Ácido hialurónico y piel

ÁCIDO HIALURÓNICO Y PIEL María de los Ángeles Cansino González Dpto. de Farmacia y Tecnología Farmacéutica Facultad de Farmacia. Universidad de Sevilla Trabajo Fin de Grado 1 Ácido hialurónico y piel TRABAJO FIN DE GRADO María de los Ángeles Cansino González Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica Tutorizado por Profa. Dra. María Jesús Lucero Muñoz Trabajo de revisión bibliográfica Julio, 2021 2 RESUMEN El envejecimiento de la piel es un proceso natural y cronológico que suscita mucha preocupación en la población de cualquier edad. Actualmente, se sabe que a los factores genéticos se unen los correspondientes al exposoma y que ambos determinan lo que se conoce como edad aparente. Los signos clásicos del envejecimiento cutáneo son: arrugas, flacidez y deshidratación. Las alteraciones cutánes son debidas, entre otras causas, a la pérdida de agua transepidérmica, la disminución del ácido hialurónico y colágeno y al aplanamiento de la unión dermoepidérmica. Son muchos los productos cosméticos que se desarrollan y que están puestos en el mercado con función antienvejecimiento, es decir, con el fin de disimular y retrasar la aparición de sus signos. Entre los ingredientes cosméticos utilizados en estas formulaciones destaca, sobre todo en los últimos años, el ácido hialurónico. Se trata de una sustancia que forma parte de la matriz extracelular y constituye un componente natural de la piel y de otros muchos tejidos. El ácido hialurónico administrado mediante un producto cosmético posee interesantes funciones que dependen de su capacidad de penetración a través del estrato córneo de la piel. De esta manera, se observa que a menor peso / tamaño molecular puede penetrar y difundir hasta la dermis reticular y son mayores sus beneficios como hidratante y en la reducción de arrugas. La Industria cosmética está realizando distintos estudios para lograr un ácido hialurónico de muy bajo peso molecular, bien utilizando procesos físicos, químicos o enzimáticos o bien mediante la Nanotecnología con el fin de obtener nanopartículas, liposomas y niosomas, capaces de proporcionar una mayor penetración cutánea. El Farmacéutico es la figura clave en el Consejo dermofarmacéutico ya que puede elegir el producto cosmético más adecuado y eficaz para el consumidor / paciente que lo solicita, pues a través de sus conocimiento puede interpretar la formulación de cualquiera de los que se encuentran disponibles en el mercado. PALABRAS CLAVE. Ácido hialurónico, Piel, Envejecimiento, Cosmética, Nanotecnología. 3 GLOSARIO DE ABREVIATURAS. AH: Ácido hialurónico AHS: Ácido hialurónico sintasa CPI: Complejo de poliiones. GAG: Glucosaminoglicanos HIAL: Hialuronidasa MEC: Matriz extracelular NP: Nanopartículas PG: Proteoglicanos PM: Peso molecular OAR: Osteoartritis de rodilla ROS: Especies reactivas de oxígeno 4 ÍNDICE INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................... 5 GLUCOSAMINOGLICANOS Y PROTEOGLICANOS. .......................................................... 5 ÁCIDO HIALURÓNICO. ................................................................................................... 7 ESTRUCTURA QUÍMICA. ........................................................................................ 7 BIOSÍNTESIS. .......................................................................................................... 8 BIODEGRADACIÓN. ............................................................................................... 9 ACTIVIDAD BIOLÓGICA. ....................................................................................... 10 APLICACIONES. .................................................................................................... 10 LA PIEL. ........................................................................................................................ 12 HISTOLOGÍA. ........................................................................................................ 12 MATRIZ EXTRACELULAR. ..................................................................................... 13 ENVEJECIMIENTO CUTÁNEO. ...................................................................................... 14 OBJETIVOS........................................................................................................................... 15 METODOLOGÍA. .................................................................................................................. 