Chất tăng cường thẩm thấu và hệ vận chuyển trong mỹ phẩm

Hầu hết mọi người đều bị nhầm lẫn về những chất tăng thấm và hệ vận chuyển trong mỹ phẩm, dù rằng mục đích chung của 2 loại này đều là cải thiện khả năng tiếp cận của hoạt chất đến mô đích. Nhưng đa phần là người dùng sẽ ko bận tâm quá nhiều đến những cái đó. 

Ngoài ra, nhiều nhãn hàng không giải thích cặn kẽ hoặc chỉ dùng những cụm từ chung chung như "công nghệ thẩm thấu sâu" mà không phân tích rõ vai trò của chất tăng thấm và hệ vận chuyển. Điều này làm người dùng cảm giác hai khái niệm này là một. Hơn nữa, các khái niệm như "hệ vận chuyển" thường được sử dụng nhiều trong nghiên cứu sản xuất hơn là trong thương mại.

Vậy nên hôm nay Phong sẽ giúp cho mọi người hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa chất tăng thấm và hệ vận chuyển trong mỹ phẩm! Đặc biệt là trong bài viết này thì Phong cũng sẽ giới thiệu với mọi người 1 nhóm chất tăng cường thẩm thấu thế hệ mới.

Nếu mọi người muốn nghe ở dạng clip, Phong để ở đây cho mọi người cùng xem nhé!

Phần 1: https://www.tiktok.com/@cophonghoacoc/video/7458524872415644946

@cophonghoacoc Phần 1: Chất tăng cường thẩm thấu khác gì so với hệ vận chuyển? Clip này sẽ khó nghe, nhưng Phong mong có thể giúp cho mọi người hiểu sâu hơn phần nào #cophonghoacoc #cosmetics #science #hoahoc #chemistry #chattangtham #hevanchuyen #fyp ♬ nhạc nền - Cô Phong Hoá Cọc

Phần 2: https://www.tiktok.com/@cophonghoacoc/video/7460398603295624466

@cophonghoacoc Phần 2: Phần này thì Phong sẽ nói sâu hơn về sự khác biệt của hệ vận chuyển, cũng như các loại hệ vận chuyển đang được sử dụng trên thị trường #cophonghoacoc #cosmetics #science #chemistry #delivery #system #hevanchuyen #fyp #skincare ♬ nhạc nền - Cô Phong Hoá Cọc

1. CHẤT TĂNG CƯỜNG THẨM THẤU

Theo thuật ngữ tiếng anh, thì chất tăng cường thẩm thấu có tên gọi là penetration enhancers. 

Về cơ chế hoạt động, chất tăng thấm sẽ có nhiệm vụ là làm gián đoạn lớp lipid của hàng rào bảo vệ da, giúp tăng tính linh động của lớp sừng, mở đường cho các hoạt chất dễ thâm nhập vào da hơn.

Nói nôm na cho dễ hiểu, các chất tăng thấm sẽ có vai trò giống như những chiến sĩ đào đường giúp cho các đoàn xe tăng đi qua dễ dàng hơn, ít bị gặp chướng ngại vật. Khi này, hàng rào bảo vệ da sẽ là mục tiêu để các chất này có thể "san bằng”.

Trong đó, có 4 cơ chế hoạt động khác nhau tùy thuộc vào loại chất tăng cường thâm nhập.

Polarity Alteration - Tương tác với đầu phân cực của lipid

Khi chất tăng thấm tương tác với các đầu phân cực (ưa nước) của lớp lipid kép, chúng sẽ hình thành liên kết hydrogen với nhau (hoặc do lực tương tác ion giữa các chất tăng thấm) giúp tạo ra khe hở nhỏ giữa các lớp lipid của tế bào.

Chất tăng cường thẩm thấu điển hình cho nhóm này là Azone®.

