Одним из наиболее быстро развивающихся направлений в косметике и медицине является технология контролируемого транспорта активных компонентов в организм. Основными преимуществами подобных систем доставок являются: повышение эффективности, снижение побочных явлений, улучшение переносимости препаратов. Благодаря им ранее неосуществимые методы лечения и ухода стали обычной практикой.
Сучасні методи інкапсулювання
Основні метаболічні процеси, що протікають у шкірі, йдуть у її глибоких шарах – там, де є живі клітини, що не втратили ядра. Тому одним із ключових завдань косметичних засобів інтенсивної дії є перенесення активних інгредієнтів через роговий шар та їх доставка безпосередньо до клітин-мішеней. Рішенням може стати використання спеціальних носіїв – транспортних частинок, систем доставок, з якими пов’язані активні речовини, і за допомогою яких можуть подолати епідермальний бар’єр, при цьому активні компоненти повинні потрапити до клітин у незмінному вигляді.
Технології інкапсулювання інтенсивно досліджуються напротязі більше 30 років і допомагають забезпечити оптимальні показники:
- Стійкості;
- Вивільнення;
- Біонакопичення активних речовин.
Початковою ціллю систем доставок була необхідність підвищити стабільність активного компонента. В даний час вони виконують безліч функцій, головною з яких стала транспортна, тобто покращення проникнення активного компонента у шкіру.
Які активні компоненти косметики вимагають доставки?
Нерідко до складу косметики включають біологічно активні речовини, що мають інтенсивне фарбування або запах. У цьому випадку до речі виявляються системи доставки, що приховують неприємний запах або колір. Певну проблему складають речовини, що викликають подразнення шкіри, але вирішують цілу низку косметологічних проблем (ретинол, саліцилова, койева, аскорбінова кислоти). Укладання їх у систему-носій дозволяє досягти бажаного ефекту більш щадним способом.
Підвищення біодоступності
Однією з основних задач інкапсулювання є підвищення біодоступності, тобто допомога в доставці активного компонента до його мішені. Відповідно до сучасних знань для косметики інтенсивної дії вкрай важливо впливати на шари прикордонних клітин між епідермісом і дермою, а в деяких випадках і в гіподермі, наприклад для препаратів з антицелюлітною спрямованістю. Ефективність дії активних компонентів багато залежить від їхньої здатності проходити через роговий шар і далі дифундувати крізь шари живих клітин. Неушкоджений бар’єр подолати не так просто. Наприклад, водорозчинні компоненти (амінокислоти, пептиди, ацетилглюкозамін, фенілпропаноїди та ін) без сторонньої допомоги через роговий шар не пройдуть. Отже питання трансепідермальної доставки цих сполук донедавна було негативним. Сьогодні є багато способів підвищити проникність рогового шару.
На здатність активної речовини проникати в шкіру впливають три основні фактори:
- Його рухливість у носії;
- Його вивільнення з носія;
- Його здатність проникати у шкіру
Забезпечення повільного вивільнення активних компонентів на поверхні шкіри та подовження періоду впливу речовини є додатковою перевагою.
3 основні групи носіїв активних компонентів
В даний час у косметиці, засобах особистої гігієни та фармації застосовуються 3 основні групи носіїв активних компонентів:
- Ліпосоми;
- Мікро- та наночастки;
- Циклодекстрини.
Далі ми розповімо про них докладніше.
Ліпосоми у косметиці
Ліпосоми мають найтривалішу історію та присутні на ринку вже майже 30 років. Класичні ліпосоми – це ліпідні бульбашки-везикули, внутрішня порожнина яких заповнена гідрофільним середовищем. Ліпосоми розрізняються складом ліпідів, розмірами, кількістю шарів, біодобавками. Залежно від кількості шарів вони можуть бути одношаровими та багатошаровими. Ліпосоми з малими розмірами від 50 до 500 нм є найпоширенішими переносниками активних інгредієнтів.
Підвищеною популярністю користуються ліпосоми, побудовані з фосфоліпідів. Те з яких фосфоліпідів утворена мембрана ліпосом, дуже впливає на її властивості, в першу чергу, на швидкість вивільнення активної речовини. Ліпосоми можна «навантажувати» різними біодобавками залежно від призначення та необхідності надати певних властивостей готовому продукту.
