Производство нанокосметики по контракту.
Подпись:  Рис. 1 Наноэмульсионная установка Нэоформ 800ЛП
Рис. 1 Наноэмульсионная установка Нэоформ 800ЛП

В эпоху бурно развивающихся всех отраслей промышленности, а особенно биотехнологии, производство косметики подошло к своему логическому этапу развития – производству нанокосметики. Нанокосметика один из самых эффективных наружных способов при доставке необходимых БАВ (биологически активные вещества) в глубоко лежащие слои кожи, а значит, по праву занимает лидирующие места среди антивозрастных - Anti-aging средств. Естественно, что спрос на продукцию такого класса обеспечивается не только маркетинговыми ходами, а и непосредственно производством, с соответственно организованным технологическим процессом, обеспечивающим наноразмерность продукции. При этом размер глобул или частиц, нанокосметики, должен быть как минимум до 100 нм, и подтверждён в сторонней лаборатории имеющей соответствующую аккредитацию.

Современные базовые знания и представления косметологии о физической сущности процессов и явлений, которые происходят в области взаимодействия биоактивных веществ и субстанций с биологическими организмами или отдельно взятыми их органами, например с кожей, в настоящее время находятся главным образом на уровне знаний макроскопического взаимодействия. В косметологии, за всё время её существования как научной дисциплины, биологически активные вещества в разных формах применялись только наружно. Комплексы и отдельные ингредиенты таких косметических средств не проникали, да и не могли проникнуть, по определению, в слои кожи находящиеся за роговым слоем. Практически для всех современных косметических форм возможно только поверхностное воздействие на кожу, в результате чего БАВ не проникают в глубь кожного покрова и находясь на поверхности, создают защитные плёнки, что в какой-то степени явилось причиной сформулированного определения косметики. Конечно, необходимость и потребность в таких средствах безусловно существует, ведь они предохраняют кожу от вредных воздействий из вне, помогая внутренним слоям дермы работать самостоятельно. Однако, возможности такой косметики для решения серьезных, возникающих с преждевременным старением кожи проблем, весьма ограничены.

Подпись:  Рис. 2 Двойная спираль молекулы ДНК

Рис. 2 Двойная спираль молекулы ДНК

Нужно сказать, что все процессы жизнедеятельности, протекающие в биологических системах, в том числе и процессы происходящие в организме человека и непосредственно в его коже, определяются как нанопроцессы. Из приведённых примеров можно составить очень большой список, поэтому остановимся на некоторых.

 

Наночастицами являются сами белки человека, их размеры находятся в нанодиапазоне - от 2 до 50 нм. Белки образуют полипептиды, которые являются наноцепями.

Известно, что передачу и сохранность от поколения к поколению, генетических программ, которые отвечают за развитие и нормальное функционирование человеческого организма, обеспечивают молекулы ДНК (Рис 2). Современная химия рассматривает ДНК как длинную полимерную молекулу, состоящую из повторяющихся в определённом порядке блоков, являющихся нуклеотидными наноцепями, которые спирализованы с периодом обращения 3,4 нанометра относительно друг друга. Из-за особенностей структуры, молекулу ДНК называют молекулой "двойной спирали" с диаметром 2 нанометра.

 

 

 

А) компьютерное изображение молекулы гемоглобина: 4 субъединицы глобина окрашены в разные цвета. Б) компьютерное изображение инсулина: шесть молекул инсулина ассоциированы в гексамер.

В)Молекулярная модель
тромбина в комплексе с фибриногеном.

Рис. 3 Фото молекулярных моделей гемоглобина, инсулина и комплекса тромбин фибриноген

Гемоглобиин - белок, содержит железо. (Рис. 3 А). Основная функция - переносчик кислорода от дыхательных органов ко всем тканям, его диаметр достигает 7 нанометров.