Fluidization - Tương tác với 1 miền của lớp lipid kép làm tăng tính lưu động

Thông thường, lớp lipid kép sẽ có 2 miền, 1 miền ưa nước và 1 miền ưa dầu.

Tùy thuộc vào đặc tính ưa nước hoặc ưa dầu của chất tăng cường thẩm thấu đó, chúng sẽ tương tác tương ứng với 1 trong 2 miền ưa nước hoặc ưa dầu của lớp lipid kép đó.

Ví dụ, propylene glycol hoặc butylene glycol là những phân tử ưa nước, chúng sẽ tương tác với lớp ưa nước của lớp lipid kép,  làm xáo trộn tính ổn định sẵn có.

Còn với oleic acid - phân tử ưa dầu, chúng sẽ tương tác với lớp ưa dầu của lớp lipid kép.

Phase Separation - Tương tác tách pha

Loại tương tác này sẽ phá vỡ cấu trúc cục bộ. Điều này dẫn đến sự hình thành các khoảng trống tại một số vùng nhất định. Dù theo hình thì dạng tương tác này sẽ không trực tiếp tạo ra các đường dẫn xuyên suốt qua màng da, nhưng nó làm cho màng lipid trở nên kém đồng nhất hơn. Những khoảng trống này sẽ:

- Làm giảm áp lực và sự cản trở cục bộ.

- Tăng tính linh động của lipid xung quanh (do làm giảm sự sắp xếp chặt chẽ).

Điều này cho phép các phân tử thuốc dễ dàng "lách" qua các vùng bị ảnh hưởng thay vì phải vượt qua một rào cản hoàn toàn nguyên vẹn.

*Loại tương tác tách pha này thường hoạt động cùng với các cơ chế khác như Fluidization hoặc Lipid Extraction, những quá trình này có thể tạo ra đường dẫn xuyên suốt bằng cách làm mềm và di chuyển lipid. Do đó, hiệu ứng của Phase Separation thường không đứng riêng lẻ mà hỗ trợ các quá trình khác trong việc làm tăng thẩm thấu.

Lipid Extraction - Tương tác phá vỡ lipid

Loại tương tác này mang tính thô bạo, các chất tăng cường thẩm thấu sẽ loại bỏ một phần lipid trong lớp màng lipid của da, tạo ra rất nhiều kẻ hở để cho hoạt chất thâm nhập vào.

Thường đây là những chất mang tính phá màng thô bạo như cồn khô, terpene, SLS/SLES.

2. Có những chất tăng cường thẩm thấu nào? Cần những điều kiện gì để được xem là 1 chất tăng cường thẩm thấu?

Về cơ bản thì có rất là nhiều loại chất tăng cường thẩm thấu khác nhau tính đến thời điểm hiện tại. Nó sẽ bao gồm các loại chất thuộc nhiều nhóm khác nhau như: Alcohol, Amide, Acid béo, Esters, Ether alcohols, Surfactants, Sulphoxides và các dẫn xuất, Tinh dầu, Terpene, Pyrrolidones, Oxazolidines, Phospholipids, Enzymes…

ĐIỀU KIỆN ĐỂ ĐƯỢC XEM LÀ 1 CHẤT TĂNG CƯỜNG THẨM THẤU

1. Không gây kích ứng da

2. Phải có tác dụng nhanh chóng

3. Không có bất kỳ hoạt động dược lý nào.

4. Chất đó nó chỉ tăng cường khả năng thẩm thấu của hoạt chất vào da, nhưng không gây thất thoát các chất bên trong cơ thể.

5. Khi loại bỏ chất tăng cường đó, các đặc tính của da sẽ nhanh chóng phục hồi trở lại.

6. Không màu, không mùi.

7. Tương thích với hoạt chất và các tá dược khác trong công thức.

8. Có thể chấp nhận được về mặt thẩm mỹ khi bôi lên da.

Đơn cử như cồn khô ethanol, đây là một loại chất tăng cường thẩm thấu được sử dụng khá phổ biến trong ngành mỹ phẩm. 