Як системи доставки ліпосоми стали використовуватися завдяки своїм унікальним властивостям. По-перше, вони можуть одночасно здійснювати доставку гідрофільних та гідрофобних речовин. По-друге, структура ліпосом має подібність до структури клітинних мембран, тому везикули легко вбудовуються в ліпідні біошари мембран. Все це забезпечує доставку активного вмісту ліпосоми до місця призначення та його адресне вивільнення. Структурна подібність ліпосомальної оболонки з біологічними мембранами у поєднанні з властивостями бути подвійним переносником робить ліпосоми дуже привабливими для використання в косметиці.
Найчастіше згадуваною властивістю ліпосом є їхня здатність полегшувати проникнення активних інгредієнтів у шкіру та інші тканини. Численні експерименти показали, що доставка активних речовин у багатьох випадках дійсно покращується при їх інкапсулюванні в ліпосоми. Ймовірним є розчинення ліпосом у міжклітинних ліпідах рогового шару. У деяких роботах, присвячених ліпосомам, йдеться про те, що їх виявили в нижніх шарах рогового шару і навіть живих шарах епідермісу.
Ще одна перевага фосфоліпідним ліпосом – це їх здатність зволожувати шкіру та зміцнювати її бар’єрну функцію, а також захищати ув’язнені в них активні речовини від окислення, УФ-випромінювання, зберігаючи їх фізико-хімічну стабільність. У той же час слід враховувати, що ліпосоми – це тендітні структури, чутливі до механічного зсуву, підвищених температур, присутності ліпідів та ПАР. Це підвищує ризик витоку водорозчинних активних речовин із ліпосомних носіїв.
Роботи над удосконаленням ліпосомальних систем доставок не зупиняються. Одна з нових форм ліпосом – трансферсом вже представлені на ринку. Трансферсоми – ультрагнучкі ліпідні везикули, мембрана яких значно еластичніша, ніж у звичайних ліпосомах. Вони мають підвищену здатність до деформації і проникають у пори, розмір яких менший, ніж вони самі. Ефективність доставки у разі істотно підвищується.
Ліпосоми є дуже перспективним способом регульованої доставки активних речовин. Це підтверджує величезну кількість наукових праць. Створюються все досконаліші системи доставок із заданими властивостями, які здатні дозовано доставляти активні компоненти в шкіру.
Серед комерційних продуктів на основі ліпосом можна назвати:
- Дермасоми;
- Ніосоми;
- Сферуліти;
- Ровисоми;
- Драгосоми;
- Нізасоми та ін.
Число різновидів постійно зростає.
Мікро- та наночастки
Ця група систем доставки дуже різноманітна і може запропонувати безліч рішень. Для створення мікро-і наночастинок найчастіше використовують природні водорозчинні матеріали:
- Морський колаген;
- Альгінат;
- Хітозан;
- Целюлоза;
- Крохмаль та його похідні;
- Агар;
- Желатин;
- Або нейтральні синтетичні – поліакрилати,метакрилати, полімолочні кислоти, поліефіри, поліаміди та поліангідриди.
Крім того, як «будівельний» матеріал використовують різні синтетичні та натуральні воски, популярний, наприклад, карнаубський віск.
Системи доставки базуються на мікрочастинках можуть бути поділені на три основні категорії – мікрокапсули, матричні системи та мікрогубки (пористі системи).
Мікрокапсули
Мікрокапсули – це сферичні системи, у яких активні компоненти розташовуються у серцевині (ядрі). Ядро оточене одним або декількома шарами оболонки. Активний інгредієнт може бути присутнім в ядрі в чистому вигляді або розчиненому в маслі. Розміри сучасних мікрокапсул коливаються від 10-9 до 10-3 нм.
Ідея використання технології мікрокапсулювання у косметичному виробництві прийшла з фармацевтики, в якій дослідження у цій галузі ведуться вже давно. Мікрокапсулювання має багато переваг. Мікрокапсули оберігають нестабільні речовини, що легко окислюються від розкладання, дозволяють здійснювати контрольоване виділення необхідних активних речовин. Їх використовують для поділу речовин, які взаємодіють між собою, перебуваючи у контакті. Вивільнення активних компонентів регулюється процесом його дифузії через шар оболонки, або руйнуванням полімерної матриці.
