Аквафорез: возможности неинвазивной мезотерапии

Вопросы доставки активных ингредиентов в глубь кожи чрезвычайно актуальны для косметологии и эстетической медицины. На сегодня накоплен достаточный клинический опыт, подтверждающий эффективность электрофореза и ультрафонофореза в решении этой задачи.

Аквафорез - это комплексный метод, включающий лазеротерапию, электропорацию, интерференцтерапию и лимфодренаж. Его применяют для неинвазивного трансдермального переноса лекарственных веществ при коррекции возрастных изменений кожи и терапии целлюлита. Ведущим компонентом аквафореза является электропорация - процесс временного повышения проницаемости мембран под действием интенсивного импульсного тока. Электропорацию первоначально применяли в генетике для переноса ДНК и РНК через мембраны клеток про- и эукариотов. Также электропорацию используют для трансмембранного транспорта молекул разных размеров - неорганических ионов, полипептидов, ферментов, антител и различных лекарств - например при электрохимиотерапии опухолей.

Данная статья представляет собой обзор по вопросам применения электропорации, использования молекулярных механизмов трансдермального переноса и возможности его комплексного применения в косметологии.

Артур Безуглый

ТРАНСДЕРМАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС

Неинвазивный трансдермальный перенос лекарственных препаратов и активных веществ - актуальная проблема в косметологии, которая до сих пор до конца не решена. Такой интерес к данному вопросу продиктован стремлением врачей и исследователей избежать негативных последствий после проведения инъекционных процедур, в том числе мезотерапии.

Трансдермальная доставка обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с традиционными методами введения лекарственных препаратов. Прежде всего, удается избежать прохождения лекарств через желудочно-кишечный тракт и связанных с этим нагрузок и трансформаций. Более того, неинвазивный перенос не несет риска осложнений, характерных для традиционной инъекционной мезотерапии. К таковым относят болезненные ощущения, петехии и гематомы, линейные некрозы, инфекционные осложнения и др. Методы неинвазивной трансдермальной доставки воспринимаются и переносятся пациентами более позитивно.

Современный арсенал методов трансдермальной неинвазивной доставки довольно широк. Это хорошо известные технологии:

  • наружная терапия,
  • электрофорез, фонофорез,
  • электропорация (или аквапорация, электропермебиализация и др.) - относительно новый метод.

 
При трансдермальном переносе лекарств существуют определенные ограничения. Главным препятствием в доставке активных веществ является роговой слой, состоящий из дегидратированных корнеоцитов, скрепленных большим количеством фосфолипидов. Известно, что водорастворимые заряженные молекулы не могут проникать через этот барьер

Путем диффузии через кожный барьер могут проникать только очень маленькие и липофильные молекулы лекарственных веществ. Кроме того, этот процесс очень медленный. Для достижения терапевтического эффекта необходимо повышать проницаемость кожи. С этой целью традиционно применяют электрофорез и фонофорез.

Основными «воротами» при электрофорезе служат только выводные протоки потовых желез и фолликулы кожи (рис.1), а при фонофорезе удается ввести лишь жирорастворимые вещества.

Рисунок 1 - Входные пути для препаратов при электрофорезе - фолликулы и выводные протоки потовых желез.

При электрофорезе и фонофорезе вводят лишь малые количества лекарственных веществ, что связано с физическими механизмами этих процедур.

 

ЭЛЕКТРОПОРАЦИЯ

Новый для косметологии метод - электропорация - уже давно известен в научной среде.

Электропорация - это временная структурная перестройка липидного бислоя мембран под воздействием высоковольтных импульсов тока, повышающих их проницаемость для лекарственных веществ, которые в норме не проникают через мембрану.