Инсулин (Рис. 3 Б), является гормоном белковой природы или полипептидным гормон, структурными единицами которого является мономеры, с молекулярной массой 6000 кДа, величиной в 2,2-а нанометра.

Фибриноген (Рис. 3 В) - хорошо растворимый белок плазмы крови, входит в группу глобулинов, принимает участие в механизме свёртывания крови, глобулярная форма фибриногена в диаметре составляет от 22 до 50 нм.

Внешняя среда окружает человека бесчисленным количеством других нанообъектов, как биологического так и техногенного происхождения.

К биологическим относятся вирусы. Размеры вирусов находятся в широком нанодиапазоне - 10 - 200 нм. Известный вирус гриппа, его диаметр варьирует в пределах 60-ти нанометров.

К техногенным нанообъектам относятся выбросы двигателей внутреннего сгорания, различных электростанций и котельных, и т. п., курение и даже приготовление пищи, в результате чего на кухне в 1 см. куб. содержится до 300 000 нанобьектов.

Исходя из сказанного следует, что все биоорганизмы, в том числе и человек, представляют собой наносистемы или нанообъекты в которых происходят нанопроцессы. Естественно, что эффективно решить задачи стоящие перед современной фармакологией и косметологией можно только с применением нанотехнологий.

Рис. 4 Схематическое изображение «кирпично – цементной» модели рогового слоя и очень упрощённая пластинчатая организация межклеточного домена, в которой указаны только основные липиды рогового слоя, включающая в том числе и возможные пути проникновения БАВ через неповреждённый роговой слой (Moghimi et al., 1996)

Известно, традиционные лекарственные средства, которые применяются парантерально и перорально, разносятся кровотоком и лимфотоком ко всем, без исключения, клеткам организма. Из-за не адресной доставки, как следствие, происходит возникновение почти всех побочных эффектов от используемых препаратов, что составляет 95% случаев. Например, установленный факт, что на головной мозг оказывает соответствующее действие только 1% от общей массы таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Остальные 99%, попадая в кровеносные и лимфатические сосуды достигают каждой клетки, всех органов, всех желёз внутренней секреции, всех систем - костно-мышечной, центральной нервной и др. Из 100 000 молекул препарата, вводимого внутривенно, только 1 молекула достигает места предназначения.

Учитывая неселективное распределение препаратов в организме, а так же наличие многих биологических барьеров, очевидно, что БАВ уклоняются от достижения участка воздействия. Из-за чего, для обеспечения необходимой терапевтической концентрации, как правило, приходится вводить высокие и часто повторные дозы БАВ и субстанций.

Для того, чтобы повысить эффективность различных препаратов и субстанций при снижении их побочных и токсичных эффектов, была предложена технология капсулирования биологически активных компонентов в наноносители. В отличии от применяемых в настоящее время косметических средств нанокосметику рассматривают как средства нового поколения у которых такие недостатки сведены к минимуму.

 

Образец №1 Образец №2
Рис. 5 Исследование кремовой эмульсии, произведённой на Наноэмульсионная установка НЭО Форм 800 ЛП. Масштаб 200нм. На слайдах изображены круглые ячейки сетки с тонким слоем витрифицированной водной эмульсии образца внутри. В слое эмульсии видны наночастицы.

Фармацевтические и косметические нанопрепараты обладают способностью работать на уровне отдельно взятых наночастиц, что делает возможным создать нанопрепараты, имеющих дифференцированное или узконаправленное действие на нужную группу клеток или тканей. Разрабатывая и создавая такого рода нанопрепараты, у технолога разработчика появляется уникальная возможность значительно уменьшить терапевтическую, т.е. рекомендуемую или действующую дозу субстанций, что в дальнейшем уменьшает возможные побочные действия от применяемых БАВ, на фоне в разы возрастающей эффективности.