15 RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ................................................................................................ 16 FUNCIONES COSMÉTICAS DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. ................................................ 16 ANTIINFLAMATORIA. ........................................................................................... 17 HIDRATANTE. ....................................................................................................... 17 ANTIARRUGAS. .................................................................................................... 18 PENETRACIÓN EN LA PIEL DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. ................................................ 19 MODIFICADORES DE LA PENETRACIÓN CUTÁNEA DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. .......... 20 DISMINUCIÓN DEL PESO / TAMAÑO MOLECULAR. ............................................ 20 MÉTODOS FÍSICOS. .......................................................................................... 20 MÉTODOS QUÍMICOS. ..................................................................................... 21 PROCESOS ENZIMÁTICOS. ............................................................................... 21 NANOPARTÍCULAS DE ÁCIDO HIALURÓNICO. ..................................................... 22 LIPOSOMAS Y NIOSOMAS DE ÁCIDO HIALURÓNICO. .......................................... 23 INTERPRETACIÓN DE LA FUNCIÓN ANTIENVEJECIMIENTO DE PRODUCTOS COSMÉTICOS COMERCIALES. .................................................................................................. 25 FUNCIÓN BARRERA CREMAGEL DE LA MARCA gh. ............................................. 25 HYDRATING B5 DE LA MARCA SKINCEUTICALS. .................................................. 27 CONCLUSIONES. .................................................................................................................. 28 BIBLIOGRAFÍA. .................................................................................................................... 29 5 INTRODUCCIÓN. GLUCOSAMINOGLICANOS Y PROTEOGLICANOS. Los glucosaminoglicanos (GAG) son polímeros no ramificados de azúcares, fomados por monosacáridos que se unen dando lugar a distintos disacáridos que pueden tener hasta 1.000 repeticiones. Los GAG en función de los disacáridos que constituyan la molécula, se pueden distinguir en, al menos, 6 tipos: condroitín sulfato (CS), heparán sulfato (HS), queratán sulfato (QS), heparina (HP), dermatán sulfato (DS) y ácido hialurónico (AH) (Figura 1) (Mende et al., 2016). Generalmente, los disacáridos están constituídos por D-glucosamina o D-galactosamina y un ácido urónico que bien puede ser el ácido D-glucorónico o el ácido L-idurónico. Sin embargo, el QS contiene galactosa en lugar de un ácido urónico (Frati-Munari, 2012). Figura 1. Estructuras químicas de las unidades de disacáridos que conforman los distintos GAG (Mende et al., 2016). Los GAG, cuando se encuentran en sistemas naturales, poseen sus azúcares parcialmente N- acetilados y O-sulfatados, así como parcialmente N-desacetilados y N-sulfatados. Son sustancias ácidas que pueden unirse a los zonas positivas de las proteínas y llevar a cabo diversas funciones, 6 como activadores, inhibidores o selectores de la formación del complejo receptor-ligando en la superficie de la célula. A este respecto, existen GAG que se encargan de regular procesos de remodelación de tejidos y migración celular mediante la facilitación o el impedimento en la formación de un complejo ligando-receptor. Además, pueden interactuar con distintos pares ligando-receptor e involucrarse en la coordinación de diversos sistemas de señalización (Mende et al., 2016; Smock and Meijers, 2018). Su síntesis está muy regulada, lo que permite llevar a cabo modificaciones en sus estructuras atendiendo a estados de enfermedad, respuesta al desarrollo celular, etc. (Seyrek and Dubin, 2010). Los GAG son utilizados como anticoagulantes, antitumorales y antiinflamatorios. Además, una de sus aplicaciones se basa en que son promotores del crecimiento y la diferenciación celular. También se propone el uso de la heparina, así como el de sus análogos, para tratar la fibrosis quística, ya que inhibe la elastasa (Lima et al., 2017; Köwitsch et al., 2018). Por otra parte, los proteoglicanos (PG) son moléculas constituidas por una proteína de la superficie celular o de la matriz extracelular (MEC) que constituye el núcleo y a la que se encuentran unidas, mediante enlaces covalentes, cadenas de GAG. Los denominados CS, DS, HP y HS se unen a un residuo de serina de la proteína central mediante un átomo de oxígeno del tetrasacárido común (xilosa-galactosa-galactosa-ácido glucorónico), mientras que QS se une a residuos de asparagina mediante la N-acetilglucosamina. Por su parte, el AH no se une a proteínas (Baghy et al., 2016; Schwartz and Domowicz, 2018). Atendiendo a su localización en el organismo, los PG pueden clasificarse en 4 grupos diferentes (Tabla 1). Tabla 1. Clasificación de los proteoglicanos según su localización (modificada de Köwitsch et al., 2018). LOCALIZACIÓN PROTEOGLICANO (PG) Intracelular Serglicina Superficie celular Transmembrana Sindecanos, NG2, Fosfacano, Betaglicano Anclados a GPI Glipicanos (1-6) Pericelulares (membrana basal) Perlecano, Agrina, Colágeno XVIII , Colágeno XV Extracelulares Hialectanos Agrecano, Versicano, Neurocano, Brevecano Pequeños PG repetidos, ricos en leucina Biglicano, Decorina, Fibromodulina, Lumicano, Queratocano, Osteoadherina Epificano Spock Testicanos (1-3) 7 Estas moléculas están implicadas en la proliferación, diferenciación y adhesión celular, así como en la coagulación sanguínea, la metástasis tumoral y muchos otros procesos biológicos (Li et al., 2012; Köwitsch et al., 2018). ÁCIDO HIALURÓNICO. ESTRUCTURA QUÍMICA. La estructura del AH está formada por unidades de ácido D-glucurónico y de N- acetilglucosamina. Estos azúcares se unen entre sí mediante un enlace glucosídico del tipo β (1→3). Este disacárido se repite centenares o miles de veces y un discárido se encuentra unido a otro mediante un enlace de tipo β (1→4) (Figura 2) (Parra and Pons, 1995). Figura 2. Estructura química del ácido hialurónico (Ferraro et al., 2012). Los numerosos grupos carboxilo e hidroxilo presentes en esta sustancia le aportan una elevada hidrofilia. Además, cuando se encuentra a pH fisiológico, sus grupos carboxilo están ionizados y, en presencia de cationes, como Na+, K+, Ca2+ o Mg2+, tiene lugar la formación de una sal conocida con el nombre de hialuronano o hialuronato (Fallacara et al., 2018; Li et al., 2020). Cuando se encuentra en solución, la estructura del AH se encuentra estabilizada mediante la formación de enlaces de hidrógeno, lo que explica sus propiedades físicas, entre las que destaca una buena solubilidad en agua, tanto del AH como de sus sales, y una elevada higroscopicidad y viscoelasticidad (Fallacara et al., 2018; Snetkov et al., 2020). El AH debe ser viscoelástico ya que tiene que ser capaz de deformarse y, a la vez, ser lo suficientemente elástico (Michaud, 2018). Esto es debido a que se encuentra formando un sistema polimérico con gran cantidad de unidades monoméricas, cuyos enlaces proporcionan rigidez a la estructura química (Snetkov et al., 2020). Además, las cargas electrostáticas generadas por los grupos carboxilo propician que esta molécula se extienda, ocupando un gran volumen y formando una malla (Erazo et al., 2009). 8 Por todo ello, el AH es uno de los GAG presentes en el ser humano no sulfatado que, a diferencia de la mayoría de ellos, se genera en la cara interna de la membrana plasmática de la célula y no en el aparato de Golgi (Fallacara et al., 2018). BIOSÍNTESIS. El AH en el organismo humano es abundante y se encuentra en distintos tejidos, por ejemplo, en humor vítreo, líquido sinovial, válvulas cardíacas y piel (Liang et al., 2017). Sin embargo, aproximadamente el 50% del total de esta sustancia se genera y deposita en la piel (Kavasi et al., 2017). Así, una persona que tenga un peso medio de 70 Kg posee alrededor de 15 gramos de AH, de los cuáles unos 5 gramos se renuevan diariamente (Gupta et al., 2019). Dentro de la piel, la mayor parte del AH se localiza en la dermis, pero también se puede encontrar en la epidermis. En esta capa, el AH se sintetiza mediante los queratinocitos de la capa basal a nivel intracelular, mientras que el AH extracelular va a estar presente en las capas más superficiales de la epidermis. Por otro lado y en la dermis, los fibroblastos son los encargados de su síntesis, teniendo una mayor actividad en la zona papilar (Anderegg et al., 2014). La biosíntesis del AH (Figura 3) se lleva a cabo mediante una serie de proteínas que se denominan