Методы доставки веществ в кожу

Из истории мезотерапии

Мезотерапия, или интрадермотерапия, была изобретена во Франции доктором Мишелем Пистором. В 1958 году он опубликовал статью «Обзор новых свойств прокаина, актуальных в вопросах патологии человека» в журнале La Presse Médicale, изложив свой опыт использования локальной инъекции новокаина (прокаина) при лечении глухоты, шума в ушах, голо­вокружения, головных болей и пресбиопии (возрастной дальнозоркости).

Хотя именно Пистору принадлежит наиболее яркая роль в «откры­тии» мезотерапии, подобные эксперименты проводились и до него. Так, в 1884 году офтальмолог доктор Карл Коллер для обезболивания ис­пользовал местно кокаин. В 1904 году немецкий химик Альфред Айнхорн открыл новый анестетик - прокаин, который он запатентовал под назва­нием «новокаин». В 1925 году профессор Рене Лериш начал применять подкожные инъекции в межреберные пространства, а в 1937 году док­тор Арон опубликовал исследование о подкожных инъекциях гистамина. Но на самом деле история мезотерапии восходит к Гиппократу (400 лет до нашей эры), который утверждал, что лечил пациента, применяя опунцию (растение семейства кактусовых).

Термин «мезотерапия» был впервые введен в том же 58-м году - благо­даря работе Пистора и французской прессе, однако только 30 лет спустя, в 1987 году, Французская медицинская академия признала мезотерапию как специальность традиционной медицины.

Что касается современных публикаций, то большинство исследований, выполненных с использованием мезотерапии и описанных в индексиро­ванных журналах, посвящено осложнениям этого метода. В частности, наиболее тяжелыми и часто встречающимися осложнениями являются микобактериальные инфекции, которые обычно приводят к неэстетич­ным шрамам. Далее идут лихеноидная сыпь, манифестация псориаза, крапивница, кожные некрозы, системная красная волчанка, панникулит, ахромия, атрофия и др. Впрочем, эти осложнения, как правило, являются следствием несоблюдения технологии во время самой процедуры, а также неправильного постпроцедурного ухода.

К своеобразным недостаткам метода с одной стороны, можно от­нести и психологический фактор. многие люди испытывают страх перед иглами или же не могут позволить себе «выпасть» из привычного образа жизни. Однако, с другой стороны. это вынуждает производителей медицинского оборудования разрабатывать альтернативные инструменты для мезотерапии, что является несомненным плюсом, Безусловно. новые устройства выглядят весьма привлекательно для эстетической практики, особенно для специалистов, уже практикующих традиционные инъекционные техники мезотерапии.

Неинвазивная мезотерапия

Выраженный липофильный характер рогового слоя препятствует пассивному транспорту макромолекул через кожу. Обширная научно-исследовательская   деятельность   была   направлена на лучшее понимание структуры рогового слоя. В ряде публикаций исследован вопрос преодоления кожного барьера при помощи использования различных физических и химических методов. В конечном счете молекулы лекарственных препаратов могут проникать через кожу тремя различными путями (рисунок 1):

• через потовые каналы (протоки);
• через волосяные фолликулы и сальные железы (шунт, или appendageal-путь);
• непосредственно через рого­вой слой.

В технологиях безигольной мезотерапии используют один из этих путей, в зависимости от индивидуальных ощущений па­циента, способности к абсорбции и природы используемых активных молекул. Благодаря научным ис­следованиям производители ме­дицинских приборов реализовали возможность доставлять активные субстанции через эпидермис, до­стигая значительного проникнове­ния в более глубокие слои ткани с не меньшей эффективностью, чем в случае инъекций с помощью шприца. Безигольные технологии включают в себя аквафорез, магнитофорез, сонофорез (фонофорез), безигольные инъекции, ионофорез и электропорацию.

Магнитофорез

Этот метод предполагает ис­пользование низкочастотного маг­нитного поля, которое выступа­ет в качестве внешней движущей силы для повышения диффузии диамагнитных молекул через кожу. Воздействие магнитного поля ин­дуцирует структурные изменения рогового слоя, которые приводят к увеличению проницаемости кожи. Был выполнен ряд лабораторных исследований in vitro для изучения влияния магнитофореза на достав­ку лекарственных средств. Мерфи (1999) показал магнитоиндуциро­ванное повышение скорости по­тока бензойной кислоты, a Murtriy and Hiremath (2001) выяснили, что использование магнита обуслови­ло повышение трансдермального проникающего потока тербуталина сульфата из прикрепленных пла­стырей. Однако то ограничиваю­щее обстоятельство, что эта ме­тодика может быть использована только для диамагнитных молекул, обусловило относительное отсут­ствие интереса к методу.