Нанопрепараты предоставляют возможность воплотить в жизнь новые методы и способы терапевтического действия на кожные покровы. Это биокомплексы с заданными и ориентированными воздействием на конкретные биологические системы - определённые группы клеток или тканей. Такие свойства нанопрепаратов на промышленном уровне дают возможность провести ндивидуализированную адаптацию препаратов для конкретных потребителей. Это переход косметической индустрии в область кастомизированной, т. .е. индивидуальной косметологии.

У биологически активных вещества инкапсулированных в наночастицы появляется возможность преодолевать первичные барьеры защиты (Рис.4)., т. е. нанокапсулирование предоставляет шанс «обойти» механизмы защиты организма. Нанокапсулы с многослойной поверхностью, будут обладать значительно большей устойчивостью к воздействию иммунной системы, а это даст возможность БАВ сохранить структуру, а значит и активность на длительное время необходимое для достижения адреса назначения. Поэтому, технология нанокапсуляция обладает очевидными преимуществами в решении проблем связанных с преждевременным старением кожи, а так же для лечения кожных заболеваний.

Наноносители, т. е. нанокосметика, биофизически предоставляет перспективу для адресной доставки молекул в кожу, благодаря повышению пенетрирующей способности тем компонентам рецептуры, которые рассматриваются как низкоэффективные кандидаты для местного применения. Как правило это субстанции имеющие высокую молекулярную массу или высокую гидрофильность. Более того, применение БАВ, имеющих низкий терапевтический индекс даёт возможно пересмотреть дозировки при их включении в рецептуру наносистемы, что в свою очередь снизит возникновение различных системных побочных эффектов.

Нанотехнологии предоставляют технологическую возможность промышленного производства нанокосметики с минимальным использованием растворителей, солюбилизаторов и эмульгаторов, что должно стать критерием для производств нано-, и микроэмульсий. Рецептурные компоненты нанокосметики и составные комплексы наночастиц для применения в косметологии должны быть биосовместимыми, т. е. физиологически совместимы, беспрепятственно распадаться в физиологических средах, (т. е. быть биоразлагаемыми) до компонентов физиологически безвредных для человека, а так же должны обладать способностью к выведению через системы выделения.

Наночастицы возможно применять как носители для традиционных биологически активных веществ. В зависимости от технологии производства, наночастицы возможно получить в виде нанокапсул или наносфер. Такого рода транспортные системы разработаны, произведены и испытаны в компании КоролёвФарм, с подтверждённым среднестатистическим размером наночастиц 12 и 15 нм.

Нанокосметика представляет собой наноэмульсии или наножидкости, содержащей частицы и агломераты этих же частиц с установленным величиной частиц в диапазоне от 1-го до 100-а нм. В силу столь малых, субмикронных величин всех включений, такая система обладает особенными физико-химическими свойствами. Для таких систем характерно то, что доля поверхности всех веществ входящих в рецептуру составляет более 50 % . Поэтому, можно сказать, что нанокосметика является наиболее эффективной транспортной системой для доставки БАВ при местном применении.

На контрактном производстве компании КоролёвФарм внедрена технология производства нанокосметики с помощью инновационного оборудования - наноэмульсионной установки Нэоформ 800ЛП.


Установка позволяет производить косметические эмульсии с высокой степенью гомогенизации. Благодаря уникальной конструкции смесительного узла, обеспечивается получение эмульсий имеющих средний размер нанокапсул или наносфер 12 и 16 нанометра, что подтверждено неоднократными исследованиями сторонней лаборатории. Результаты микроструктурных исследований эмульсий показаны на рис. 5. Исследование наноэмульсии производились в ООО «Системы для микроскопии и анализа» на оборудовании производство компании FEI - электронный микроскоп Tecnai G2 12. Показатели кремовой эмульсии измерение размеров частиц в таблицах рис. 6 и 7.

