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符合道德采购和可持续性的修复 受损皮肤屏障的活性成分

来源:荣格-《国际个人护理品生产商情》 发布时间:2021-11-16 1051
食品饮料及个护个人护理品原料配料加工生产设备包装设备及材料其他 技术前沿
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在提取BNPCE后,压滤饼所剩余的残渣被返还给当地社区,这些社区根据其风俗使用这些残渣为土地施肥。由于这些巴西坚果的残渣最终回归到土地,我们实现了无残留物的产品循环。

本科学论文旨在论述一种可持续使用的新处方活性成分,即巴西坚果压滤饼提取物(BNPCE),它来自从巴西坚果油中提取的副产物,可以修复受损皮肤的屏障功能。事实上,转录组学和蛋白质组学研究已经证明,该化妆品活性成分可以有效上调在维持角质层凝聚力和质量(脂质的合成和运输以及角质细胞成熟为角化细胞的分化过程)以及在维持表皮结构和凝聚力方面发挥重要作用的基因。两项临床研究证明,该活性成分在三个主要层面作用于皮肤屏障功能,从而有效改善皮肤水合水平并减少皮肤受损的志愿者皮肤发红现象。

前言


我们的皮肤是我们抵御环境中入侵者的主要屏障,这些入侵者包括过敏原、病原体、刺激物、紫外线或化学物质等。它创造了一个被称为皮肤屏障的保护盾,防止这些入侵者进入我们的身体。此外,皮肤可以防止我们的身体失去水分,将水分锁在体内。该屏障由三个结构层面组成,每一层都发挥着重要作用。首先是在角质层中参与角化细胞固定的脂质基质,就像砂浆和砖块一样。组成脂质基质的主要脂质有长链神经酰胺、游离脂肪酸和胆固醇,它们以薄层状结构排列,形成一种连续性的保护结构(1)。此外,角化细胞在调节水通量和保留皮肤内部水分方面具有重要的作用,这是因为角化细胞富含主要来源于角蛋白和丝聚蛋白分解产物的天然保湿因子(NMF)。成熟角化细胞的角化细胞包膜高度疏水,且对于正常发挥屏障功能至关重要(2)。角质层中脂质和角化细胞的更新对于保持该表皮层的健康和功能结构非常重要。事实上,研究表明其组成和结构的改变与皮肤病的发生有关(3,4)。负责屏障功能的第三层结构是有活性表皮,它由角质细胞通过桥粒和黏着小带紧密连接形成(4)。角质细胞间的凝聚力也与细胞骨架的质量密切相关,而细胞骨架的质量有赖于微丝、中间丝和微管,它们之间相互连接并与细胞连接,从而构成细胞骨架(5)。

除污染或紫外线等环境刺激外,我们的一些习惯也会对皮肤造成机械刺激并影响其屏障功能。例如,对每日剃须的男士而言,刀片在皮肤上的反复作用是一种已知的皮肤刺激;而经常使用防护口罩会造成局部摩擦或温度升高,从而改变皮肤的表面(6,7)。一旦皮肤屏障受损,病原体就可以进入皮肤的深层,引起发红、痤疮或者敏感度增加等皮肤问题(8)。同时,经皮水分流失(TEWL)的程度也会增加,造成皮肤干燥。皮肤受损后,环境中有害成分的渗透加剧,水分流失增加,形成危害性的恶性循环(9,10)。

所有的这些变化都会引起皮肤不适。因此,使用合适的化妆品活性成分来增强和修复弱化的皮肤屏障对维持皮肤健康完好必不可少。实现这一目的的最佳方法是开发一种能够同时在三个结构层次上维持强有效的皮肤屏障功能的活性成分。此外,由于消费者对其所用化妆品的来源和影响日益关注,我们开发了一种高度可持续的活性成分(巴西坚果油的提取副产物)来改善受损皮肤。

该活性成分直接来源于2400万不同种族人群所居住的亚马逊雨林。几个世纪以来,这些人群学会了与森林及相关物种和谐相处,特别是其中最重要的一个物种:巴西坚果树。这种树结出的坚果在完全成熟后掉落在地面,然后被采集者人工收集。从雨林中收集的巴西坚果被运送到亚马逊中心的加工点,然后被切开,取出的种子被榨成富含多酚的油,主要用于化妆品。

