Proses Iontophoresis dan Aplikasinya dengan Technology Patch

Kulit terdiri dari 3 lapisan utama :

1.Epidermis, tanpa pembuluh darah
- Ujung saraf
- Serat otot
Tipe sel yang membentuk epidermis :
Keratinocit (building blocks epidermis)
Melanosit (sel yang memproduksi pigmen melanin)
Sel Langerhan yang berperan dalam system imnitas kulit
Epidermis terbagi atas beberapa lapisan (dari atas)
1.corneum
2.lucidum
3.granulosum
4.spinosum
5.basale

2.Dermis, terdiri dari
- Jaringan penghubung (terbentu dari fibroblast yaitu sel yang bertanggung jawab atas pembentukan kolagen dan serat elastis)
- Pembuluh darah
- Sel darah putih (limfosit dan sel lainnya terkait dgn system imun)
- Ujung saraf
- Folikel rambut
- Kelenjar keringat
- Kelenjar sebaceous (sekresi sebum)

3.Hypodermis
Disebut sebagai jaringan sub cutaneus dan merupakan lapisan paling dalam dari kulit dan berfungsi untuk mempertahankan suhu tubuh, melindungi organ di dalamnya juga sebagai tempat cadangan lemak dan energi.

Dermis dan viable (bagian dalam) epidermis merupakan target proses biologi active agents kosmetik seperti penuaan kulit dan pigmentasi.

Struktur 3 dimensi kulit terlihat dalam diagram berikut
a.Kulit tipis tanpa rambut pada telapak tangan

b.Kulit tebal berambut pada forearm.

Lapisan terluar epidermis, yaitu Stratum Corneum(SC) berisi corneocyte (bagian tebal sel cornified), yang digabungkan satu sama lain dengan lemak epidermal. Cirinya, ada sekitar 15-20 lapisan sel, dan lemak 10-30% volume total dari SC. Lapisan ini sebagai barrier sehingga dapat mencegah invasi substansi tertentu seoperti mikroorganisme, kimia dan penyebab alergi.

SC tidak bisa membedakan invasi asing
Buruk seperti bahan kimia beracun dan bakteri
Baik seperti active agents kosmetik atau obat
Jjka molekul kecil larut lemak bisa masuk kedalam SC, lalu menyebar melalui membran lemak bilayer, tidak demikian halnya dengan senyawa larut air dengan molekul berion tidak mampu berpenetrasi melalui lapisan barrier ini lapisan penghalang sehingga kurang cocok untuk penghantaran rutin kecuali ada sumber energi luar yang membantu menghantarkan active agents masuk kedalam kulit.


Salah satu tujuan cosmetology modern adalah mencari solusi agar active agents bisa penetrasi dengan baik kedalam kulit sehingga manfaatnya bisa dirasakan

Iontophoresis merupakan prosedur hampir tanpa rasa sakit yg menggunakan arus elektrik ringan untuk menghantarkan senyawa ion larut air masuk hingga kejaringan dalam kulit.


Iontophoresis
Iontophoresis merupakan teknik penghantaran dermal dan transdermal dimana active agents (bioactive molecules) dihantarkan masuk kedalam kulit menggunakan arus listrik ringan.
Iontophoresis membentuk hantaran potensial melalui lapisan kulit dikarenakan arus elektrik sehingga ion active agents bermigrasi ke dalam kulit dengan cara tolakan electrostatic pada elektroda aktif : ion negative dihantarkan katoda dan ion positif dihantarkan oleh anoda.
Active agents dalam larutan, gel atau krim ditempatkan diantara elektroda aktif (juga disebut elektroda penghantar) dan kulit. Arus listrik lemah diaplikasikan untuk satu periode waktu tertentu.

1.Teori
Pada Iontophoresis, aliran ion menembus membran dikarenakan arus elektrik sebagai hasil kombinasi 3 komponen yaitu :
a.Iontophoretic (pergerakan dikarenakan perbedaan arus elektrik)
b.Electroosmosis ( pergerakan air dikarenakan arus listrik)
c.Difusi (Peningkatan permeabilitas kulit pada area tertentu)
Aliran active agents dipengaruhi oleh :
1.Densitas arus
2.Konsentrasi active agent
3.Muatan molekul yang dipengaruhi pH lingkungan
4.Koefisien difusi yang merefleksikan kemampuan molekul untuk penetrasi melalui membran kulit. Faktor penting yang mempengaruhi difusi molekul adalah ukurannya- difusi lebih baik untuk molekul yg lebih kecil.