Этот процесс наблюдается в различных мембранах - искусственных (липосомах), клеточных (бактериальных, растительных, дрожжевых, животных) и в более сложных биологических структурах, таких как эпидермис, поэтому электропорация применяется с различными целями. Первые попытки электропорации мембран in vitro были проведены для переноса фрагментов ДНК в клетки. В дальнейшем электропорацию стали применять с целью генной терапии. Еще одним аспектом ее применения является электрохимиотерапия опухолей. Высоковольтные импульсы делают ткань опухоли проницаемой для цитотоксических лекарств. Более 14 лет назад были проведены исследования по трансдермальной доставке белка кальцеина, в ходе которых показано, что техника, использованная для однослойных фосфолипидных мембран, может применяться для кожи, даже несмотря на то, что роговой слой эпидермиса содержит многослойные липидные бислои. Таким образом, электропорация заняла свое место среди физических методов трансдермальной доставки лекарств.

Комбинация электропорации с другими методами, усиливающими ее действие, открывает новые перспективы в медицине.

 

МЕХАНИЗМЫ ТРАНСДЕРМАЛЬНОГО ПЕРЕНОСА

Сущность механизма электропорации заключается в том, что в фосфолипидном бислое, составляющем основу мембраны, формируются временные каналы. Транспорт растворенных в воде веществ осуществляется по осмотическому и электрохимическому градиентам. Каналы «живут» короткое время и сразу закрываются после окончания воздействия электрическим током. Роговой слой эпидермиса - главный барьер для трансдермального транспорта, он содержит более 100 последодовательно расположенных двухслойных мембран. Применение высоковольтных импульсов (трансдермальный вольтаж 30-100 Вольт) приводит к электрическому прорыву эпидермиса и значительному увеличению транспорта. При электропорации эпидермиса формируются новые пути - поры (или аквапоры) для водорастворимых веществ. Молекулярный транспорт через кожу обеспечивается несколькими механизмами, но главными являются электрофорез и усиленная диффузия.

В настоящее время мы располагаем научными материалами, которые лишь косвенно показывают существование аквапор. Предполагаемые размеры пор малы - менее 10 нм, а срок их существования короткий - от микросекунд до секунды. Экспериментальные данные об электропорации однослойных мембран поддерживают гипотезу о том, что применение высоковольтных импульсов на коже также приводит к созданию новых и расширению существующих аквапор в роговом слое. Доказательством образования аквапор в коже служит резкое падение сопротивления кожи во время проведения серии высоковольтных импульсов и быстрое восстановление сопротивления кожи после окончания стимуляции. В экспериментах in vitro трансмембранный транспорт повышается в четыре раза по сравнению с нормальной диффузией. Молекулярный транспорт при электропорации значительно выше таковой при электрофорезе с учетом одинакового количества перенесенных зарядов.

Транспорт через кожу осуществляется не по всей поверхности, а через маленькие участки диаметром 10-100 микрон; размер и количество таких зон зависят от протокола применения электроимпульсов (рис. 2). Размеры проводящих зон увеличиваются при увеличении количества и длительности импульсов.

Рисунок 2 - Зона проводимости при электрополяции

Молекулярная масса - также очень важный параметр, влияющий на транспорт, размер 38-40 kDa, по некоторым источникам, является предельным. Многие исследователи уделяют внимание повышению температуры кожи в зонах проводимости и считают, что этот фактор снижает кожное сопротивление за счет структурных перестроек сфинголипидов.

Молекулярный перенос через кожу, проницаемость которой увеличивается при электропорации, осуществляется за счет различных механизмов (рис. 3).

Рисунок 3 - Модель формирования пор в липидном бислое

Диффузия усиливается при электропорации и после нее. Однако главными механизмами считают электроуправляемые процессы - электрофоретическое движение ионов и, в меньшей степени, электроосмос. Удельный вес каждого механизма трансмебранного переноса определяется физико-химическими свойствами молекул. Наглядным подтверждением главенствующей роли электрофоретического механизма служит резкое снижениие доставки лекарств при смене полярности противоположных: электродов. Электроосмос усиливается лишь на короткое время пропускания импульсов через ткань. Диффузия подтверждается сохранением транспорта при перемене полярности электродов и транспортом электрически нейтральных молекул.

 

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСДЕРМАЛЬНОЙ ДОСТАВКИ

Можно выделить ряд факторов, которые влияют на доставку лекарств при помощи электропорации (см. таблицу).

