают в сухом виде или смешивают в растворе несколько веществ. Например, ГК и витамин С, с получением ассоциатов – молекулярных комплексов, где молекулы связаны лишь водородными связями. Называть это полноценной модификацией или сшивкой некорректно. В данном случае речь идет о появлении физического взаимодействия без образования новых молекул.
При растворении ГК в воде за счет формирования большого числа водородных связей образуется вязкий гель, который при введении в кожу легко подвергается биодеградации. В таком виде ГК встречается в препаратах для мезотерапии и биоревитализации. Логично предположить, что для объемной коррекции эстетических несовершенств, когда важна высокая вязкость препарата и стойкий результат, обойтись просто растворением ГК в воде невозможно.
В таком случае проводят изменение химического строения биополимера, проводя сшивку и добиваясь усложнения структуры препарата с помощью сшивающих агентов – веществ, образующих мостики между молекулами гиалуронана. Это сложный многостадийный процесс, приводящий к формированию плотной структуры.
Наиболее распространенными сшивающими агентами являются: диглицидиловый эфир бутандиола, или BDDE, дивинилсульфон, бикарбодиимид и пр. Они имеют различное строение, но схожую способность к образованию перекрестных связей между молекулами ГК. В ходе проведения реакции, процесс сшивки можно проводить как однократно, так и многократно. Подобные манипуляции будут влиять на конечную плотность, вязкость и устойчивость получаемого геля.
Среди препаратов для контурной пластики на основе ГК принято выделять монофазные и бифазные филлеры.
Рис. 4. Схема получения бифазного филлера, полученного путем сшивания гиалуронана сшивающим агентом BDDE, и затем помещенного в несшитую ГК
Основное их отличие в том, что монофазные филлеры содержат только сшитый гиалуронан, а в состав бифазных препаратов входит также некоторое количество несшитой ГК. Этот шаг обоснован по нескольким причинам:
· Бифазные филлеры реже вызывают аллергические реакции. Это происходит потому, что при попадании препарата в глубокие слои кожи биодеградация начинается с несшитой ГК, идентичной природному аналогу, и иммунная система не распознает введенный филлер как нечто инородное.
· По аналогичной причине бифазные филлеры обладают более выраженным и стойким эффектом по сравнению с монофазными аналогами. Первичная деградация бифазных филлеров начинается именно с несшитых фрагментов, что позволяет продлевать эффект от коррекции несовершенств.
Заключение
Современный рынок продуктов для эстетической косметологии предлагает целый спектр средств для борьбы с возрастными изменениями, а также для коррекции тех или иных эстетических несовершенств. Грамотный подход к выбору препарата позволит специалисту добиться успехов в его деятельности, и поможет достичь высокого уровня удовлетворенности результатами его работы. В данной статье рассматривались некоторые вопросы химии и физики, которые позволят всесторонне и обоснованно подходить к подбору основных инструментов для успешной рутинной практики.
Список литературы
1. В.В. Власов «Химия биополимеров». Н.: НГУ, 1980. 80 с.
2. О. Капулер и др. Гиалуронан: свойства и биологическая роль. Врач. 2015; 2; 25-27.
3. "Hyaluronate sodium: Indications, Side Effects, Warnings" (Web). Drugs.com. Drugs.com. 5 February 2014. Retrieved 25 February 2014.
4. Schelke LW, Decates TS, Velthuis PJ. Ultrasound to improve the safety of hyaluronic acid filler treatments. J Cosmet Dermatol. 2018 Aug 6
5. Michaud T. Rheology of hyaluronic acid and dynamic facial rejuvenation: Topographical specificities. J Cosmet Dermatol. 2018 Oct;17(5):736-743.