ácido hialurónico sintasas (AHS), con función de glucosiltransferasas, y que en los seres humanos hay 3: AHS1, AHS2 y AHS3. Estas enzimas actúan adicionando repetidamente ácido glucurónico y N-acetil-D-glucosamina, y sintetizando AH en el lado interno de la membrana plasmática, el cual es secretado a la matriz extracelular dérmica (MEC) (Kavasi et al., 2017; Vasvani et al., 2020) en el caso de la síntesis en los fibroblastos, o epidérmica si se da en los queratinocitos. El AH de alto peso molecular (PM) es sintetizado mediante las AHS1 y AHS2, teniendo una actividad moderada. Sin embargo, la AHS3 se encarga de sintetizar el AH de bajo PM y presenta una actividad mayor (Vasvani et al., 2020). La mayor parte del AH sintetizado en los fibroblastos, se realiza mediante AHS2, mientras que en el caso de queratinocitos, participan de forma igualitaria AHS2 y AHS3 (Kavasi et al., 2017). Según los resultados obtenidos en algunos ensayos in vitro, el AH sintetizado por AHS1 y AHS3 en la membrana plasmátia alcanza un PM de entre 2.105 y 2.106 KDa, mientras que en el caso de AHS2 el PM alcanzado es superior a 2.106 KDa (Liang et al., 2017). 15 niveles de AH se acompaña de un aumento de los niveles de CS en el caso de pieles que sufren fotoenvejecimiento (Baumann, 2007). OBJETIVOS. El objetivo principal del presente trabajo es llevar a cabo una revisión exhaustiva de la bibliografía existente sobre el ácido hialurónico para justificar las funciones cosméticas atribuídas a esta suntancia y conocer los últimos avances publicados en la mejora de los productos cosméticos antienvejecimiento. Al final de esta Memoria, se desarrolla un estudio sobre varios productos cosméticos puestos en el mercado cuya composición contempla, al menos, uno de los tipos de ácido hialurónico recogidos en la bibliografía. METODOLOGÍA. Este Trabajo Fin de Grado se lleva a cabo a través de una revisión bibliográfica. Para ello, se utilizan bases de datos electrónicas, libros, revistas, etc. con el fin de obtener la información necesaria. Se realiza la búsqueda de artículos científicos y capítulos de libros con el objeto de encontrar la información pertinente, existente hasta el momento, sobre el AH y su repercusión en la piel. Se utilizan descriptores y palabras clave y se acota la búsqueda a artículos científicos de revisión y de investigación dentro de los últimos 5 años. Además, las referencias encontradas en los diferentes libros y artículos permiten acceder a otros documentos y así se puede aumentar el fundamento de la presente revisión bibliográfica. Las bases de datos internacionales consultadas son: • PubMed (2021). Desarrollada y administrada por The National Library of Medicine – National Center for Biotechnology Information (NCBI). Está especializada en la rama de Ciencias de la Salud y, aunque en sus inicios comprendía solo las revistas Proceedings of the National Academy of Sciences y Molecular Biology of the Cell, actualmente cuenta con más de 19 millones de referencias bibliográficas. • Science Direct (2021). Comprende diversas editoriales entre las que se encuentran Elsevier, Excerpta-Medica, Pergamon y North Holland. Abarca distintas disciplinas, desde las Ciencias de la Salud hasta Informática. Se pueden encontrar textos completos y resúmenes de más de 1100 revistas internacionales. 16 • Google Scholar (2021). Es el buscador de Google que permite acceder a documentos de carácter académico, como lo son artículos, patentes, tesis, etc. • CosIng (2021a). Base de datos de ingredientes cosméticos autorizados por la Comisión Europea – The European Commission database for information on cosmetic substances and ingredients – en la que además se incluyen otros muchos datos para poder formular productos cosméticos que cumplan con la legislación vigente. Al mismo tiempo, se consultan revistas internacionales no recogidas en las bases de datos anteriores, pero que se consideran de gran relevancia en el sector cosmético. Entre ellas se destaca Cosmetics and toiletries, Noticias de cosmética y perfumería (NCP) perteneciente a la Sociedad española de Químicos cosméticos, y Prospector® (2021a) que es un buscador de ingredientes cosméticos comercializados. Se usan numerosas palabras clave y descriptores con los que se obtienen numerosos registros. Entre ellos se destacan: • Hyaluronic acid: 778. • Intrinsic skin ageing: 250. • Hyaluronic acid and cosmetics: 863. • Hyaluronic acid and skin: 134. • Skin histological structure: 45. Del mismo modo, se consultan libros a los que se accede físicamente u on line a través del catalogo FAMA (2021) perteneciente a la Biblioteca de la Universidad de Sevilla. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. El AH es comúnmente utilizado en formulaciones cosméticas por su capacidad hidratante. Sin embargo, su PM supone un hándicap en el proceso de penetración cutánea (Lucero, 2013). FUNCIONES COSMÉTICAS DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. Se sabe que el AH es un ingrediente cosmético eficaz, puesto que es capaz de disimular o reducir arrugas y pliegues cutáneos. El estudio de su eficacia en el envejecimiento de la piel se lleva a cabo utilizando distintas formulaciones que incluyan dicha sustancia, sóla o combinada con otros ingredientes, y diferentes formas cosméticas (serum, gel, crema, loción, etc.) (Bukhari et 17 al., 2018). Las funciones cosméticas del AH reconocidas por la Comisión Europea están recogidas en CosIng (2021b). ANTIINFLAMATORIA. La radiación solar, en concreto del 20 al 30% de la UVA, son capaces de llegar a la dermis, generando ROS, induciendo la respuesta inmune y el proceso inflamatorio. Además, los ROS degradan el AH, dando lugar a la aparición temprana de signos propios del envejecimiento (Soltés et al., 2007; Battie et al., 2014). El AH de bajo PM es capaz de estimular las células inflamatorias, debido a que el organismo lo relaciona con una degradación de la molécula por parte de los ROS (Harrer et al., 2021). Farwick et al. (2008) llevan a cabo un estudio en el que se mide la expresión de una citoquina proinflamatoria (TNF-α) con el fin de determinar si existe respuesta inflamatoria; los resultados indican que aquellos AH de tamaño superior a los 50 kDa no muestran efecto proinflamatorio, pero cuando se mide la expresión de esta citoquina en respuesta a moléculas de AH de tamaño inferior a los 20 KDa, se observa un aumento evidente. Más tarde, Farwick et al. (2011) determinan cual es el tamaño del AH ideal, teniendo en cuenta que, además, tenga funciones hidratantes y antienvejecimiento sin desencadenar un proceso inflamatorio. De nuevo en este estudio, se demuestra que los AH de PM igual o superior a 50 kDa no presentan actividad proinflamatoria. De hecho, al AH de mayor PM se le atribuyen propiedades antiinflamatorias, ya que el organismo lo reconoce como señales que indican la integridad del tejido y, por lo tanto, suprimen la respuesta inflamatoria (Petrey and de la Motte, 2014). En contraposición a todo lo expuesto hasta ahora, el AH desarrollado por Bloomage Biotechnology Corporation Limited (2020) tiene un peso molecular de 5 KDa y no sólo no muestra actividad inflamatoria, sino que inhibe la liberación de TNF-α generado por la radiación UV. HIDRATANTE. El AH de alto PM permanece en la superficie de la piel, disminuye la evaporación del agua presente en este órgano y, al mismo tiempo, limita su interacción con factores ambientales (incluidos en el exposoma) como pueden ser temperatura, contaminación o radiación solar (Zhu et al., 2020). Además, como el resto de macromoléculas, si en una formulación aparece AH de elevado PM, este cuenta, además, con un efecto suavizante (Lucero, 2013). 18 Gracias a su capacidad higroscópica, el AH puede retener hasta 1000 veces su propio volumen en agua, o lo que es lo mismo, que 1 g de AH es capaz de retener 6 L de agua. Esto hace que sea un ingrediente capaz de proporcionar hidratación al estrato córneo, la epidermis y la dermis. El AH de bajo PM tiene una menor capacidad para hidratar el estrato córneo, en comparación con los AH de PM medios y altos. Además, para los AH de bajo PM, esta capacidad de hidratación dependerá de la concentración que de dicha sustancia contenga el producto cosmético (Wisniewski et al., 2014; Zhu et al., 2020). ANTIARRUGAS. Con una buena hidratación cutánea, la formación de arrugas se convierte en un proceso más lento y aquellas que ya estén formadas pueden reducirse (Bukhari et al., 2018; Mitura et al., 2020). En el estudio realizado por Jegasothy et al. (2014) se evalúa la eficacia antiarrugas de un producto cosmético con AH de tamaño nanométrico y se concluye que propicia una mejora en la hidratación de la piel, una disminución en su rugosidad y un aumento de su elasticidad. La eficacia antiarrugas del AH depende en gran medida de su PM, el cual influye de forma crucial en la penetración