Для того щоб забезпечити рівномірну доставку активних речовин у стабільній формі та їх вивільнення в потрібних ділянках з бажаною швидкістю, важливо отримувати мікрокапсули заданого розміру, сферичної форми з гладкою поверхнею. Сучасні методи мікрокапсулювання дозволяють вирішити навіть таке складне завдання.
Матричні системи
Ця технологія базується на захопленні активного інгредієнта всередину матриксу, при цьому активна речовина розподіляється однорідно у всьому матеріалі матриці. Матричні системи не дуже широко застосовують у косметиці. Прикладом таких систем може бути система твердих ліпідних наночастинок (SLN) і наноструктуровані ліпідні носії (NLS), розміри яких варіюють від 50 до 1000 нм.
Ліпідні наночастки – це відносно нова у косметиці система доставки. Являє собою сферичні частинки дисперговані у воді або водному розчині ПАР. Основна відмінність між твердими ліпідними наночастинками (SLN) та наноструктурованими ліпідними носіями полягає в агрегатному стані ліпідів, з яких виконана матриця. Перші містять виключно тверді ліпіди, другі – суміш твердих і рідких. Ліпідні наночастки дозволяють досягати як миттєвого, так і пролонгованого вивільнення активної речовини. Миттєве вивільнення необхідно там, де потрібно прискорити доставку активного компонента, пролонговане – при використанні активних речовин з подразнювальною дією, а також у разі потреби тривалого постачання шкіри активними інгредієнтами. Відомо, що ліпідні наночастинки можуть затримуватись у верхніх шарах шкіри та міцно закріплюватися там, що пояснює їх часте використання в УФ-фільтрах. Маючи кристалічну структуру, ліпідні наночастки підвищують здатність сонцезахисних засобів, що відбиває, в 3-4 рази в порівнянні з емульсіями.
Мікрогубки
Мікрогубки – це пористі мікросфери, кожна з яких містить незліченну кількість пов’язаних один з одним порожнин. При відносно невеликих розмірах ці структури відрізняються великою площею поверхні та високою ємністю поглинання активного компонента. Мікрогубка діаметром 25 нм містить близько 250 тис. пір, що дозволяє переносити до 50-60% власної ваги. Утворені мікрогубки інертними синтетичними полімерами (поліакрилатами, поліметакрилатами та поліамідами).
Особливою перевагою мікрогубок є:
- Їх стабільність у широкому діапазоні рН 1-11 та температурному діапазоні до 130°С;
- Біологічна інертність;
- Хороші сенсорні якості
Характер вивільнення активних молекул може бути різним і залежить від розміру сфери, діаметра та обсягу пор. Ефект повільної дифузії активної речовини дозволяє знизити небезпеку виникнення подразнення шкіри через наявність високих концентрацій деяких речовин, наприклад, ретинолу, саліцилової кислоти, ретиноєвої кислоти та ін.
Область застосування мікрогубок дуже широка. Такі системи застосовують у рецептурах за участю різних ліпофільних компонентів, речовин дратівливої дії для сорбції шкірного сала. Часто їх використовують у косметиці класу люкс для отримання ефекту пролонгованого зволоження, перенесення активних компонентів, що омолоджують, фітостеролів, рослинних біостимуляторів, поліфенолів, пептидів, ефективного забезпечення захисту від УФ-випромінювання, збагачення поверхні меланіном, створення освітлювального ефекту.
Наночастки
Наночастинки мають дуже малі розміри близько 100 нм і менше. Нанометр – це радіус ДНК, його розмір 10-9 м. При такому розмірі частинок фізико-хімічні властивості матеріалів суттєво змінюються до придбання абсолютно нових унікальних якостей, у зв’язку з чим розширюються можливості створення більш досконалих продуктів. Основне застосування існуючих нині наночастинок у косметиці та фармації полягає у використанні їх як носіїв активних молекул. Саме наночастки роблять реальністю мрію багатьох дослідників, лікарів, косметологів про прицільну доставку активних компонентів до мішені з можливістю контрольованого вивільнення. Крім того, присутність наночастинок впливає на характер дії препарату: дає можливість уникнути небажаних ефектів, знизити дозу препарату за рахунок суттєвого підвищення його локальної концентрації, а також захищати ув’язнені в них активні речовини від окиснення, УФ-випромінювання, зберігаючи їх фізико-хімічну стабільність.
