Tìm hiểu đặc tính sinh lý của hyaluronic acid để ứng dụng trong kỹ thuật tiêm chất làm đầy

Bản dịch: Bs. Trương Tấn Minh Vũ

Tải PDF TẠI ĐÂY

1 Giới thiệu

Hyaluronic Acid (HA) là một glycosaminoglycan có cấu tạo gồm nhiều đơn vị lặp lại của D-glucuronic acid và N- acetyl-D-glucosamine (Hình 3.1). Nó được thấy tự nhiên ở một số mô trong cơ thể con người, bao gồm da, dịch khớp, thủy tinh thể trong mắt và sụn. Khoảng 50% HA trong cơ thể được tìm thấy ở da. Ở độ pH sinh lý, nó là một polyme đa anion tích điện cao, liên kết với nước nhiều, giữ lại lượng nước lớn gấp 1.000 lần thể tích của nó.¹

Nghiên cứu đầu tiên về việc tiêm chất làm đầy có từ năm 1893, khi Neuber sử dụng mỡ tự thân để lấp đầy khiếm khuyết trên khuôn mặt. Những năm 1980 chứng kiến sự xuất hiện của các chất làm đầy có nguồn gốc từ Collagen động vật (Zyplast và Zyderm; Allergan, trước đây có tên là Inamed); vào tháng 3 năm 2003, các dẫn xuất collagen của người như Cosmoderm, Cosmoplast và Evolence được đưa ra thị trường; và vào tháng 12 năm 2003, HA ổn định không có nguồn gốc động vật (NASHA) (Restylane, Q-Med, Uppsala, Thụy Điển) được giới thiệu. Kể từ đó, các nhãn hiệu HA khác trên thị trường được sản xuất bằng quá trình lên men sinh học của Streptococcus sp; điều này thể hiện một bước tiến lớn vì chúng có ưu điểm là độ bền cao hơn, có thể sử dụng ngay mà không cần xét nghiệm dị ứng trước và có khả năng thay thế thể tích có thể dự đoán được.²

2 Tính chất vật lý và hoá học

Sự kết hợp của các tính chất vật lý và hóa học khác nhau quyết định các đặc tính cuối cùng của sản phẩm.

2.1 Trọng lượng phân tử và nồng độ

Trọng lượng phân tử (MW) của HA tỷ lệ thuận với số lượng lặp lại của disaccharide gồm D-glucuronic acid và N-acetyl-D- glucosamine. MW của HA được sử dụng trong sản xuất chất làm đầy thay đổi từ 500 đến 6.000 kDa.

Nồng độ tương ứng với tổng lượng HA được biểu thị bằng mg/ml. Tổng nồng độ HA bao gồm gel HA không hòa tan và HA tự do hòa tan. Một số sản phẩm cung cấp HA tự do dưới dạng thành phần Dung dịch hòa tan trong gel để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đẩy chất làm đầy qua các kim nhỏ hơn. Mặc dù thực tế là không phải tất cả các nhà sản xuất đều thêm dung dịch HA vào chất làm đầy của họ, nhưng thành phần dung dịch luôn có mặt, thường được tạo ra trong quá trình sản xuất. Những dung dịch hòa tan này dễ dàng được chuyển hóa và không góp phần tạo nên độ bền và hiệu quả của sản phẩm. Chỉ HA liên kết chéo mới chống lại sự phân hủy bởi enzyme và phân hủy bởi các gốc tự do.¹

2.2 Liên kết chéo

Ở dạng tự nhiên, HA có chu kỳ bán rã từ 1 đến 2 ngày, bị phân hủy bởi enzyme Hyaluronidase và bởi các gốc tự do, và được chuyển hóa ở gan thành nước và khí CO2. Tạo liên kết chéo là một quá trình quan trọng để tăng thời gian tồn tại và cũng vì có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ sinh học của chất làm đầy. Các chất liên kết chéo phổ biến nhất là divinyl sulfone, 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDDE) và di-epoxide. Trong tạo liên kết chéo, chất liên kết chéo tạo thành liên kết giữa hai chuỗi HA (Hình 3.2). Trong trường hợp HA dạng treo, chất liên kết chéo chỉ hình thành liên kết với một chuỗi HA tạo thành nhóm HA dạng treo. Việc tăng mật độ liên kết chéo sẽ làm giảm khoảng cách giữa các đoạn liên kết chéo, vì khi chịu lực tác động thì cần có lực lớn hơn để nhô ra. Do đó, việc tăng mật độ liên kết chéo sẽ làm tăng độ cứng của gel. Khi cần một loại gel mềm dẻo hơn, mức độ liên kết chéo nên giảm xuống và mức độ HA dạng treo tăng lên.