Theo đó, cồn sẽ thâm nhập vào da nhờ đặc tính kích thước phân tử nhỏ của nó. Khi thâm nhập vào rồi, chúng sẽ phá vỡ trật tự của lớp lipid kép đã được sắp xếp từ trước. Cuối cùng, cồn sẽ bay hơi đi và để lại đống đổ nát trên da. Lúc này, răng môi lẫn lộn, cỏ lúa như nhau. 

Nhìn chung, cồn sẽ phá lớp màng lipid trên da rất nhanh để mở đường cho các chất khác thấm vào. Nhưng mặt trái của cồn khô là có thể gây kích ứng da ở 1 số người bị suy yếu hàng rào bảo vệ, cũng như có mùi cồn khá hăng nếu như sử dụng ở nồng độ cao. Điều này cũng xảy ra tương tự với các loại tinh dầu như menthol, limonene, linalool, v.v. Nói chung, Phong hay gọi bọn này với cái tên thô kệch hơn, đó là “chất phá màng”.

Cơ mà nói đi cũng phải nói lại, thật sự thì cồn khô hay tinh dầu đều không xấu! Nếu như nhà bào chế họ biết tinh chỉnh hàm lượng trong công thức sao cho vừa đủ và người dùng họ phải am hiểu rõ làn da của mình.

3. CHẤT TĂNG THẤM THẾ HỆ MỚI

Nhưng mà Phong cũng muốn chia sẻ 1 chút xíu với mọi người như thế này. Hiển nhiên là những chất Phong vừa kể trên nó cũng không thể nào đáp ứng toàn diện 8 tiêu chí mà Phong đã đề cập. Đó cũng là lý do tại sao mà khoa học phải ngày càng phát triển để ngày càng tiệm cận tới những tiêu chuẩn hoàn mỹ hơn.

Và cho đến thời điểm hiện tại, các nhà khoa học họ đã phát minh ra một thế hệ tăng cường thẩm thấu mới mà ít gây rủi ro phá màng thô bạo hơn, đó là lipoamino acid. Loại chất này thì giới khoa học gọi nó với 1 cái tên mỹ miều hơn, đó là chất thúc đẩy sự thâm nhập, thuật ngữ tiếng anh gọi là absorption promoters.

Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của chất này nó sẽ tương tự như chất tăng cường thẩm thấu. Nhưng điểm khác biệt của chất thúc đẩy sự thâm nhập đó là nó sẽ tạo ra những vi kênh nhỏ trên màng tế bào mà không làm hỏng màng tế bào như các chất tăng cường thẩm thấu đời cũ. Để làm được điều này, thì cấu trúc của chất đó phải thân thiện và tương thích sinh học với màng tế bào. Bởi vì cơ thể con người sẽ không phản kháng với những chất quen thuộc. 

Vậy thì lipoamino acid là gì?

Lipo là tiền tố ưa dầu, amino acid thì có lẽ các anh em trong nghề cũng đã quen mặt rồi. Về cơ bản, amino acid là các phân tử ưa nước và chúng mang tính lưỡng cực do chứa 2 đầu amine và acid. 

Khi ghép thêm chuỗi carbon dài ngoằng vào tụi này thì nó sẽ giúp cho amino acid tăng tính ưa dầu, khi đó, lipoamino acid sẽ dễ len lỏi vào lớp phospholipid của màng tế bào.

Khi tụi nó đã len lỏi được vào màng tế bào, đầu phân cực giữa các amino acid sẽ đẩy nhau do tương tác cùng dấu, tạo ra những vi kênh nhỏ trên màng tế bào để các chất sẽ chủ động thâm nhập.

Thực tế thì công nghệ lipoamino acid này nó có rất nhiều hoạt tính khác nhau, tùy thuộc vào loại amino acid được chọn cũng như chuỗi acid béo được gắn vào. Nhưng về cơ bản thì chúng vẫn sẽ tạo ra những vi kênh trên màng tế bào để mang lại hoạt tính sinh học.