a través de la piel (Bukhari et al., 2018). En el estudio realizado por Pavicic et al. (2011) se determina que sólo los AH de PM de entre 50 y 130 kDa aportan efectos significativos tras 2 meses de tratamiento. Sin embargo, pasado este tiempo, los valores de elasticidad obtenidos con todas las formulaciones con AH (50, 130, 300, 800 y 2000 kDa) muestran una diferencia evidente con respecto al placebo. Además, indican que los posibles mecanismos a través de los cuales se lleva a cabo pueden ser su capacidad de captar agua, así como su efecto antiinflamatorio. En el estudio realizado por Nobile et al. (2014) se evalua la eficacia de un producto cosmético comercial que contiene una mezcla de AH de PM 1, 5, 50, 200 y 2000 kDa. Para ello se testa sobre la piel de 20 mujeres y se observa una mejora de la flacidez en comparación con el grupo control. Otro estudio llevado a cabo por Kaya et al. (2019) se ensaya con una población de 10 sujetos. Se comprueba que la aplicación tópica de AH de bajo PM puede ser complementaria a la inyección del mismo en la piel, dando lugar a un efecto de llenado cutáneo. En dicho estudio, se les inyecta previamente AH de bajo PM a los participantes y se observa que la aplicación tópica de fragmentos de AH, con PM entre 50 y 400 kDa, durante 5 días produce un aumento en la cantidad de AH presente en la dermis papilar. Estos resultados indican que dichos fragmentos de AH pueden actuar, también, como relleno tópico (Figura 6). 19 Figura 6. Esquema del llenado de la piel que generan los AH de bajo PM en aplicación tópica. a. Administración previa de AH mediante inyección intradérmica. b y c. Fragmentos de AH aplicados tópicamente, sólo o en combinación con la inyección intradérmica. c. Relleno tópico (línea azul oscuro) (Kaya et al., 2019). PENETRACIÓN EN LA PIEL DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. El estrato córneo, capa más externa de la epidermis y de la piel, representa una barrera contra la penetración de sustancias y, por lo tanto, de ingredientes cosméticos. De forma general, las candidatas a poder atravesar esta capa son aquellas que tengan un tamaño molecular pequeño bien sean hidrófilas o lipófilas. Las apolares penetran por un proceso de difusión pasivo, mientras que las polares penetran mediante la vía intercelular, a través de los lípidos, mediante lo que se conoce como ventanas polares (Latorre., 2019). Por lo tanto, se considera que el AH no es capaz de penetrar a través del estrato córneo mediante un proceso pasivo (Shigefuji and Tokudome, 2020). Actualmente se sabe que la penetración del AH (Figura 7) mejora cuanto menor es su PM (Vasvani et al., 2020) ya que si es elevado este proceso es limitado, mientras que si es bajo pueden atravesar el estrato córneo, la epidermis y llegar hasta la zona más profunda de la dermis (Zhu et al., 2020). Essendoubi et al. (2016) evidencian que aquellos AH de PM comprendido entre 20 y 300 kDa son capaces de penetrar en la piel, mientras que los de 1000 a 1400 kDa no tienen dicha capacidad. Del mismo modo, cuando posee un PM de 50 kDa da lugar a una penetración significativamente más alta que aquellos cuyo peso es 300 kDa (Farwick et al., 2011). Cuando este AH consigue penetrar a través del estrato córneo, se une a sus receptores en los queratinocitos. Si el AH difunde hasta la dermis, se une a sus receptores presentes en los fibroblastos (Zhu et al., 2020). 20 Figura 7. Niveles de penetración en la piel del AH en función de su PM (Hatto, 2019). El AH obtenido de forma convencional y que se suele encontrar presente en la mayoría de las formulaciones antienvejecimiento, posee un PM demasiado grande como para que sea viable la penetración y la difusión a las zonas más profundas de la dermis (Jegasothy et al., 2014). Además, el hecho de que presente un nivel alto de adsorción a queratinocitos contribuye a esta sustancia permanezca en la superficie de la piel (Shigefuji and Tokudome, 2020). MODIFICADORES DE LA PENETRACIÓN CUTÁNEA DEL ÁCIDO HIALURÓNICO. DISMINUCIÓN DEL PESO / TAMAÑO MOLECULAR. Los científicos japones de Forlle'd Laboratories (Hatto, 2019) consiguen una reducción del tamaño de AH a escala nanométrica, con una longitud de 5 nm, conservando la estructura básica del disacárido. Así, logran disminuir el número de repeticiones de D-glucurónico-N-acetil-D- glucosamina, reduciendo el PM. En estas condiciones, el AH puede atravesar la barrera cutánea y llegar