alt

Нанотехнология везикул-ниосом

Нанотехнология везикул-ниосом относится к медицине и косметологии, предназначена для трансдермальной доставки биологически активных веществ (БАВ). Включение БАВ в ниосомы обеспечивает их эффективную дозированную и пролонгированную доставку в клетки, находящиеся в глубоких слоях кожи.

К нанотехнологиям относят таковые, в которых используют объекты размером менее 10-9 м. Все биологически активные вещества в косметических средствах серии «Герцина» включены в нановезикулы-ниосомы размером 20-150 нм, что обеспечивает их высокую эффективность и продолжительный эффект после использования. В 2008 г нанотехнология была защищена патентом №2320323 на «Способ доставки биологически активных веществ с помощью ниосом».

Явление трансдермального переноса нановезикулами кремнийорганической природы биологически активных веществ в клетки тканей организма человека и животных было признано научным открытием Российской академией естественных наук, Международной академией авторов научных открытий и изобретений, Международной ассоциацией авторов научных открытий (Диплом на открытие № 381 от 02 сентября 2009 г., на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-478от 6 августа 2009г.). Авторами открытия являются Омельянчук П.А. (Россия), Базиков И.А. (Россия), Ржигова Бланка (Чехия).

 История научного открытия

Ранее было известно, что бислойные везикулы могут быть получены только с использованием фосфолипидов (фосфатидилхолин, фосфотидилинозит и др.), обладающих амфифильными свойствами. Амфифильные свойства молекулы подразумевают собой наличие водорастворимой и жирорастворимой части, благодаря такому составу фосфолипиды способны образовывать везикулы – бислойные и многослойные липосомы. Липосомы широко применяются в медицине и косметологии в качестве системы доставки биологически активных веществ (БАВ).

До настоящего времени указанные представления находились в противоречии с известными научными фактами: ускорение трансдермального переноса БАВ, усиление действия ультрафиолетовых фильтров в косметических средствах, повышенное увлажнение, частичное поглощение себума, отсутствие липкости косметических средств в присутствии кремнийорганических соединений.

Использование нановезикул для доставки БАВ только начинает использоваться в медицине и косметологии. Трансдермальный перенос веществ сопряжен с множеством технологических трудностей: сложность включения БАВ в везикулы, практически исключен перенос крупных молекул через роговой слой кожи (Stratum Corneum), а также гидрофильных (водорастворимых) БАВ в виду липидного содержимого межклеточного матрикса.

Авторы научного открытия предложили решение вышеперечисленных проблем - использование трансдермальных переносчиков нановезикул–ниосом размером 20-150 нм, способных переносить широкий спектр БАВ через роговой слой в дерму.

Научная новизна явления трансдермального переноса БАВ при помощи ниосом неоспорима и имеет огромное значение. Перенос веществ в дерму означает их контакт с коллагеном, эластином, гликоаминогликанами, и другими клетками кожи, поэтому трансдермальный путь является единственно возможным воздействием косметических средств на кожу «изнутри».

 

Пути проникновения биологически активных веществ через эпидермальный барьер

Молекула БАВ имеет три пути проникновения через неповрежденный кожный барьер: через волосяные фолликулы, сальные железы или трансэпидермальный путь (Рисунок 1).

Трансдермальный путь через волосяные фолликулы позволяет переносить крупные полярные молекулы и ионы, которые тяжело перенести через роговой слой.

   

Рисунок 1 – Возможные пути пенетрации БАВ через кожный барьер

1- трансэпидермальный путь; 2- через волосяные фолликулы; 3 – через сальные железы

 

Роговой слой кожи обладает повышенной сопротивляемостью к пенетрации веществ с молекулярной массой свыше 500 Дальтон. В случае молекулярной массы выше данной величины требуются дополнительные воздействия изменяющие сопротивляемость рогового слоя кожи (Stratum Corneum).

 

Косметические средства с различной степенью окклюзии 

Механизм трансдермального переноса везикулярными структурами изучается с 1965 г. после открытия липосом (Bangham A.D. et al.). До сих пор остается множество незакрытых вопросов, связанных с трансдермальным переносом с помощью везикул на основе фосфолипидов, но доказано самое главное – везикулы способны к трансдемальной доставке биологически активных веществ. То же самое относится к везикулам на основе кремнийорганических веществ, факт доставки биологически активных веществ в дерму также подтвержден (Dow Corning, США) и дальнейшие исследования деталей механизма трансдермального переноса ведутся непрерывно по настоящее время.