我们与27个当地社区达成密切合作,为这些社区中的家庭提供了社会和经济机会,这成为他们获取额外收入的重要来源。由于这种合作,很多家庭通过收获巴西坚果赚取了足够的收入,从而避免了将森林改变成农田。这些社区也因此变成了森林的守护者。


我们发现从巴西坚果油提取过程中产生的压滤饼富含多酚,这些多酚表现出了喜人的化妆品特性。因此,这些压滤饼并没有被当作废弃物进行处理,而是成为了巴西坚果压滤饼提取物(BNPCE)这一新的活性成分,实现了价值的增值。


此外,在提取BNPCE后,压滤饼所剩余的残渣被返还给当地社区,这些社区根据其风俗使用这些残渣为土地施肥。由于这些巴西坚果的残渣最终回归到土地,我们实现了无残留物的产品循环。

这种基于透明供应链的可靠采购是对保护亚马逊雨林的承诺。


材料与方法
巴西坚果压滤饼提取物(BNPCE)
巴西坚果(学名:Bertholletia excelsa)的种子经过冷压来最大限度地回收其中的油性成分。在提取之前,巴西坚果种子的压滤饼(副产品)在80°C加热8小时,得到细菌、霉菌和酵母菌含量都降低至可接受范围内的干种子饼。

使用70%的乙醇水溶液(V/V)进行提取。提取时,将种子饼在提取溶剂中完全混合均匀,并在室温和环境大气压力的条件下持续搅拌1小时(500rpm)。然后,用多孔滤器过滤所得提取液,过滤时先使用3-10微米孔径的滤纸来去除植物生物质,从而得到清澈的溶液。


将所得滤液提取物在恒定真空下减压浓缩,并在50°C下持续搅拌,直至乙醇完全蒸发,获得水性浓缩液。

最后,将所得浓缩液与适当体积的甘油和水相混合,得到最终溶剂比为80%(V/V)的甘油水溶液,且每100克提取物中的多酚含量高于45毫克,所得最终提取物即巴西坚果压滤饼提取物(BNPCE)。

转录组学和蛋白质组学实验方案
采用3D全层重建人体皮肤模型FTS(Phenion,Henkel),对BNPCE的效果进行了体外评估。在37℃和二氧化碳(CO2)含量5%的加湿环境下,在Phenion培养基的气液界面进行组织培养。

FTS在37℃和 5% CO2条件下分别培养24小时和6天后,将浓度为0.25%的BNCPE或安慰剂以2mg/cm²的剂量涂于FTS表面。啫喱霜成分(按国际化妆品成分命名法 [INCI]):水、二辛基醚、苯氧乙醇、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/VP共聚物、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸甲酯、柠檬酸、柠檬酸钠、香料、±1%BNPCE。

皮肤模型在收到1天后达到平衡,然后外用0.25%配制好的试验样品(2 mg/cm²)及安慰剂。对于转录组学分析,外用24小时后进行组织取样。对于蛋白质组学分析,直至第5天取样前,重复外用试验样品5次。未处理的模型也同样进行平行培育。重复三次。

使用Qiagen公司的RNeasy Mini试剂盒提取总RNA。用分光光度法和毛细管电泳法分析其浓度和完整性。转录组学分析使用Affymetrix公司的人Clariom S试剂盒按照用户手册进行。


用裂解缓冲液提取蛋白质。采用Bradford法测定蛋白浓度,并由高分辨率SDS-PAGE来验证提取过程中的质量控制。质谱(MS)分析使用与Orbitrap Fusion质谱仪(Thermo FisherScientific公司)串联的UltiMate™ 3000 RSLC纳米液相色谱系统。为了分析来自如前所述的转录组学和蛋白质组学研究的数据,我们使用DAVID bioinformatics resources软件分析了所有显著失调的基因(11)。该工具可以从大型基因或蛋白质数据库中识别功能调控通路。

临床研究方案
BNPCE的体内疗效研究是在两项双盲、安慰剂对照的临床研究中进行的,这些临床研究招募了有受损皮肤的志愿者。所有参与研究的受试者都签署了知情同意书。


第一项临床研究由14名年龄在22-55岁的白人女性组成。她们因职业需求整天佩戴口罩,并因佩戴口罩而出现面部皮肤损伤,比如发红以及出现明显可见的毛孔等。此外,受试者的皮肤水分含量低于55 a.u,以确保水分含量高的皮肤不会进入测试组。在半边脸上每天两次外用含有活性成分的配方;在另一半边脸上每天两次外用安慰剂。志愿者必须整天戴着口罩。并在研究的第0、7和35天进行拍照。