2.Electroosmosis
Active agents juga bisa dihantarkan melalui elektroosmosis. Saat arus elektrik diaplikasikan, air mengalir dari elektroda penyimpan air menuju kulit. Active agents dalam larutan air, berion atau tidak, akan mengikuti aliran air masuk kedalam kulit. Elektroosmosis selalu mengarahkan aliran ion yang saling bertentangan. Kulit manusia dalam muatan negative pada pH diatas 4 sehingga ion yang bertentangan yaitu ion positif dan oleh karena itu aliran elektroosmosis selalu terjadi dari anoda ke katoda. Jika hanya active agents non ion yang dihantarkan, sangat penting menambahkan jumlah secukupnya elektrolit seperti NaCl kedalam larutan sebagai konduktor untuk menjamin efisiensi aliran elektroosmosis

3.Faktor yang mempengaruhi Treatment Iontophoretic

a.Karakteristik active agents - ukuran molekul, muatan dan bentuk garam

Ukuran molekul, muatan dan bentuk garam dari active agent menentukan pola penghantaran iontophoretic.
Molekul muatan positif tunggal dihantarkan dengan lebih efisien daripada molekul muatan negative tunggal. Hal dikarenakan pH diatas 4, muatan tubuh negatif. Semakin besar ukuran molekul, semakin sedikit penyebarannya. Ukuran berat molekul protein dan peptide 3,000-5,000 Dalton dihantarkan secara efektif dengan iontophoresis.

Perbedaan bentuk garam memiliki konduktivitas yang berbeda pula yang akan mempengaruhi tingkat penghantaran iontophoresis. Dipertimbangkan juga pH larutan untuk memastikan jumlah ion active agent

b.Konsentrasi

Peningkatan konsentrasi active agent akan meningkatkan penyerapan oleh kulit dengan iontophoresis

c.Konduktivitas formulasi, pH dan bahan lainnya

Berdasarkan teori Henderson-Hasselbalch, pH merupakan factor yang mempengaruhi jumlah active agent dalam bentuk ion, sehingga saling berkaitan antara pH formulasi, KA (konstanta pengurai asam) dan konsentrasi asam lemah (atau basa)

pH = pK + log [ A ]
-----
[ AH]

Iontophoresis yang optimum :
1.Banyak active agents berion
2.pH formula pas
Jika pH rendah, maka konsentrasi ion hidrogen meningkat, yang akan memacu reaksi vascular (vasodilation) melalui C-fiber activation yang tidak dinginkan. Lebih baik menjaga pH mendekati 7. Pada pH 5.5 kebawah, resiko reaksi vascular dan inflamasi meningkat.

pH bisa turun juga karena reaksi elektrolisis air selama iontophoresis dan bisa dikurangi dengan menggunakan buffer, atau memilih materi elektroda tepat seperti silver-silver klorida.

Elektrolit pada formulasi
Arus elektrik dibawa oleh ion positive dan negative dalam larutan. Active agents non-ionic larut air diharapkan penetrasi melalui electroosmosis, dimana elektrolit diperlukan untuk mencapai densitas arus serta aliran ion yang diinginkan.

Tipe formulasi – gel vs emulsi vs larutan

Formula yang berbeda akan mengubah tingkat migrasi active agent dengan arus elektrik yang akan dikaitkan juga dengan perbedaan pada konduktivitas formula, viskositas, arus elektrik active agents serta bahan formulation excipient.
Disaat emulsi digunakan, harus diyakinkan bahwa konduktansi formula cukup memungkinkan arus yang efektif, dikarenakan transfer active agent oleh arus elektrik tergantung pada kekuatan arus.
Hal ini yang menyebabkan mengapa emulsi air dalam lemak tidak bisa digunakan untuk penghantaran iontophoresis secara langsung. Fase bertahap dari tipe emulsi ini tidak konduktif.