Представляемую нанотехнологию нановезикул-ниосом необходимо оценивать в совокупности с применяемыми технологическими решениями: гелевая форма косметического средства, применение энхансеров (усилителей проникновения) – циклометиконов, эластомеров и собственно, сами нановезикулы-ниосомы.

Для успешного проникновения нановезикул-ниосом глубоко в дерму необходимо «подготовить» кожу - гидратировать ее поверхность. Для этого нановезикулы-ниосомы включены в гель (крем). Обычно большая часть воды, содержащаяся в креме, испаряется за несколько минут после ее нанесения на кожу. Скорость испарения зависит от относительной влажности окружающего воздуха и присутствия кремнийорганического эластомера и гигроскопических веществ (диметикон кополиола, пропиленгликоля, глицерина и т.д.). Оставшийся на коже окклюзивный слой и является тем депо, из которого активный ингредиент, включенный в нановезикулу-ниосому, может постепенно диффундировать в роговой слой. В трансдермальных пластырях (патчах) вместо кремнийорганического эластомера используются специальные полимерные материалы с различной трансмиссией газов и воды (степенью окклюзии). Применение различных концентраций кремнийорганического эластомера, вместо комедогенных минеральных масел, позволяет добиться эффекта "дыхания" кожи при одновременной ее гидратации.

Сначала концентрация активного ингредиента во всей толще окклюзивного слоя одинакова. По мере проникновения его в роговой слой в пределах слоя крема возникает концентрационный градиент – чем ближе к роговому слою, тем меньше количество нановезикул-ниосом. Диффузия продолжается до тех пор, пока все ниосомы не покинут окклюзивный слой и не перейдут в кожу. Упрощенно можно считать, что при выгодном коэффициенте распределения и при достаточной скорости распространения ниосом в пределах эпидермиса, диффузия является главным фактором, определяющим скорость проникновения, но особое строение молекулы диметикон кополиола, позволяющее образовывать везикулярные структуры, делает процесс доставки БАВ более контролируемым и пролонгированным.

Гидролипидный (водно-жировой) окклюзивный слой обладает барьерными свойствами, которые в значительной степени зависят от типа используемых липидов (кремнийорганических веществ), количества остаточной воды в окклюзивном слое и от физико-химических характеристик образовавшейся на поверхности кожи системы. Немаловажно также влияние липидов кожного сала (себума). Окклюзивный слой сам по себе уменьшает трансэпидермальную потерю воды (ТЭПВ), что приводит к возрастанию влагосодержания в роговом слое (в случае полной окклюзии в 3-4 раза). Хотя, вода в роговом слое очень плохо связывается с белками, она вызывает сильное набухание корнеоцитов. Влияние воды на структуру межклеточных липидных пластов недостаточно хорошо изучено. Однако известно, что при сильной гидратации, вызванной полной окклюзией, водные домены частично замещают липидные слои и формируют каналы, проницаемые для гидрофильных веществ. Этот принцип заложен в основу разработки большинства трансдермальных систем, разрабатываемых ведущими мировыми фармацевтическими и косметическими компаниями.

 

Строение нановезикул-ниосом

В процессе экспериментальных исследований авторами проекта впервые было обнаружено явление трансдермального переноса БАВ при помощи нановезикул-ниосом размером 20-150 нм. Трансдермальный перенос БАВ происходит за счет способности неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) формировать двойной молекулярный слой, подобный плазматической мембране живой клетки.

Ниосомы – это нановезикулы, размером 20-150 нанометров, состоящие из оболочки в виде нерастворимого в воде двойного слоя неионогенного эмульгатора (ПАВ), которые представляют собой группу веществ диметикон кополиолов, представляющих собой эфиры полиэтиленгликоля и полидиметилсилоксановой основы и заключенного внутри капсулы биологически активного вещества. Гидрофобные БАВ включаются в мембрану нановезикулы-ниосомы, где ориентирована липофильная часть молекулы (диметикон). Гидрофильные БАВ включаются во внутреннюю полость ниосомы  (Рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Модель нановезикулы-ниосомы с гидрофильным БАВ

 

Таким образом, диметикон кополиолы представляют собой гибрид кремния (диметикона) и углерода (полиэтиленгликоля). Установлено, что в отличие от липосом, сделанных на основе фосфолипидов, ниосомы имеют целый ряд преимуществ для доставки БАВ. Наличие ковалентной связи Si-O-Si в гидрофобной части молекулы полидиметилсилоксановой основы эмульгатора, которая обладает большой эластичностью, позволяет направленно доставлять широкий спектр БАВ в дерму. 