第二项临床研究由13名30-54岁的白人男性组成。他们每天使用安全剃须刀剃须,并出现明显的皮肤损伤,比如发红。此外,受试者在治疗前的TEWL值高于10 g/h/m,以避免将皮肤屏障功能过强的个体选入研究。在半边脸上每天两次外用含有活性成分或安慰剂的配方。志愿者必须每天剃须。使用ColorFace®采集系统(Newtone Technologies公司)拍摄的2D人脸照片评估发红度。在两项研究中,皮肤水合作用均采用CorneometerCM825TM(Courage & Khazaka electronics公司)测量。

配方成分(按国际化妆品成分命名法 [INCI]):水、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/VP共聚物、二辛基醚、柠檬酸、柠檬酸钠、苯氧乙醇、对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、香料、±1%BNPCE。

结果与讨论
BNPCE可以促进脂质代谢
通过转录组学研究(图1),我们分析了受 BNPCE 调控的基因。研究表明,在 BNCPE 处理过的皮肤中,参与胆固醇代谢(甲羟戊酸激酶MVK)及其转运(STAR 相关脂质转运蛋白STARD3和STARD4)的基因转录上调。经由鞘脂通路(SGPP1)的激活,神经酰胺的代谢也得到了激发。此外,我们观察到脂质储存和运输(FITM2和APOL1)过程同样得到了加强。


QQ截图20211116135151.jpg


蛋白质组学研究进一步完善了分析成果(图1)。在转录组学研究中,我们发现参与胆固醇生成的7-脱氢胆固醇还原酶蛋白DHCR7被上调,证实BNCPE能够促进胆固醇的生物合成。

蛋白质组学分析还显示参与脂肪酸代谢的生物靶点(肉毒碱O-棕榈酰转移酶2 [CPT2]、酰基辅酶A硫酯酶11 [ACOT11]和超长链烯酰辅酶A还原酶[TECR])上调。CPT2参与脂肪酸的β-氧化通路。ACOT11 是一种具有酰基辅酶 A 硫酯酶活性的酶,它优先作用于长链脂肪酰基辅酶 A硫酯,即十六酰辅酶A/棕榈酰辅酶A和十四酰辅酶A/豆蔻酰辅酶A。这些长链脂肪酰基辅酶A硫酯是线粒体β-氧化通路的主要底物。TECR是一种酶,它既参与用于合成鞘脂的超长链脂肪酸的生成,也参与通过1-磷酸鞘氨醇代谢途径将鞘氨醇部分降解为鞘脂的过程。脂肪酸和鞘氨醇部分都对神经酰胺(CER)的产生至关重要。这些结果表明BNPCE可以增加皮肤中胆固醇、游离脂肪酸和神经酰胺的含量。上述物质是组成角质层中脂质层的主要脂质,而角质层是构建皮肤屏障的基本要素,在皮肤屏障功能受到破坏需要修复时,角质层通常会受到激发。因此,我们研究的结果证实BNPCE可以通过激发表皮中脂质的合成来增强其屏障功能。

BNPCE可以促进表皮分化过程
高效的屏障功能与强大的角质层密切相关,而角质层的质量取决于角质细胞所经历的表皮分化过程。角质细胞的成熟和分化过程会改变其结构,并赋予角化细胞独特的属性。


QQ截图20211116135207.jpg

转录组学研究(图2)证实,BNPCE可以通过上调FGF7、EGR1 或 BTC 等生长因子来促进表皮细胞的更新和分化。而且,BNPCE 可以上调在表皮分化过程中必需蛋白的编码基因,例如cornulin蛋白(CRNN)、晚期角化包膜蛋白5A(LCE5A)和激肽释放酶14(KLK14,一种促进脱屑和细胞更新的蛋白)。该结果确认了BNPCE可以激发角朊蛋白的增殖和分化。