a zonas profundas de la dermis (Jegasothy et al., 2014). Este AH de pequeño tamaño o de bajo PM posee propiedades diferentes a las del fisiológico, destacando la estimulación del recambio celular y la remodelación tisular (Kaya et al., 2019). Su obtención mediante la degradación del AH fisiológico se puede llevar a cabo por distintos procesos, los cuales engloban métodos físicos, químicos y enzimáticos (Wu, 2012). MÉTODOS FÍSICOS. Uno de los procesos físicos utilizados es el electróquímico, en el que el AH se somete a electrolisis mediante un electrodo de Ti/TiO2 – RuO2, dando lugar a un AH de reducido PM sin producir cambios en la estructura química de la molécula (Gu et al., 2010). 21 Otro método puede ser la sonicación, mediante la cual tampoco se produce alteración de su estructura química (Kubo et al., 1993). En un estudio realizado por Kwon et al., (2009) investigan el tratamiento térmico del hialuronato sódico a una temperatura de 100˚C, durante un tiempo inferior a 10 minutos, produciendo un cambio en el PM; sin embargo, cuando el periodo de tratamiento es más prolongado, la reducción del mismo es más acusada. MÉTODOS QUÍMICOS. Entre los procesos químicos se utiliza la degradación de moléculas de AH de alto PM mediante el uso de H2O2, H2O2 junto con CuCl2, NaOCl y NaOCl junto con CuCl2 y vitamina C. Todos ellos son sistemas oxidativos capaces de producir fragmentos de AH a partir de otro de mayor tamaño (Rychlý et al., 2006). En cualquier caso, debido a la posibilidad de que existan residuos de peróxido, carboxilo u otro sustituyente ajenos al AH fisiológico, es necesario que estas empresas fabricantes de AH de bajo PM indiquen la técnica de fragmentación que se utiliza, para así evitar riesgos potenciales en la salud humana (Soltés et al., 2007). En este grupo de métodos se incluye el tratamiento con ozono. Concretamente, en un estudio realizado por Wu (2012) se usa este oxidante para tratar 500 mL de una solución de AH nativo en cloruro de sodio 0,15 mol/mL. Se observa que cuando los tiempos de reacción son 20, 40, 60, 80, 100 y 120 minutos, se obtienen moléculas de AH de 583, 237, 155, 112, 103, y 87 kDa, respectivamente. Esta técnica es prometedora para la producción de AH de bajo PM a escala industrial. PROCESOS ENZIMÁTICOS. Las moléculas de AH se pueden obtener mediante la acción de distintos grupos de enzimas, como son: HIAL, beta-glucuronidasas o hexosaminidasas (Kaya et al., 2019). Uno de estos mecanismos es el dessarrollado por Liu et al. (2008) en el que, tras realizar un estudio en el que se produce AH mediante un cultivo de Streptococcus zooepidemicus junto con una HIAL, se demuestra que es posible obtener AH de 21 kDa cuando la concentración de la enzima alcanza 0,25 g/L. En otros estudios, se obtiene también AH de bajo PM a partir de AH extraído de cordón umbilical humano junto a la HIAL testicular bovina (Gao et al., 2006; Lenormand et al., 2011). Pese a todo, se determina que la obtención de AH de bajo PM mediante la degradación por parte de HIAL no resulta rentable (Liu et al., 2009). 22 NANOPARTÍCULAS DE ÁCIDO HIALURÓNICO. Shigefuji and Tokudome (2020) realizan un ensayo in vitro con ratones sin pelo y los resultados obtenidos sugieren que se puede mejorar la permeabilidad cutánea de AH de elevado PM mediante la adopción de una estructura de nanopartícula. Las sustancias pueden penetrar a través del estrato córneo mediante diversas vías: intercelular, intracelular y folicular, aunque esta última es prácticamente despreciable (Figura 8) (Lohani et al., 2014). La vía de penetración de las nanopartículas (NP) va a depender de su tamaño, forma, carga, polaridad y capacidad de deformación (Latorre, 2019). Concretamente, Shigefuji and Tokudome (2020) concluyen en su estudio que las NP de AH desarrolladas por ellos llevan a cabo la penetración mediante los lípidos intercelulares, lo que propicia una penetración más profunda, a diferencia del AH obtenido por métodos convencionales, el cual queda adsorbido en gran medida en los queratinocitos, como ya mencionamos anteriormente. Además de mejorar la penetración, las NP de AH una vez penetran se funden y liberan el AH en la piel, aunque esto requiere de una mayor investigación (Shigefuji and Tokudome, 2020). Figura 8. Vías de penetración a través del estrato córneo (Lohani et al., 2014). Una de las opciones a la hora de preparar NP es la de producir complejos de poliiones (CPI) que son