4.Tipe, Intensitas dan Durasi Arus Elektrik

Tipe arus :
Sebagian besar iontophoretic menggunakan arus konstan. Sebagian lainnya, arus elektrik lemah dan perlahan ditingkatkan, lalu diturunkan kembali menjadi nol. Beberapa lainnya menggunakan arus kejut untuk menghantarkan active agent.

Intensitas dan Durasi Arus Elektrik

Berdasarkan Hukum Faraday, jumlah ion yang dihantarkan oleh iontophoresis berbanding lurus dengan jumlah energi (Q), mis. waktu dan arus elektrik. Jumlah ion yang sama akan dihantarkan oleh arus yang berbeda, jika waktu aliran arus berbanding terbalik dengan kekuatannya. Tingkat kekuatan arus yang dihantarkan ke kulit sangatlah penting. Saat arus lebih kuat, lebih banyak penetrasi ion. Akumulasinya menghasilkan efek local yang diinginkan dan bahkan bisa membangun cadangan ion yang kemudian akan berdifusi lebih dalam ke kulit, sehingga bisa menyebabkan efek jangka panjang. Pada iontophoresis kosmetik, penerimaan terhadap treatment sangatlah penting. Inflamasi atau gatal tidak bisa diterima. Kadang seseorang seharusnya tidak menggunakan intensitas arus tinggi. Terlebih lagi, sensasi yang dirasakan konsumen berbeda2.

Ukuran, Arus dan Kealamian Elektroda

Material elektroda yang digunakan seharusnya tidak berbahaya terhadap tubuh dan cukup flexible untuk diaplikasikan dekat dengan permukaan tubuh. Distribusi aktif agent dalam kulit tergantung pada ukuran dan posisi elektroda.

4.Keamanan

Iontophoresis memiliki prosedur yang aman. Brand et al melaporkan bahwa arus elektrik sampai 500 µA/cm2 untuk 5, 10 dan 25 menit menyebabkan sedikit ketidaknyamanan, seperti perih dan “sensasi sengatan lembut�. 500 µA/cm2 untuk 5, 10 dan 25 menit menyebabkan perubahan drastic pada trans epidermal water loss (TEWL), yang sama dengan aplikasi karena larutan elektrolit.

Efek dari arus elektrik lemah DC pada kulit manusia lebih lanjut dipelajari oleh Camel et al. Dalam sebuh study, dengan 36 orang voluntir, menerima 10 menit penghantaran arus, pada 100 µA/cm2 pada 1 cm2 area patch dan 200 µA/cm2 pada 6.5 cm2 patch area. Iritasi kulit dievaluasi melalui pengukuran2 yang berulang untuk TEWL, kapasitansi, suhu tubuh, warna kulit, dan system scoring visual, sebelum treatment dan setelah patch diangkat. Tidak ada kerusakan pada barrier kulit baik dalam kondisi kulit kehilangan air atau kulit mengandung air yang bisa dideteksi.

Menurut Singh et al, yang melakukan investigasi efek arus lemah DC untuk 4 group ethnic (Kaukasia, Hispanics, Kulit Hitam, dan Kulit Asia), aplikasi ini juga tidak bermasalah. Dalam study ini, treatment dilakukan lebih dari 4 jam dengan densitas arus 200 µA/cm2. Fungsi barrier kulit bisa kembali, tidak ada perubahan suhu tubuh secara significan dibandingkan control, pada group ethnic manapun pada setiap observasi dan edema juga tidak terlihat. Berdasarkan patch removal, nilai erythema sementara terangkat. Jadi, selama arus lemah, tidak ada resiko pembendungan dari treatment iontophoresis.