Chẳng hạn như:

- Phức hợp Sepicalm S WP. Đây là một phức hợp giúp giảm viêm, giảm stress và ổn định tế bào gồm 4 thành phần: Sodium Cocoyl Amino Acid, Sarcosine, Potassium Aspartate và Magnesium Aspartate. 

Trong phức hợp này, Sodium Cocoyl Amino Acid đóng vai trò chính như một chất giúp "mở đường" cho màng tế bào. Sau đó, các hoạt chất còn lại sẽ dễ phát huy hết công dụng của mình, như Sarcosine sẽ hút nước để bảo vệ bên ngoài tế bào, Potassium Aspartate và Magnesium Aspartate sẽ trực tiếp giảm viêm và tăng năng lượng cho tế bào, chung quy là mang lại tác dụng hiệp đồng.

- Dẫn xuất giữa amino acid glycine và acid béo 6C là caprylic acid sẽ tạo ra hợp chất Lipacide C8G. Hoạt chất này khi thâm nhập vào da nó sẽ mang tính kháng khuẩn, chống gàu, khử mùi.

- Hay như hợp chất Sepiwhite MSH. Đây là sự kết hợp giữa amino acid phenylalanine cùng với acid béo undecylenic acid nhằm ức chế enzyme MSH gây tăng sắc tố, giúp da trở nên sáng hơn.

4. HỆ VẬN CHUYỂN

Để gọi đúng thuật ngữ thì phải gọi nó là hệ vận chuyển hoạt chất, tiếng anh là delivery system.

Hệ vận chuyển sẽ khác với chất tăng cường thẩm thấu ở chỗ:

Nhìn chung, mục tiêu của hệ vận chuyển là chúng sẽ tập trung vào việc: Làm thế nào để vận chuyển 1 chất tới đích hiệu quả và an toàn? Bởi vì trong mỹ phẩm sẽ có những hoạt chất rất dễ bị phân hủy ở trên đường đi, cũng như là có thể gây kích ứng nếu da dung nạp 1 lượng quá mức cho phép.

Nói không đâu xa, điển hình nhất là Retinol - một thành phần rất là nhạy cảm với tia UV nếu sử dụng vào ban ngày. Hay như tinh dầu tràm trà, đây là một hoạt chất được dùng từ trước để chấm mụn, nhưng đặc tính của chất này rất dễ bị bay hơi và tụi nó có thể gây kích ứng nếu như da phải tiếp xúc 1 lượng lớn mà không có sự kìm hãm.

Vậy nên, trong mảng bào chế thì người ta sẽ chọn những loại công nghệ vận chuyển khác nhau nhằm kiểm soát về hiệu quả, độ bền cũng như kìm hãm tác dụng phụ của hoạt chất. Và việc lựa chọn các loại công nghệ vận chuyển này nó cũng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính của mỗi chất, cũng như chi phí sản xuất.

4.1. Loại công nghệ vận chuyển giải phóng dựa trên sự hòa tan (Dissolution-Controlled Mechanism)

Với loại công nghệ vận chuyển này thì các hoạt chất được bao bọc bên trong một màng polyme. Còn lớp màng polymer này sẽ là những chất có khả năng hòa tan tốt trong nước. Ví dụ như hydroxypropyl methylcellulose, tinh bột, xanthan gum, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone. Khi gặp nước, lớp màng này sẽ dần được hòa tan và giải phóng hoạt chất bên trong. 

4.2. Loại công nghệ vận chuyển giải phóng dựa trên sự khuếch tán (Diffusion-Controlled Mechanism)

Với loại công nghệ vận chuyển này thì nguyên liệu polymer được sử dụng lại không tan trong nước. Nó có thể là ethyl cellulose, chitin, polyethylene hoặc polyurethane.