agregados constituídos gracias a la existencia de interacciones electroestáticas fuertes, las cuales propician la anulación de las cargas opuestas de los polielectrolitos, que son macromoléculas con una estructura basada en la repetición de unidades que se disocian en un 23 polímero cargado al ser introducido en un solvente ionizante (Meka et al., 2017; Shigefuji and Tokudome, 2020). En un estudio llevado a cabo por Tokudome et al. (2018) se obtienen NP de AH. Es este caso, se parte de AH de un PM promedio de 1200 kDa, cargado negativamente, y de protamina catiónica (polímero rico en arginina con carga positiva). Los resultados indican que las NP favorecen una penetración más profunda del AH. En otro estudio posterior (Shigefuji and Tokudome, 2020) ensayan AH, como sustancia aniónica, junto con otra catiónica que es la poli-L-clorhidrato de lisina. De este modo, se observa que el diámetro de las NP (Figura 9) pasa de 242,5 ± 22,7 a 92,2 ± 7,8 nm. A continuación, se realiza un estudio de penetracón in vitro en piel de ratón utitlizando técnicas de fluorescencia y se observa que logran una mayor penetración que la que consigue el AH convencional (Figura 10). Figura 9. Nanopartícula de AH y poli-L-clorhidrato de lisina obtenida mediante microscopía electrónica de transmisión (Shigefuji and Tokudome, 2020). Entre las NP de AH desarrolladas, se pueden encontrar las de ácido tioetilamino hialurónico de oro (Gold Thioethylamino Hyaluronic Acid) que es un complejo constituído por AH, tioetilamina y oro coloidal, según la información recogida en CosIng (2021c). LIPOSOMAS Y NIOSOMAS DE ÁCIDO HIALURÓNICO. Los liposomas son otro tipo de nanopartículas que permiten aumentar la penetración del AH a través de la piel. Estos vectores son usados con el fin de vehiculizar el AH en el tratamiento de heridas producidas, tanto en dermis como en tejido celular subcutáneo (Zhu et al., 2020). 24 Figura 10. Penetración del AH nativo y de nanopartículas (NP) en piel desnuda de ratón sin pelo de AH mediante fluorescencia transversal. (a) Fluorescencia tras aplicar HA, (b) Campo brillante tras aplicar HA, (c) Fluorescencia tras aplicar NPHA, (d) Campo brillante tras aplicar NPHA, (e) Fluorescencia de espesor total de piel tras aplicar HA, (f) Campo brillante de espesor total de piel tras aplicar HA, (g) Fluorescencia de espesor total de piel tras aplicar NPHA, (h) Campo brillante de espesor total de piel tras aplicar NPHA.(Shigefuji and Tokudome, 2020). Los niosomas tienen propiedades y funciones similares a los liposomas. La diferencia que existe entre ellos es la composición, así los primeros están elaborados a base de tensioactivos y los segundos a base de fosfolípidos. En ambos casos su función se realiza gracias al carácter anfifílico de los sistemas nanopartículares (Muzzalupo and Tavano, 2015). La penetración de los ingredientes cuando se formulan en liposomas o en niosomas se puede producir mediante diversos mecanismos. Tanto unos como otros pueden causar una alteración reversible del estrato córneo, mejorando su hidratación y relajando su compacta estructura celular o bien pueden quedar adsorbidos a la superficie cutánea, propiciando así la permeación (Muzzalupo and Tavano, 2015). Los liposomas, al depositarse sobre la piel, sufren una fusión que hace que su estructura se modifique asemejándose a una bicapa lipídica plana (Vázquez- González et al., 2015). Esta fusión propicia un vaciado total del contenido de estas estructuras (Figura 11) (Muzzalupo and Tavano, 2015). 31 databases/cosing/index.cfm?fuseaction=search.details_v2&id=82554 CosIng. European commission database for information on cosmetic substances and ingredients. Calcium Pantothenate. 2021i [en línea] [Consultado en junio de 2021]. Disponible en: https://ec.europa.eu/growth/toolsdatabases/cosing/index.cfm?fuseaction=search.details_v2&id=74910 Essendoubi M, Gobinet C, Reynaud R, Angiboust JF, Manfait M, Piot O. Human skin penetration of hyaluronic acid of different molecular weights as probed by Raman spectroscopy. Skin Res Technol. 2016;22(1):55–62. DOI: 10.1111/srt.12228 Erazo PJ, Carvalho AC de, Alexander T, Ramos M, Vianna P. Relleno facial con ácido hialurónico: Técnica de pilares y malla de sustentación. Principios básicos para obtener una remodelación facial. Cir Plást Ibero-Latinoam. 2009;35(3):181–94. Fallacara A, Baldini E, Manfredini S, Vertuani S. 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