5.Formula untuk Iontophoresis bagi Kosmetik dan Dermatologi

Supaya efisien, sebaiknya active ingredient hanya menjadi molekul tunggal dalam larutan, tapi biasanya formula kosmetik dan dermatology, banyak excipient sebagai tambahan active ingredients.
Beragam active ingredients yang bisa digunakan dalam iontophoresis kosmetik. Active ingredients ionic kosmetik mencakup banyak molekul anion (dalam bentuk garam), seperti alpha- and beta-hydroxy acids (mis., lactic, glycolic acid, dan salicylic acid) yang penting dalam treatment penuaan kulit; retinoic acid yang berguna untuk treatment jerawat dan luka; senyawa vasoactive seperti caffeic acid, lipoic acid dan nicotinic acid yang berguna untuk treatment selulit; dan vitamin, seperti Vitamin C dan garam stabilnya, yang bisa digunakan untuk mencerahkan kulit hyper-pigmented. Jenis anion diatas akan dihantarkan melalui katoda. Sama juga, active ingredients kation yang digunakan dalam kosmetik, seperti kation beragam mineral (sodium, potassium, calcium, magnesium, etc) dihantarkan secara iontophoresis melalui anoda.
Asam amino dan peptida juga calon yang baik sebagai penghantaran iontophoresis dengan pH yang menjaga dalam bentuk ion. Banyak non-ionik, spt active ingredients kosmetik larut air seperti kafein untuk selulit juga bisa dihantarkan menggunakan elektroosmosis melalui anoda.

6.Patch Iontophoresis
1.Umum
Iontophoresis mengandung sumber elektrik (spt batere), elektroda dan active agent dalam carrier berbentuk gel, cream atau larutan. Dalam proses iontophoresis, arus, ditransfer dari elektroda menuju larutan active ingredients sebagai aliran ionic. Ion active ingredient dipindahkan ke kulit masuk kedalam kulit hingga stratum corneum.

2.Charme Eye & Cheek Wrinkle Patch
Generasi baru dari patch iontophoresis, berisis batere terintegrasi dengan 2 macam patch:
a.20 minute Power Patch Hydrogel
b.20 minute Power Patch Non Woven

Power Patch product ini tipis, flexible, aman, non toxic, sumber energi disposable dan mikroelektrik, simple, tidak mahal.
Patch ini berfungsi :
Meningkatkan penghantaran lotion, gel, serum dan formula kosmetik lain
Menyediakan efek superior dari pencerahan kulit dan whitening, anti acne, melembabkan, mengencangkan, meratakan wrinkle, luka, treatment selulit serta banyak kerusakan estetik kulit.
Patch ini bisa didesign untuk bagian tubuh manapun.

3.Keunggulan Charme Eye & Cheek Wrinkle Patch

a. Passive delivery
Molekul yang bisa disisipkan masuk kedalam hydrophobic stratum corneum (SC) harus kecil dan larut lemak yang selanjutnya akan berdifusi menembus membran lemak menuju epidermis
b.Enhanced Passive delivery
Passive patch yang menggunakan peningkat penetrasi seperti emulsifier atau pelarut efektif menembus stratum corneum dan meningkatkan TEWL (Trans Epidermal Water Loss) sehingga mekanisme penyerapan ini paling popular digunakan.
c.Active delivery
Sumber energi luar digunakan untuk menggerakan active ingredients masuk kedalam kulit.

Charme Eye & Cheek Wrinkle Patch merupakan teknologi gabungan ke-3 mekanisme diatas.

Passive Delivery (formula kosmetik untuk menghantarkan active agent larut lemak) + Enhanced Passive Delivery (efek penyerapan disebabkan oleh patch) + Active Delivery (arus elektrik ringan untuk menghantarkan active agent larut air)

Penetrasi kebagian epidermis kulit bisa dilakukan dengan :
Passive delivery dengan menggunakan active agent larut lemak
Iontophoresis active delivery dengan menggunakan active agent larut air.
Passive delivery juga meningkatkan efek dengan pemakaian patch jangka panjang

4.Contoh treatment iontophoretik kosmetik dengan Charme, Eye & Cheek Wrinkle Patch

Vitamin C dikenal sebagai sebagai penghambat pembentukan melanin juga mengurangi oksidasi melanin. Bagaimanapun juga, vitamin C tidak mudah penetrasinya ke kulit.

Charme, Eye & Cheek Wrinkle Patch yang dicoba volunteer menggunakan active agent bentuk Vitamin C dinamakan Magnesium Ascorbyl Phosphate (MAP) 3.0% gel, memperlihatkan rata-rata penurunan 50% ukuran spot dan 60% rata-rata penurunan intensitas pigmen dalam 42 hari. Efek secara signifikan terlihat nyata hanya 7 hari setelah pemakaian. Efek ini 300% lebih baik dari hasil yang dicapai oleh penggunaan MAP 3% secara pasif ke wajah tanpa aplikasi arus listrik.