Сонофорез (фонофорез)

Данный метод предполагает ис­пользование энергии низкочастот­ного ультразвука в целях повы­шения трансдермальной доставки местно применяемых препаратов. Предлагаемый механизм изучает­ся уже более 50 лет. Результат применяемого ультразвука может выражаться в тепловом или не­тепловом эффектах. Воздействие ультразвука на кожу может при­вести к значительному локальному нагреву, который ускоряет диф­фузию и поглощение препарата, увеличивает его растворимость, а также способствует усилению местного кровотока. Однако наи­более важным следствием ультра­звука является кавитация - рост и колебания газообразных поло­стей (пузырьков воздуха). Коллапс пузырька воздуха приводит к гене­рации высоких ударных давлений, которые способны разрушать ро­говой слой (рисунок 2).

Такие параметры ультразвука, как интенсивность и частота, вли­яют на чрезкожное поглощение и, как следствие, на продолжи­тельность лечения. Причем пара­метр частоты, как известно, яв­ляется крайне важным. Частоты в низком диапазоне (< 100 кГц) имеют более существенное влия­ние на трансдермальную достав­ку макромолекул лекарств с мо­лекулярной массой до 48 кДа. Но сонофорез должен преодолеть подобные препятствия. Таким об­разом, для того чтобы добиться хороших результатов, необходи­мо объединить кавитацию и уль­тразвук с другими физическими и химическими методами, напри­мер с энхансерами. ионофорезом и электропорацией.

Безигольная инъекция

В этом методе трансдермальная доставка со сверхзвуковыми скоростями сквозь внешние слои кожи достигается путем обжига жидких или твердых частиц с по­мощью подходящего источника энергии за счет высокой скорости и высокого давления. Безигольные инъекции были доступны людям с 1930 года. За эти годы набра­лось немало примеров жидких и порошковых систем (рисунок 3). Порошковые системы использова­лись для доставки тестостерона, лидокаина гидрохлорида и таких макромолекул, как кальцитонин и инсулин. Проблемами, стоящими перед безигольной инъекци­ей, являются высокая стоимость лекарственной формы и невоз­можность, в отличие от некоторых других методов, программировать или контролировать доставку ле­карств с учетом внутренних осо­бенностей проницаемости кожи. Кроме того, отдаленные эффекты высокоскоростной бомбардиров­ки кожи лекарственными части­цами неизвестны. Более того, по­скольку препараты подвергаются воздействию высоких напряжений во время инъекции, это может не­гативно повлиять на структурную целостность больших молекул, та­ких как белки, вакцины и ДНК.

Ионофорез

Ионофорез имеет вековую исто­рию и является одной из наибо­лее популярных и востребован­ных технологий на эстетическом рынке. Этот метод предполагает усиление трансэпидермальной до­ставки лекарственного средства за счет применения электрическо­го тока малой силы и низкого на­пряжения (гальванического тока примерно 0,5 мА см²). Устройство для ионофореза состоит из ис­точника питания с положитель­ным электродом (анодом) и отри­цательным электродом (катодом) (рисунок 4). Доставка из поло­жительно заряженного средстве (С+) может быть достигнута путем его растворения вблизи электро­да подобной полярности (анода). Применение постоянного тока вы­нуждает препарат отталкиваться от анода и перемещаться к проти­воположно заряженному электро­ду (катоду). Аналогичным образом доставка отрицательно заряжен­ных лекарственных средств - ани­онов (С-) - происходит тогда, ког­да они отталкиваются от катода к аноду. Для создания прибора ионофорезной доставки в кожу пре­паратов учитывают тип электрода, силу тока, рН системы, конкурен­тоспособность иона и способ про­никновения. Ограничения ионофорезной системы включают в себя нормативные ограничения на ко­личество тока, который можно ис­пользовать в организме человека (в настоящее время установлена сила на уровне 0,5 мА/см²) и не­обратимые повреждения барьер­ных свойств кожи от применения таких токов. Кроме того, приме­нением ионофореза не удалось существенно улучшить трансдер­мальную доставку макромолекул больше 7 ООО Оа. Таким образом, ионофорез может быть использо­ван для улучшения трансдермальной доставки широкого спектра сравнительно небольших молекул, в том числе апоморфина, ротиготина и т. д.