Và để giải phóng hoạt chất, thì chỉ cần môi trường bên ngoài có nồng độ thấp hơn so với bên trong hệ vận chuyển thì hoạt chất sẽ tự khắc khuếch tán.

4.3. Loại công nghệ vận chuyển giải phỏng dựa trên sự trương nở (Swelling-Controlled Mechanism)

Với loại này thì các polymer được sử dụng thì nó không hoàn toàn tan trong nước do có liên kết chéo giữa các chuỗi polymer, điển hình là tụi amylopectin. Khi gặp nước, tụi nó sẽ trương nở ra và tạo ra những cái kênh nhỏ giúp hoạt chất được thoát ra ngoài.

Ví dụ đơn giản nhất cho loại công nghệ vận chuyển này đó là nguyên liệu Biogenic BHA. Đây là hệ vận chuyển mà BHA nó được đóng gói trong 1 lớp màng ưa nước bao gồm polydextrose, dextrin, amylopectin. 

Trong đó, polydextrose và dextrin là 2 thành phần dễ tan trong nước, còn amylopectin thì không, nhưng thành phần này nó có thể tự trương nở khi gặp nước. Khi 2 tphần polydextrose và dextrin trong vỏ bọc bắt đầu tan, tụi nó sẽ tạo ra những vi kênh để giải phóng BHA vào trong da.

4.4. Loại công nghệ vận chuyển giải phỏng dựa trên sự thẩm thấu (Osmosis-Controlled Mechanism)

Loại công nghệ vận chuyển này sẽ phân phối thuốc thông qua nguyên tắc thẩm thấu để giải phóng thuốc theo cách được kiểm soát.

Một cách cụ thể hơn, thẩm thấu là một hiện tượng vật lý, trong đó dung môi (chất lỏng như nước) di chuyển qua một màng bán thấm từ vùng có nồng độ chất tan thấp đến vùng có nồng độ chất tan cao. Hiện tượng này xảy ra để cân bằng nồng độ chất tan giữa hai bên của màng.

Với đó, hệ thống vận chuyển này bao gồm một màng bán thấm (có nguồn gốc từ polycarbonate, polyurethane, cellulose acetate hoặc ethyl cellulose). Khi tiếp xúc với môi trường nước, nước khuếch tán vào hệ thống qua màng bán thấm theo sự biến đổi của nồng độ chất tan. Điều này tạo ra một sự biến đổi áp suất thẩm thấu dẫn đến việc giải phóng thuốc vào môi trường thông qua một lỗ phân phối cụ thể có trên màng.

4.5. Loại công nghệ vận chuyển giải phóng dựa trên sự phân hủy sinh học của màng (Biodegradation-/Erosion-Controlled Mechanism)

Công nghệ phân phối hoạt chất này giải phóng thuốc chậm theo thời gian vào môi trường xung quanh thông qua quá trình phân hủy sinh học. Không giống như các hệ thống kiểm soát hòa tan, các công thức polymer được sử dụng trong các hệ thống này trải qua quá trình thủy phân hóa học hoặc sự phân giải chậm của enzyme. Điều này làm lỏng ma trận, cho phép thuốc được giải phóng. 

Các polyme cấu tạo nên công nghệ vận chuyển này có khả năng phân hủy sinh học tốt, và loại được sử dụng phổ biến nhất là poly-lactic acid, polyglycolic acid và polylactic-co-glycolic acid (tức là sự kết hợp giữa lactic acid và glycolic acid). Về cơ bản thì đây là những loại alpha-hydroxy acid, tức là trong công thức hóa học của chúng sẽ có nhóm -OH và -COOH, khi đó, các nhà hóa học sẽ lợi dụng 2 nhóm chức này và tạo ra liên kết ester, cho ra polymer.