К ним относят электрические параметры импульсов, физикохимические свойства лекарственного вещества и его формы.

Электрические импульсы характеризуются формой волны, напряжением (от 50 до 100 Вольт), длительностью (микросекунды-миллисекунды) и межимпульсными интервалами (от нескольких секунд до минуты). Для электропорации применяют экспоненциально затухающие или прямоугольные импульсы, но в клинических условиях преимущество получают прямоугольные импульсы. При их использовании можно достичь условий воспроизводимости и контролируемости трансдермального переноса. На перенос оказывают влияние такие параметры, как амплитуда импульсов, их длительность, количество и частота. Трансдермальное напряжение составляет только часть от прилагаемого напряжения тока (около 10-50%) и зависит от сопротивления кожи и резервуара с лекарственным веществом. Поток усиливается при увеличении количества импульсов, напряжения и их продолжительности (рис. 4). Интенсивность транспорта имеет ступенчатую зависимость от амплитуды и зависимость, близкую к линейной, от длительности и количества импульсов.

Рисунок 4 - Зависимость интенсивности транспорта фентанила при электропорации
от напряжения тока и длительности импульса (по материалам Vanbever)

На нижней шкале напряжение от 0 до 250 Вольт, на правой шкале длительность импульса от 0 до 300 мс. На вертикальной шкале интенсивность трансмембранного транспорта.

В дополнение к электрическим параметрам импульсного тока, физико-химические свойства лекарства влияют на трансдермальный транспорт. Заряд ионов и рН лекарственной формы - важнейшие свойства, поскольку электрофоретический механизм переноса является ведущим. Увеличение заряда вызыват ускорение транспорта, а рН влияет на ионизацию молекул и, соответственно, на скорость трансмембранного переноса. Транспорт нейтральных молекул также активизируется при электропорации и связан с возрастанием пассивной диффузии через новые каналы в мембране, но эта составляющая значительно ниже по сравнению с потоком ионизированных молекул. В нормальном физиологическом состоянии кожа имеет отрицательный заряд и более проницаема для катионов. Тем не менее, установлено, что электроосмос возрастает лишь во время пропускания импульсов тока, что нивелирует влияние селективности кожи по отношению к катионам на трансдермальную доставку.

Влияние липофильности вещества на его транспорт при электропорации на сегодняшний день мало изучено. Имеются немногочисленные данные о снижении коэффициента диффузии при повышении липофильности.

Одним из самых важных физико-химических свойств вещества является его молекулярная масса. В исследованиях Lombry etal. 2000 [3] по трансдермальному переносу декстранов, меченных флюоресцином (изотиоцианат), показано, что с увеличением размера молекулы транспорт снижается. Предельный молекулярный вес, при котором транспорт прекращается - 40 kDa, что говорит об ограниченных возможностях электропорации по доставке макромолекул.

Лекарственная форма тоже важна для переноса вещества. Существует зависимость между концентрацией активного вещества и скоростью его доставки. Кроме того, в лекарственной форме присутствуют буферные ионы, ионы, противоположные по заряду активной части молекулы, и ионы с поверхности кожи - все они могут быть конкурентами ионов активной субстанции при электрофоретическом продвижении. Следовательно, подбор рН для ионизации активных компонентов, буферного состава, буферной емкости и проводимости лекарственной формы очень важен для эффективной доставки биологически активных компонентов. Также есть данные о том, что увеличение вязкости снижает скорость трансдермального переноса.

Таким образом, значительное и обрадтимое повышение проводимости кожи при электропорации делает этот метод одним из эффективных инструментов для неинвазивного введения лекарств, который по своей значимости можно сравнить с инъекционной мезотерапией. Наверное, поэтому аквафорез и родственные методики называют неинвазивной мезотерапией, или безыгольной мезотерапией.

Основанием для разработки метода аквафореза послужил современный подход к комплексному назначению различных физических факторов. Комплексное воздействие подразумевает последовательное применение физических факторов через определенные интервалы времени с учетом их синергического действия.