Наночастинки умовно можна поділити на кілька класів
Біологічні наночастки – це ферменти, молекули ДНК та РНК, клітинні везикули, рибосоми. Відмінною особливістю цих об’єктів є їхня здатність до агрегації та самоорганізації.
Штучні біогенні наночастинки – крім ліпосом до них відносять ліпідні нанотрубки, ліпідні наночастки, наноемульсії, наночастки на основі нуклеїнових кислот.
Полімерні наночастинки мають ряд переваг, що визначають їх ефективність – біосумісність, здатність до біодеградації, функціональна сумісність. Основою для створення полімерних наночастинок є полімолочна, полігліколева кислоти, полікапролактон, поліетиленгліколь.
Дендрімери – унікальний клас полімерів із сильно розгалуженою структурою та порожниною всередині. Контрольовані розміри і властивості поверхні, а також висока стабільність роблять дендримери одними з найперспективніших наночастинок для використання трансдермальних переносників.
Вуглецеві наночастинки – нанотрубки та фулерени – утворені лише атомами вуглецю. Ефективні системи доставки, що утворюють стійкі зв’язки з ліпідними комплексами, пептидами та ДНК. Це найвідоміші та найпопулярніші наноструктури. За відкриття цієї нової форми існування вуглецю 1996 р. було присвоєно Нобелівську премію.
Циклодекстрини в медицині та косметиці
Молекулярні системи доставки, до яких належать циклодекстрини, широко використовуються у косметиці та медицині. Циклодекстрини одержують із крохмалю шляхом ферментації. Найчастіше використовують α-циклодекстрини, що складаються з 6 залишків глюкози, а також β- і γ-циклодекстрини, що мають 7 та 8 залишків глюкози відповідно.
Молекула циклодекстрину має форму чаші, зовнішня поверхня якої є гідрофільною, а внутрішня гідрофобна. Специфічна будова циклодекстринів зумовлює їх унікальні фізико-хімічні властивості. У внутрішньому просторі циклодекстринів можуть розміщуватись і різні ліпофільні молекули відповідного розміру. Утримується «гостьова» молекула завдяки утворенню комплексу між циклодекстринами та активними сполуками. Це допомагає підвищити стабільність активної речовини та покращити її розчинність у воді, а також змінює її біодоступність. Важливою особливістю комплексу «гість-господар» з використанням циклодекстрину є те, що цей процес не зачіпає хімічну структуру сполуки, що включається і, отже, дозволяє зберегти всі властивості активного компонента.
За вивчення міжмолекулярних взаємодій типу «гість-господар» у 1987 році було отримано Нобелівську премію, після чого інтерес до циклодекстринів особливо зріс.
Циклодекстрини в косметології використовують для полегшення вивільнення, поліпшення розчинності, для стабілізації фоточутливих та киснечутливих компонентів, а також для адресної доставки багатьох активних молекул: антиоксидантів, вітамінів А, Е, С, Н, F, ферментів, пептидів, амінокислот, поліфенолів, емолентів, гідроксикарбонових кислот. Комплекси можуть залишатися на поверхні шкіри, так і сприяти проникненню активних форм у шкіру на певну глибину.
Все ширше такі технології застосовують у засобах побутової хімії та особистої гігієни. Так, наприклад, порожні циклодекстрини використовують для знищення неприємного запаху на будь-яких поверхнях, включаючи шкіру людини. У них «упаковують» деякі ефірні олії, наприклад олію чайного дерева, що має сильний і різкий запах.
Як правило, при нанесенні на шкіру комплекс починає поступово руйнуватися з утворенням «молекули-господаря» та «молекули-гостя», причому швидкість розкладання визначається температурою та вологістю шкіри. Таким чином, речовина вивільняється з контрольованою швидкістю та сприяє досягненню більшої доступності та активності.
Косметичні емульсії
Коли йдеться про системи доставки, згадують два види емульсій – множинні та мікроемульсії. Емульсії мають набагато більшу ємність щодо активної речовини в порівнянні з іншими системами носіїв. Емульсії – найпростіша і найзрозуміліша система доставки – це молекули самої емульсійної бази косметичного засобу. У косметичні емульсії легко можна включити водо- та жиророзчинні активні компоненти.