BNPCE可以通过加强角质细胞间的凝聚力以及细胞骨架的结构来加固表皮表皮能够发挥其皮肤屏障的功能得益于细胞间的凝聚力和细胞骨架。细胞骨架是真实存在的用于支撑细胞的支架。此外,微管和肌动蛋白微丝这两种细胞骨架结构都直接与细胞连接相联系,这对皮肤屏障功能有特别的意义。因此,我们研究了BNPCE对这些结构的影响。


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转录组学研究(图3)表明,BNPCE上调了参与细胞紧密连接的相关组分的转录表达,比如山梨糖和SH3结构域包含蛋白1(SORBS1)以及人丝状形成蛋白增强子1(NEDD9)。SORBS1是编码ponsin蛋白的基因。Ponsin蛋白在细胞粘附过程中至关重要,因为它已被证明与位于粘着斑的众多蛋白有相互作用(粘着斑是细胞紧密连接结构中的一部分)。有趣的是,这些细胞紧密连接的组分都在组织细胞骨架的过程中起着一定的作用,例如,ponsin蛋白介导了肌动蛋白细胞骨架的组织(12),而NEDD9则参与了肌动蛋白纤维的组装(13)。

此外,我们还发现BNPCE可以上调棘皮动物微管相关样蛋白EML1和EML2的表达,这些蛋白参与了微管的结合、组装和调节;同时,BNPCE也能增强Wiskott-Aldrich综合征蛋白(WASP)家族中蛋白的表达,这些蛋白对维持正常的细胞骨架功能是必需的(14)。BNPCE 还通过激活ARHGAP6 来增强细胞骨架的结构,ARHGAP6 是一种在细胞骨架组织过程中起重要作用的Rho GTP酶活化蛋白(15)。

我们还发现BNPCE上调了Claudin -12的表达。Claudin蛋白家族是细胞紧密连接的主要组成部分,它们也与细胞骨架有相互作用。这些体外研究表明,BNPCE 能够显著上调皮肤屏障的三个结构层面的相关基因,包括脂质的合成和运输、角质细胞的分化,从而形成稳固的角质层,并改善表皮的凝聚力和结构。

改善男性和女性受损的皮肤
之后,为了确认BNPCE能增强受损皮肤屏障这一有前途的体外实验结果,我们开展了两项有志愿者参与的临床研究。参与这两项临床研究的志愿者们由于佩戴口罩或者每日剃须而导致皮肤受损。已经证明佩戴口罩会改变皮肤的屏障功能(可以通过皮肤失水来确认),增加TEWL及皮肤红疹(6,7)。在第一项临床研究中,一组整日佩戴口罩的女性志愿者在使用BNPCE配方7天后,皮肤的水合程度显著增加了28%,使用35天后,皮肤水合程度增加近52%;安慰剂配方组则分别增加了19%和27%。这表明使用BNPCE可以抵消由佩戴口罩引起的皮肤屏蔽功能损害。此外,面部照片显示,使用BNPCE配方可以明显改善由佩戴口罩引起的皮肤斑点数量增加,并且有助于肤色均匀(照片1)。


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在第二项临床研究中,表现为红疹的受损皮肤是由日常剃须产生的微小擦伤所造成的。与佩戴口罩组类似,使用BNPCE35天后,志愿者皮肤的水合水平显著地增加了28%(安慰剂效应不显著)。此外,在使用了BNPCE 35天后,皮肤发红显著减少了8%,而安慰剂则没有效果,这进一步说明了皮肤屏障功能的高效恢复。研究结果在照片上清晰可见(照片2)。


QQ截图20211116135319.jpg


结论
本研究表明,作为一种可持续使用的处方活性成分,源自巴西坚果油提取副产品的BNPCE能够增强和恢复受损皮肤的皮肤屏障功能。BNPCE能发挥其功照片2. 第30号志愿者使用BNPCE配方后第0、7和35天的半脸照片照片1. 第3号志愿者使用BNPCE配方后第0、7和35天的半脸照片效的原因在于它可以显著上调一些基因,包括参与角质层的结构和功能(包括脂质层和角化细胞层)以及活性表皮的生理机能(包括分化过程、通过强化细胞骨架实现的角质细胞坚固性以及细胞间的凝聚力)的基因。正如两项临床研究所示,通过在三个主要结构层面作用于皮肤屏障功能,BNPCE能够修复脱水和受刺激的受损皮肤,帮助保持皮肤健康。


来源:荣格-《国际个人护理品生产商情》


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