Efek Anti Wrinkle

Charme Eye & Cheek Wrinkle Patch dilengkapi dengan sel elektrik dan hydrogel, yang digunakan untuk mengurangi wrinkle wajah. Tretament sekali dalam 20’ menghasilkan pengurangan jumlah serta kedalaman wrinkle dibawah mata dan diujung mata. Efeknya terlihat langsung setelah patch dibuka dan bertahan beberapa jam. Dalam kasus tertentu bisa mencapai 24 jam. Treatment yang berulang menghasilkan efek jangka panjang pada kulit wajah.

7.Mekanisme

Efek jangka pendek Charme Eye & Cheek Wrinkle Patch disebabkan karena adanya mineral pada patch (ion spt potassium, sodium, etc).
Saat patch ditempatkan, sirkuit elektrik ditutup sehingga elektrik mulai mengalir, menyebabkan ion + dikeluarkan dari anoda (elektroda aktif positif) dan secara aktif dihantarkan melewati stratum corneom menuju epidermis.
Kation ini membawa serta kerangka hidrasi (susunan molekul air yang terbentuk sebagai hasil dari interaksi electrostatic) yang menghasilkan hidrasi eksternal pada epidermis
Keseimbangan mineral dan tekanan osmotic di epidermis terganggu (karena penetrasi mineral/kation) sehingga terjadi penambahan hidrasi internal dari dalam dermis kulit supaya seimbang
Mekanisme double hidrasi ini mengakibatkan penurunan kedalaman wrinkle secara instant serta kulit lebih lembut

Efek jangka panjang merupakan hasil aktifitas biological active (spt peptida, antioksidan, etc) yg dihantarkan baik melalui iontophoretic maupun elektroosmosis dengan cara stimulasi jaringan, meningkatkan aliran darah, pernafasan dan regerasi sel. Elektrik menyebabkan terbukanya pori sehingga meningkatkan penetrasi biological actives. Semua ini bisa meningkatkan metabolisme sel dan produksi kolagen dan elastin serta mengurangi kedalaman wrinkle.

Charme, Eye & Cheek Wrinkle Patch- Penghantaran Aktif

8.Panduan Formulasi
Active agents
Disarankan melakukan test konduktifitas kesesuaian terhadap aplikasi iontophoresis
Formula sebaiknya berisi air sbg konduktor yg bisa berbentuk larutan cair spt gel atau emulsi lemak dalam air
Sebaiknya active ingredient berbentuk ion positif dan larut air seperti Na+, K+
Jika ion positif tidak dapat digunakan maka molekul polar dengan sebagian berbentuk ion positif juga merupakan option yg baik. Sbg contoh, peptida yg disisipkan dalam formula pH utk memenuhi kebutuhan peptida positif
Active ingredients tanpa muatan bisa dihantarkan kedalam kulit dgn eletroosmosis tapi hasil kurang optimal
Active yg kelarutan airnya rendah bisa dihantarkan jka terlarut dalam pelarut dan/atau emulsifier yang pas
Sebaiknya ukuran kecil. Mw = 40% (w/w) glycerin (sebaiknya dites dulu jenis dan jumlahnya supaya mendapatkan konduktivitas yang optimal)
Elektrolit

Arus elektrik dibawa ion positif dan negative dalam larutan
Dalam kasus active agent non-ionic larut air yg diharapkan untk penetrasi melalui elektroosmosis, elektrolit diperlukan utk memfasilitasi densitas arus serta aliran ion yg diinginkan

Tipe formulasi – gel vs emulsi vs larutan

Migrasi active agent dengan arus elektrik akan berubah sesuai dgn formulanya baik untuk konduktivitas formula, viskositas, arus elektrik active ingredient dan bahan dari formulation’ excipients.

Dalam emulsi yang digunakan, konduktan dari formula harus cukup supaya terjadi arus efektif karena transfer active agent oleh arus elektrik tergantung pada kekuatan arus. Oleh sebab itu, emulsi w/o tidak dianjurkan karena tipe emulsi ini tidak konduktif.

Viskositas formula

Utk adhesi optimal, viskositas 10,000-60,000 cps disarankan
Formula dgn viskositas yg lebih tinggi atau rendah sebaiknya dicoba dulu dengan dikombinasikan dgn patch