Электропорация

Наряду с ионофорезом электро­порация является наиболее попу­лярной технологией на эстетиче­ском рынке. Электропорация, или электролермеабилизация, - техно­логия воздействия на кожу, пред­полагающая применение высоко­вольтных импульсов. Наиболее часто используются высокие на­пряжения 100 В) и короткая продолжительность воздействия (миллисекунды) (рисунок 5). Эта технология успешно используется в целях повышения проницаемости кожи для молекул с различ­ной липофильностью и размерами (например, небольшие молекулы, белки, пептиды и олигонуклеотиды). в том числе и для биофар­мацевтических препаратов с моллекулярным весом более 7 кДа (в настоящее время это предел для ионофореза).

Процесс эпектропорации. При применении интенсивного транс­мембранного электрического поля, которое превышает элек­трическую прочность клеточ­ных мембран, возрастает специ­фичная проводимость мембран. Увеличение проницаемости кожи вызвано генерированием электропорацией обратимого сквозного канала, возникновение которого обусловлено относительно слабой природой гидрофобно/гидрофильных взаимодействий фосфолипидного слоя и его способностью самостоятельно восстанавливать­ся после нарушений (рисунок 6). Канал формируется в три этапа: во-первых, под воздействием элек­трического поля в клеточной мем­бране появляются водные дефек­ты. Если эти дефекты достаточно стабильны, они приводят к соз­данию депо воды, или гидрофоб­ным каналам, сквозь мембрану. В конечном счете фосфолипиды в районе этой поры перестраива­ются с образованием более ста­бильного и гидрофильного канала.

Научная основа электропора­ции Опыт использования электролермеабилизации как мето­да повышения диффузии через биологические барьеры отсто­ят от наших дней на 100 лет. Развитие этого метода частично основано на открытии, при­надлежащем химику Вильгельму Оствальду - первому лауреату Нобелевской премии по химии (1909 год), В 1890 году профес­сор Вильгельм Оствальд предпо­ложил, что электрические сигналы, измеряемые в живой ткани, могут быть следствием движения ионов через клеточные мембраны и обратно. Эти электрохимиче­ские идеи достаточно быстро по­ручили признание.

Первоначально технология электропорации была разработа­на для введения в клетки моле­кул ДНК на основе теоретических и экспериментальных исследова­ний двухслойной мембраны в кон­це 1960-х и 1970-е годы. С 1980-х годов в научной литературе появи­лось много сведений об использо­вании электропорации для генной терапии, вакцинации, увеличения поглощения в опухолях химиотерапевтического агента и преобра­зования ДНК.

Электропорация в сравнении с ионофорезом

Электропорация обусловливает обратимую проницаемость липидного слоя и включает в себя создание водного канала при при­менении электрического импуль­са. В отличие от этого метода, ионофорез в первую очередь обу­словливает транспорт препаратов через уже существующие пути -например, потовые железы и воло­сяные фолликулы. В то время как в электропорации путь доставки препарата внутриклеточный, в ионофорезе такой перекос является межклеточным между существую­щим путем и клетками эпидермиса (рисунок 7), Поэтому для одина­кового количества приложенного усилия транспорт препарата (ско­рость проникновения и скорость поглощения) методом электро­порации значительно выше, чем при ионофорезе.

Поскольку механизм транспор­та для этих двух электрических манипуляций различен, понятны и различия по молекулярному весу в ограничениях методов достав­ляемых препаратов. В то время, как метод электропорации спосо­бен доставлять молекулы с боль­шим молекулярным весом, воз­можности ионофореза ограничены молекулярным весом транспорти­руемого вещества до 7 кДа. Кроме того, механизм доставки методом ионофореза реализуется только для веществ, способных в силу внутренних физических характе­ристик образовывать заряжен­ные молекулы. С другой сторо­ны, механизм доставки препарата методом электропорации преду­сматривает его способность рас­творяться в воде и возможен для всех полярных, не имеющих заря­да лекарственных средств.