Và để cho hệ thống phân phối hoạt chất này được giải phóng, thì hẳn nhiên là phải có sự góp mặt của nước cũng như 1 ít xúc tác như môi trường acid, hay enzyme là đủ.

Ví dụ với loại công nghệ giải phóng này đó là các vi kim poly(lactic-co-glycolic acid) được cấy ghép trong da đã được sử dụng trong thử nghiệm để giải phóng etonogestrel - một loại thuốc progestin được sử dụng để tránh thai ở phụ nữ. Thuốc được phát hiện trong huyết tương sau 336 giờ cấy ghép vào da chuột.

4.6. Loại công nghệ vận chuyển giải phóng dựa trên sự kích hoạt bên ngoài (Stimulus-Activated/-Modulated Mechanisms)

Nhóm phương tiện phân phối hoạt chất cuối cùng liên quan đến việc sử dụng kích thích bên ngoài để kích hoạt giải phóng thuốc.

Việc tiếp xúc với kích thích bên ngoài sẽ gây ra những thay đổi về mặt vật lý hoặc hóa học trong hệ thống polyme, dẫn đến sự giải phóng thuốc.

Ví dụ, các vi kim được sử dụng để phân phối insulin (thuốc dành cho người tiểu đường) thường sử dụng yếu tố về độ pH làm chất kích thích để giải phóng thuốc.

Loại công nghệ vận chuyển này sẽ chứa các thành phần cảm biến glucose (thường là glucose oxidase) và 1 chất cảm biến pH (chẳng hạn như polymer có thể bị phân hủy bởi độ pH). Khi các vi kim siêu nhỏ tiếp xúc với glucose trong máu, glucose sẽ mở vòng và chuyển đổi thành gluconic acid bởi enzyme glucose oxidase được gắn trên màng vận chuyển. Điều này dẫn đến việc giảm độ pH của môi trường lân cận (do gluconic acid). Sau đó, lớp màng vận chuyển sẽ bị phân hủy và thúc đẩy giải phóng insulin.

5. KẾT LẠI

Đến thời điểm hiện tại, việc sử dụng chất tăng cường thẩm thấu, hay chất thúc đẩy thâm nhập qua da hoặc có thể là hệ vận chuyển để đưa hoạt chất vào sâu trong da là không còn quá xa lạ trong ngành mỹ phẩm này. Mỗi chất có 1 điểm hay và điểm dở khác nhau, nhưng nhìn chung, tùy thuộc vào mục tiêu của nhà bào chế, họ sẽ phải lựa chọn loại chất tăng thấm/công nghệ vận chuyển nào phù hợp.

Phong mong rằng bài viết này sẽ cung cấp cho bạn 1 góc nhìn rộng hơn về các chất tăng thấm và hệ vận chuyển hoạt chất được sử dụng trong mỹ phẩm.

À, nếu mọi người có nhã hứng xem nội dung này ở dạng clip, Phong để dưới đây cho mọi người cùng xem nha!

@cophonghoacoc Phần 1: Chất tăng cường thẩm thấu khác gì so với hệ vận chuyển? Clip này sẽ khó nghe, nhưng Phong mong có thể giúp cho mọi người hiểu sâu hơn phần nào #cophonghoacoc #cosmetics #science #hoahoc #chemistry #chattangtham #hevanchuyen #fyp ♬ nhạc nền - Cô Phong Hoá Cọc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Dragicevic, N., Atkinson, J. P., Maibach, H. I. (2015). Chemical penetration enhancers: classification and mode of action. In Percutaneous penetration enhancers chemical methods in penetration enhancement: modification of the stratum corneum (pp. 11-27). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
2. Jamaledin, R., Makvandi, P., Yiu, C. K., Agarwal, T., Vecchione, R., Sun, W., Maiti, T. K., Tay, F. R., Netti, P. A. (2020). Engineered microneedle patches for controlled release of active compounds: recent advances in release profile tuning. Advanced Therapeutics, 3(12), 2000171.