Việc sản xuất các HA ổn định không có nguồn gốc từ động vật (Restylane) và các sản phẩm Hyalcross (Juvedérm) bắt đầu bằng việc liên kết các phần nhỏ hơn (khoảng 200 đến 300 kDa), trong khi việc sản xuất HA với chất nền kết dính đa đặc hóa bắt đầu bằng việc liên kết các phần lớn hơn (khoảng 800 kDa). Hơn nữa, loại sau thể hiện liên kết chéo không đồng nhất, đạt được sau tạo liên kết giai đoạn hai và bổ sung thêm HA. Điều này dẫn đến hai dạng mật độ trong sản phẩm, mặc dù nó vẫn là một pha. Các vị trí có liên kết chéo lớn nhất sẽ cứng hơn và mang lại độ bền cho sản phẩm, trong khi những vị trí có ít liên kết hơn sẽ làm cho sản phẩm dễ nắn hơn.¹

2.3 Tính nhớt - đàn hồi

Lưu biến học là nhánh của vật lý nghiên cứu cách các vật liệu (ví dụ HA) đáp ứng với các lực tác dụng. Do đó, một số tính chất vật lý của HA có thể được mô tả bằng thuật ngữ lưu biến. Hệ số đàn hồi (G′) là thước đo định lượng về độ cứng của gel và cho biết khả năng chống biến dạng của nó khi có lực tác động. Ví dụ, Cao Su lưu hóa là vật liệu đàn hồi có khả năng biến dạng và ngay lập tức trở lại dạng ban đầu sau khi loại bỏ yếu tố ứng suất. G′ của gel càng lớn thì nó càng ít biến dạng dưới áp lực; ví dụ: khi chất làm đầy sau khi được tiêm qua kim hoặc cannula, hoặc khi được đưa vào chuyển động của cơ mặt và da bên trên. Các sản phẩm có G′ cao được mô tả là có khả năng nâng mô cao.

Hệ số nhớt (G′′) là thước đo mức độ gel không thể phục hồi dạng ban đầu sau khi loại bỏ lực tác động, nghĩa là khả năng gel tiêu tán năng lượng khi có lực cắt tác động. ^{1,3 –5}

Hiệu quả của chất làm đầy phụ thuộc vào độ nhớt-đàn hồi của nó. Nó cần phải biến dạng đủ để được tiêm dưới áp suất cao, sau đó được tạo khối trong khi vẫn duy trì độ đàn hồi để chống lại lực biến dạng mô. Một mặt, không thể tiêm chất làm đầy thuần tuý đàn hồi (G′) bằng kim vì nó đòi hỏi áp lực rất mạnh lên pít tông, khiến việc tiêm trở nên bất khả thi. Mặt khác, chất làm đầy thuần tuý nhớt (G′′) sẽ bị biến dạng dưới bất kỳ loại lực nào và sẽ không duy trì được hình dạng mong muốn trong thời gian dài.

2.4 Sự trương nở

Khả năng giữ nước của gel phụ thuộc vào quá trình hydrat hóa nó. Gel ngậm nước hoàn toàn hoặc gel cân bằng không giữ nước sau khi tiêm. Khả năng này cũng phụ thuộc vào nồng độ HA, mật độ liên kết chéo và quá trình sử dụng để hydrat hóa gel.¹

2.5 Kích thước hạt và lực tiêm

Các hạt trong gel HA liên kết chéo phải có kích thước đủ để có thể tiêm qua kim có kích thước phù hợp. Lực tiêm có thể được giảm đi bằng cách giảm kích thước hạt.¹

3 Các loại chất làm đầy

Hiện nay trên thị trường có ba loại chất làm đầy: chất làm đầy hai pha, chất làm đầy đơn pha đơn đặc hóa và chất làm đầy đơn pha đa đặc hóa.