Заблуждения и преимущества

Существует некоторая путани­ца в информационных маркетинго­вых материалах производителей, а также в ряде научных конфе­ренций и конгрессах - в терми­нологии и концепциях. Например, когда речь идет об использование термина«электропорация» приме­нительно к воздействию гальва­ническим током (электрофорез). Это очень типичная и распростра­ненная ошибка - применение тер­мина «электропорация» и термина «электротранспорт», или «электропермиабилизация», использу­ется в случае применения электри­ческого тока любого типа.

Употребление термина «аквалорины» (или Aquaphorests) для названия обратимых водных ка­налов, созданных при электропо­рации, также недопустимо. После воздействия методом электропо­рации мембраны приобретают вы­сокий уровень заряда, и вода на­гнетается в липидную среду. Как только водный канал сформиро­вался, вода становится поляризо­ванной, тем самым стабилизируя его. Но эти водные каналы являют­ся временными структурами в мем­бране и не имеют ничего общего с клеточными водными каналами - аквапоринами.

Аквапорины - это большое се­мейство трансмембранных белков, участвующих в трансэпителиаль­ном и трансцеллюлярном движе­нии воды. Эти белки делятся на две группы: те, которые отвечают толь­ко за транспорт воды, и те, кото­рые также участвуют в транспорте глицерина и других малых моле­терапии кул, таких как молочная кислота. Кроме того, аквапорины активи­руются витаминами, стероидами и другими химическими сигналами, а не создаются под влиянием элек­трических сигналов, как ионные каналы. Даже взятые все вместе, эти белки не могут быть вовлечены в поставку молекул лекарственных средств.

Другая распространенная ошиб­ка на рынке услуг заключается в том, что все устройства на осно­ве технологии электропорации якобы имеют одинаковую эффек­тивность. Хотя все эти приборы применяют высокие напряжения, они различаются по форме вол­ны, скорости и силе. За послед­ние три десятилетия оборудование для электропорации было суще­ственно усовершенствовано: поя­вилась возможность независимого контроля амплитуды и длитель­ности. Постоянно совершенству­ются и оптимизируются способы доставки молекул.

Поиск идеального энхансера для проницаемости кожи в тече­ние нескольких десятилетий на­ходится в центре серьезного на­учного внимания. Хотя мощные энхансеры и были выявлены, в большинстве случаев их воз­действие сопряжено с токсично­стью и тем самым ограничивает их клиническое применение. В по­следние годы использование ряда биофизических методов позволи­ло продвинуться в понимании при­роды барьера рогового слоя, дало возможность судить о способно­сти химических веществ воздей­ствовать на структуру рогового слоя. Именно выяснение механиз­мов взаимодействия энхансеров с роговым слоем поможет в разра­ботке энхансеров с оптимальными характеристиками и минимальной токсичностью.

Для пациентов, у которых при­сутствует страх использования игл, или пациентов, не готовых рисковать, помня о возможных осложнениях, а также тех, кто не имеет возможности или же­лания тратить время на реабили­тацию после инвазивной мезотехника неинвазивной трансдермальной доставки пре­парата имеет выраженные пре­имущества перед инъекцией или внутривенным введением пре­парата. Важен неинвазивный характер процедуры, ее удоб­ство, отсутствие травм и дегра­дации или поглощения вещества в желудочно-кишечном тракте. Несмотря на необходимость более высоких доз препарата и боль­шее количество процедур, изряд­ное количество пациентов предпо­читают неинвазивную процедуру инъекционной при условии дости­жения тех же результатов. Кроме того, большинство врачей соче­тает традиционные приемы инъ­екционной мезотерапии с бези­гольной технологией. Например, многие дерматологи вводят гиалуроновую кислоту в носогубные складки, а затем используют неин-вазивные устройства для введения гиалуроновой кислоты, витамина С и т. д. по всему лицу - для общей терапии кожи.

Выводы

Эффективная доставка актив­ных веществ в ткани на значитель­ную глубину требует того, чтобы концентрация и количество по­ставляемого вещества не претер­певали существенных разведений. При этом методы доставки и про­никновения препарата должны быть быстрыми и не иметь огра­ничений в распределении веществ в соседние ткани. Поэтому ме­тоды неинвазивной мезотерапии и описанные технологии достав­ки активного вещества являются важнейшим аналогом иньекций с помощью шприца. Понимание технологических различий и осо­бенностей методов могут оказать существенное влияние на выбор специалистом соответствующего оборудования для успешного ре­шения проблемы пациента.