Рис. 6. Показатели кремовой эмульсии. Образец №1. Измерение размеров частиц проводилось с помощью метрологически сертифицированного программного комплекса обработки изображений ImageScope производства ООО «Системы для микроскопии и анализа».
Рис. 7. Показатели кремовой эмульсии. Образец №2. Измерение размеров частиц проводилось с помощью метрологически сертифицированного программного комплекса обработки изображений ImageScope производства ООО «Системы для микроскопии и анализа».

Применяемое оборудование имеет последовательно синергистичный ряд характеристик отличающих его от классических реакторов для производства эмульсий. Применяемая технология обеспечивает получение готовой наноэмульсии из двухфазного потока, значительно сокращая энергетические и временные затраты.

В отличие от классических технологий, нагрев производится только части продукта - жировой фазы, это существенно сокращает время нагрева, расход теплоносителей и энергетических ресурсов в целом. На выходе полупродукт имеет низкую температуру - до 42 - 45ОС, что так же приводит к экономии времени для охлаждения и расход холодной воды, используемой для охлаждения.

В сравнении с классическими эмульсиями, полученная наноэмульсия обладает улучшенными потребительскими свойствами и характеристиками

Наноэмульсия, полученная на установке гидрокавитационной коллоидной мельнице Нэоформ 800 имеет (Рис. 5, 6 и 7), имеет практически одинаковые размеры нанокапсул или наночастиц, что является признаком абсолютно равномерного распределения наночастиц во в продукте, что и является подтверждающим признаком и характеристикой обеспечения абсолютно равномерного распределение по всему объёму входящих в рецептуру активных веществ. Наноразмерность эмульсии обеспечивает высокий пенетрирующий эффект БАВ, т. е. способствует быстрому впитыванию, что также улучшает реологические свойства.

С помощью применяемой многолинейной и двухтемпературной технология возможно задавать соответствующую структуру нанокосметике с уникальными запланированными сенсорными свойствами.

Для компаний, занятых в сфере производства и реализации косметических, средств возникает ряд новых конкурентных преимуществ.

Маркетинговые преимущества - применении нанотехнологии выделяет позиционирование продукта перед конкурентами. Возможность применения нанотехнологий в создании нанокосметики с планируемым и подтверждёнными размерами наносфер в диапазоне от 10 до 50 нанометров.

Двухтемпературный и двухлинейный метод производства наноэмульсий имеет и эффекты физиологического синергизма воздействия на кожные покровы. Весь процесс смешивания наноэмульсии происходят при очень кратковременном воздействии температуры до 42 - 45О С, в результате чего биологически активные вещества сохраняются в нативном виде. Уменьшения процентного соотношения ПАВ и других эмульгаторов в рецептуре за счёт чего происходит снижения раздражающего действия, что делает возможным производство более биосовместимой, биодоступной и гипоаллергенной продукции

На 90% сокращается потребление подготовленной воды, которая предназначена для нагрева и охлаждения. Учитывая, что не требуется нагревать водную фазу наблюдается экономия энергоресурсов - потребление электроэнергии снижается на 60%. Происходит только нагрев воды необходимой для плавления восковых фракций. Общие временные затраты при приготовлении продукта сокращаются на 80%. При малых габаритах оборудования, значительно возрастает производительность, до 800 литров в час, что экономит пространство производственной площадки. 100%-я масштабируемость от лабораторной к промышленной партии. Изготовление эмульсии в режиме «ин-лайн». Компьютеризация и автоматизация линии варки.

Все эффекты взаимосвязаны синергистически и, как следствие, приводят снижению себестоимости в производстве.

В области косметологии и фармакологии бюджет мировой наноиндустрии ещё в 2006 году оценён в 290 миллиардов (!) долларов США. Этот рынок демонстрирует устойчивый рост - на 4 - 5% ежегодно, это около 12 - 15 млрд. в год.

Нельзя игнорировать этот перспективный рынок и не стоит пренебрегать возможностью производства нанокосметики под Собственной Торговой Маркой. Сейчас это реалии дня сегодняшнего.