Chất làm đầy hai pha bao gồm các mảnh HA liên kết chéo lơ lửng trong hỗn hợp dung dịch Natri clorua và HA không liên kết, có vai trò như chất bôi trơn, giúp hỗn hợp có thể đi qua kim có kích thước phù hợp và có độ nhớt cao hơn các chất làm đầy khác. Trong quá trình sản xuất, các khối gel HA được “sàng lọc” để thu được các khối có kích thước mong muốn, sau đó được phân tán trong pha hòa tan.

Gel đơn pha không trải qua quá trình “tạo khối” này và gồm một loại gel đồng nhất. Gel đơn pha đơn đặc hóa là đồng nhất và được tạo ra ở một giai đoạn liên kết chéo duy nhất, trong khi gel đơn pha đa đặc hóa được liên kết chéo ở giai đoạn đầu tiên và sau đó trải qua một quá trình liên kết chéo khác trong giai đoạn thứ hai trong đó có nhiều HA được bổ sung.

4 Lựa chọn sản phẩm

Trên thị trường có rất nhiều nhãn hiệu chất làm đầy HA. Mỗi loại đều có những đặc tính cụ thể và cần phải tính đến những sự khác biệt đáng kể, điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả điều trị. Sự kết hợp của các đặc tính khác nhau nêu trên giúp có thể sản xuất HA có độ bền lâu dài và có độ nhớt và độ cứng khác nhau. Ngoài ra, mỗi loại được khuyên cáo cho một vùng giải phẫu cụ thể trên khuôn mặt, có mặt phẳng ứng dụng phù hợp và mức độ tăng thể tích khác nhau.

HA đơn pha đa đặc hoá có độ đàn hồi (G′) kém hơn và ít nhớt (G′′) hơn, nghĩa là chúng dễ nắn hơn và dễ phân tán hơn; điều này tương quan với kiểu hình tích hợp mô đồng nhất sau khi tiêm trong da. HA ổn định không có nguồn gốc từ động vật (NASHA) biểu hiện độ đàn hồi (G′) và độ nhớt (G′′) cao hơn, khiến nó trở thành một loại gel cứng hơn, ít lỏng hơn và khó phân tán hơn. Điều này tương quan với mô hình tích hợp mô dạng bolus. HA đơn pha đơn đặc hoá có độ đàn hồi và độ nhớt trung bình.

5 Tác động sinh học

Wang và cộng sự ⁴ tiêm HA và tá dược (dung dịch natri clorua đẳng trương) vào cánh tay của 11 tình nguyện viên có làn da bị tổn thương do ánh sáng và lấy sinh thiết tại chỗ bộ sau 4 và 13 tuần. So sánh với mẫu đối chứng, các nguyên bào sợi ở da được tiêm HA cho thấy biểu hiện bị kéo căng về mặt cơ học và kiểu hình sinh tổng hợp với mạng lưới nội chất thô dồi dào, cho thấy mức độ tổng hợp protein tăng cao và diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn với các sợi collagen. Họ kết luận rằng việc tiêm HA liên kết chéo vào lớp bì kích thích sản xuất collagen loại I và đưa ra giả thuyết rằng cơ chế kích thích này được tạo ra bởi sự kéo căng cơ học của lớp bì, sau đó dẫn đến kích hoạt các nguyên bào sợi (Hình 3.3).

6 Kết luận

Cần tính đến thời gian tồn tại, mặt phẳng ứng dụng, vị trí giải phẫu, tác dụng phụ, tính dễ tiêm, nhu cầu xét nghiệm dị ứng trước đó và tỷ lệ chi phí-lợi ích cho bác sĩ và bệnh nhân khi lựa chọn chất làm đầy lý tưởng.

7 Tài liệu tham khảo

1. Kablik J, Monheit GD, Yu L, Chang G, Gershkovich J. Compara- tive physical properties of hyaluronic acid dermal fillers. Dermatol Surg 2009; 35(1, Suppl 1):302–312
2. Glogau RG, Knott HM. Fillers: evolution, regression, and the future. Chapter 2. In: Carruthers J, Carruthers A, eds. Soft tissue augmentation. Elsevier; 2013
3. Sundaram H, Cassuto D. Biophysical characteristics of hya- luronic acid soft-tissue fillers and their relevance to aes- thetic applications. Plast Reconstr Surg 2013; 132(4, Suppl 2):5S–21S