Диметикон кополиол относится к неионогенным поверхностно активным веществам, которые являются самой сильной группой энхансеров (усилителей проникновения) среди ПАВ. К неионогенным поверхностно активным веществам относят также полисорбаты и этоксилаты жирных спиртов (особенно производные лаурилового спирта), но они применяются главным образом в бытовой химии из-за своей высокой моющей способности (Плетнев М.Ю., 2002). Диметикон кополиол относится к ПАВ средней силы действия, что очень важно при контакте с кожей и отсутствии кожно-раздражающего и сенсибилизирующего действия.

Длина связи Si - O в кремнийорганических соединениях составляет 1.6 ангстрем, в отличие от фосфолипидов, у которых связь С-С составляет 1,4 ангстрем. Также угол связи Si-O-Si составляет 130 градусов, в отличие от 109 градусов связи С-С-С. Следовательно, длина связи Si – O длиннее связи C – C и угол связи больше, поэтому молекула диметикон кополиола эластичнее фосфолипидов, используемых при формировании липосом, и способна образовывать везикулы без значительных энергетических усилий.

Наличие полидиметилсилоксановой основы позволяет получать везикулы, способные противостоять широкому спектру растворителей, таких как этиловый спирт, изопропилпальмитат и т.д. Следовательно, в отличие от других везикул, нановезикулы-ниосомы могут использоваться в спиртосодержащих рецептурах.

Таким образом, преимущества использования диметикон кополиола для формирования нановезикул – ниосом и их использования:

  • малые затраты энергии для образования везикулы;
  • лучшая воспроизводимость везикул (гарантия получения качественного продукта с заданным размером везикул);
  • лучшая стабильность везикул во времени;
  • отсутствие растворителя в остатках сырья (при получении липосом из фосфолипидов требуется операция их растворения в растворителе (гексан, хлороформ) и последующая его отгонка, поэтому остаются микроколичества растворителя);
  • повышенная прочность и эластичность везикул (благодаря кремниевой части, которая имеет низкую температуру плавления, и как следствие высокую скорость образования везикул);
  • наличие химически реакционноспособных участков в силиконовой части ПАВ (сайтов) (благодаря химическому взаимодействию легко включаются самые различные соединения);
  • строение молекулы Диметикон кополиола позволяет легко (целенаправленно) выпускать активное вещество из везикулы. 

Механизм трансдермальной доставки биологически активных веществ

Механизм трансдермальной доставки БАВ с помощью нановезикулы-ниосомы достаточно сложен. Везикулярные структуры на основе поверхностно-активного соединения - диметикон кополиола влияют на структуру межклеточных липидных пластов, способствуя образованию жидкокристаллических систем и повышая проницаемость кожи за счет увеличения текучести липидных пластов.

Преимущества использования нановезикул-ниосом для доставки БАВ в косметологии и медицине:

  • химическая инертность;
  • универсальность;
  • биосовместимость;
  • биодеградируемость;
  • практическое отсутствие токсичных, антигенных свойств и аллергических реакций в ответ на введение в организм;
  • способность эффективно доставлять внутрь клеток, заключенные в везикулы вещества, обеспечивая их пролонгированное биологическое действие.
  • размер нановезикул 20-150 нм позволяет проникнуть через роговой слой кожи (Stratum Corneum) и донести БАВ в дерму.

Размер ниосом определяли на многофункциональном спектрометре динамического и статического рассеяния света PHOTOCOR COMPLEX (лазер He-Ne, 633 нм) и на многофункциональном растровом электронном микроскопе с интегрированной системой фокусированного ионного пучка - Quanta 3D FEG (Рисунки 3 и 4).

 

Рисунок 3 – Распределение размеров нановезикул-ниосом с БАВ методом динамического светорассеяния

 

Рисунок 4 - Микрофотография нановезикул-ниосом

(растровая электронная микроскопия)

Таким образом, результаты исследований размеров нановезикул-ниосом методом динамического светорассеяния подтверждают результаты исследований растровой электронной микроскопии, и доказывают, что данная система доставки может быть отнесена к области нанотехнологий и использована в косметологии и медицине для эффективной доставки биологически активных веществ в глубокие слои кожи. Уникальная нанотехнология легла в основу производства косметических средств нового поколения ООО НПО "СайТЭК".

Главная Карта сайта Контакты