Множинні емульсії становлять великий інтерес з погляду косметології. Це системи пролонгованого та контрольованого вивільнення активної речовини, здатні захистити шкіру та довгостроково підтримувати її зволоженість. Емульсії бувають двох типів Вода-в-Маслі-в-Воді (В/М/В) та Масло-у-Воді-в-Маслі (М/В/М). Особливо привабливі емульсії (В/М/В), механізм дії яких полягає в наступному. Відразу після нанесення завдяки зовнішній водній фазі відбувається миттєве зволоження верхніх шарів шкіри. Це супроводжується вивільненням частини активної речовини. Одночасно на поверхні утворюється масляна захисна плівка, яка при цьому поступово вивільняє водну фазу і, укладену в ній, частину активних компонентів, що залишилася. Таким чином, досягається пролонгований характер вивільнення активних складових емульсії.
Мікроемульсії – ідеальні системи доставки активних компонентів. До складу емульсій включають частинки мікро та нанорозміру, які легко приєднуються до мембран та доносять до них біологічно активні молекули або допомагають активам більш ефективно проходити через міжклітинні проміжки. Ступінь вивільнення з мікроемульсій значно вищий, ніж із традиційних. Форму мікроемульсій, як правило, вибирають для легких високоактивних продуктів, наприклад сироваток.
Заслуговує на увагу ще одна форма емульсій – ламелярні емульсії, що мають рідкокристалічну структуру. Ламелярні емульсії мають безліч переваг, що робить їх дуже перспективними. Багатошарова структура рідкокристалічного матеріалу оточує краплі активної речовини, підвищує їх стабільність та біосумісність. Упаковка в рідкокристалічний матрикс ліпофільних сполук забезпечує їм захист від термо і фотодеградації, а також пролонгований характер вивільнення.
В останні роки межа між поняттями основа косметичного засобу та системи доставки поступово стирається, оскільки при розробці основи намагаються враховувати не тільки бажані фізичні властивості продукту, але і його здатність забезпечувати проникнення активних речовин через роговий шар. Головною мотивацією для розробки та впровадження в косметичну промисловість нових типів емульсій (мікроемульсії, наноемульсії, ламеллярних емульсій, потрійних емульсій) є, перш за все, бажання підвищити ефективність доставки активних компонентів до мішеней.
Енхансери – підсилювачі проникності епідермального бар'єру
Багато речовин можуть дезорганізувати рідкокристалічні структури рогового шару і таким чином сприяти дифузії інших активних інгредієнтів. Наприклад, природні олії, що містять велику кількість поліненасичених жирних кислот, вільні жирні кислоти та жирні спирти збільшують плинність ліпідних шарів епідермісу. Особливо активні олеїнова кислота та ізопропілміристат. До групи енханстерів входять також одноатомні та багатоатомні спирти, серед яких найбільш відомими та часто використовуваними є етанол та пропіленгліколь.
Пропіленгліколь діє вбудовуючись у домени рідкокристалічної структури міжклітинних ліпідних пластів, що призводить до зростання проникності шкіри для деяких речовин. Етанол підвищує розчинність активних речовин, змінює структуру мембран, підвищує доступність для проникнення активних речовин усередину клітини. Багато компонентів основи косметичних засобів можуть збільшувати швидкість проникнення активних інгредієнтів у шкіру, впливаючи на сам роговий шар. Таку дію мають ряд ліпідів, багатоатомні спирти, емульгатори, віддушки.
Системи доставки у косметиці - висновки
Інтерес до систем доставки з боку фармацевтичної та косметичної промисловості останніми роками викликав бурхливий розвиток різноманітних трансдермальних носіїв з різними фізико-хімічними характеристиками. Ще якийсь час тому були відомі лише ліпосоми, тепер перерахувати всі різновиди систем доставок вкрай важко. Прогрес у галузі high-tech у косметології рухається семимильними кроками. Згадані методики доставки, а також загальний рівень розвитку сучасної біотехнології, фармакології та косметології суттєво зрушують уявлення про можливості шкірної терапії. Спираючись на сучасні знання, можна створювати реально працюючі косметичні формули, спрямовані не на маскування небажаних ефектів, а на усунення їх біологічних причин, відкриваються широкі можливості для створення засобів із підвищеною ефективністю.
Les Nouvelles Esthetiques Україна
Наталія Кіщенко
Біохімік, провізор-косметолог.
Керівник інформаційного відділу компанії ІнтерКосметик Груп
