Sekundární metabolity sinic jako biotechnologické složky v přírodní kosmetice proti stárnutí
Aug 24, 2022
Prosím kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.comPro více informací
Abstraktní:Ztráta hustoty a elasticity, výskyt vrásek a hyperpigmentace patří mezi první patrné známky stárnutí pleti. Kromě UV záření a oxidačního stresu převažují matricové metaloproteinázy (MMP) v tomto procesu, protože jejich deregulace vede k degradaci většiny složek extracelulární matrix. V tomto průzkumu byly zkoumány čtyři kmeny sinic z hlediska jejich schopnosti produkovat sekundární metabolity s biotechnologickým potenciálem pro použití v přípravcích proti stárnutí. Leptolyngbya boryana LEGE 15486 a Cephalothrix lacustris LEGE 15493 ze sladkovodních ekosystémů, a Leptolynglya cf.ectocarpi LEGE 11479 a Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 z buněčných linií byly extrahovány z mořských biotopů pomocí klíčových rolí a jejich toxicita byly sekvenčně extrahovány a v extraktech z mořských biotopů byly následně analyzovány kontext kůže (HaCAT, 3T3L1 a hCMEC). Netoxické extrakty byly chemicky charakterizovány z hlediska proteinů, karotenoidů, fenolů a chlorofylu a a jejich potenciál proti stárnutí byl zkoumán díky jejich schopnosti vychytávat fyziologický volný radikál superoxidový aniontový radikál (O2*-) a redukovat aktivita MMPs elastázy a hyaluronidázy, k inhibici tyrosinázy a tím k zamezení produkce melaninu a k blokování UV-B záření (ochranný sluneční faktor, SSPF). Druh Leptolyngbya vynikal pro účely proti stárnutí∶ L. boryana LEGE 15486 vykazoval pozoruhodný SPF 19（při 200 ug/ml）, patří mezi nejlepší druhy, pokud jde o ~vychytávání stupně O2,（IC50=99..50 ug/ml) a také schopnost inhibovat tyrosinázu （IC25=784 ug/ml）, což se ukázalo jako slibné proti stárnutí kůže vyvolanému UV zářením; L.ectocarpi LEGE 11479 byl účinnější při inhibici MMP (hyaluronic.ase) , IC50=863ug/mL;elastáza, IC50=391ug/mL）, což je volba ke zpomalení ztráty dermální hustoty. Analýza hlavních složek (PCA) dat umožnila seskupení extraktů do tří skupin podle jejich chemického složení; korelace karotenoidů a chlorofylu a s aktivitou MMPs (str<0.01), o2*-scavenging="" with="" phenolic="" compounds=""><0.01),and phycocyanin="" and="" allophycocyanin="" with="" spf,pointing="" to="" these="" compounds="" in="" particular="" as="" responsible="" for="" uv-i3="" blockage.="" this="" original="" survey="" explores,="" for="" the="" first="" time,="" the="" biotechnological="" potential="" of="" these="" cyanobacteria="" strains="" in="" the="" field="" of="" skin="" aging,="" demonstrating="" the="" promising,="" innovative,="" and="" multifactorial="" nature="" of="" these="">
klíčová slova:melanin; UV-blokátor; elastázu; hyaluronidáza; tyrosináza; oxidační stres; beta-karoten; fykocyanin; fykoerythrin; allofykocyanin
1. Úvod
Kůže je velký a překvapivě složitý lidský orgán s primordiální bariérovou funkcí ochrany vnitřních orgánů před škodlivými stresory, jako jsou chemikálie, patogeny, chlad, teplo a ultrafialové záření (UVR). Význam kůže však sahá mnohem dále a zahrnuje nepopiratelnou sociokulturní roli.cistanche cholesterol,Ve skutečnosti je vzhled a tvar pleti zásadní pro sebevědomí jednotlivce, péče o ni a její zkrášlování jsou součástí každodenní rutiny již od starověku [1].
Hlavním společenským požadavkem bylo oddálení procesu stárnutí kůže.vedlejší účinky cistanche deserticolaTento pomalý a komplexní proces je vyvolán endogenními a exogenními faktory, které predisponují kůži k progresivní strukturální a funkční degeneraci, která kromě ovlivnění jejího estetického vzhledu zanechává kůži náchylnou k rozvoji široké škály onemocnění. Mezi exogenními faktory je UVR možná nejškodlivějším činitelem, kterému je kůže nejvíce vystavena. Nadměrná expozice UVR zvyšuje tvorbu volných radikálů, spouští kaskádu událostí, které ovlivňují širokou škálu buněčných struktur a enzymů, což vede k okamžité zánětlivé reakci a nakonec vyvrcholí předčasným stárnutím kůže[2]. Zvláště postiženým cílem v tomto tématu je extracelulární matrice (ECM), trojrozměrná síť elastinových a kolagenových vláken obklopená základními látkami, jako je kyselina hyaluronová (HA), které působí společně a udržují kožní výplň, pružnost a flexibilita [3]. V rámci oxidačního stresu mohou elastinová a kolagenová vlákna, zodpovědná za pružnost a odolnost pokožky, ztrácet svou strukturu[4]. Tento jev, částečně kvůli deregulované aktivitě matrixových metaloproteináz (MMP), jako je elastáza, kolagenáza a hyaluronidáza, je základem předčasného stárnutí kůže spojeného s vnějšími faktory [1]Tyto změny ovlivňují tloušťku, strukturu epidermis, a vzhled, což má za následek suchost, rozšířené póry, jemné linky a vrásky [5,6]. Proto se kosmetický průmysl v posledních desetiletích zaměřuje na hledání nových, účinných, vícecílových a inovativních ingrediencí pro kosmetické formulace, které jsou schopny dosáhnout co největšího počtu klíčových cílů v procesu stárnutí pleti.
Cistanche může proti stárnutí
Rostoucí výzkum přírodních zdrojů, konkrétněji zdrojů mořského původu, poskytl bezpočet nových molekul se slibnými bioaktivitami, které si zaslouží další využití v oblasti stárnutí pleti [1]. Mezi nimi vynikají sinice díky své schopnosti produkovat bioaktivní sekundární metabolity s jedinečnými strukturami a mechanismy účinku. Kromě toho, že představují jedinou skupinu prokaryot, které mohou provádět kyslíkovou fotosyntézu, podobně jako rostliny, jsou sinice samoobnovitelné, mají základní nutriční požadavky, vyžadují minimální kultivační prostor a mají nízký dopad na životní prostředí, což je udržitelná volba jako zelený zdroj kosmetiky. přísady [7].
Sinice se zaměřením na kožní přípravky produkují širokou škálu bioaktivních metabolitů, včetně fenolických sloučenin, proteinů, pigmentů a inhibitorů MMP, které pokrývají hlavní procesy zahrnující základ stárnutí kůže, jmenovitě antioxidaci, fotoprotekci a schopnost inhibovat klíčové enzymy. ECM [8-12], jak bylo nedávno revidováno [1,9]. Pokud jde o antioxidační aktivitu, u mnoha kmenů bylo popsáno, že mají reprezentativní množství metabolitů se schopností vychytávat radikály, jako jsou karotenoidy, např. ty z rodů Leptolyngbya, Syneclocystis a Wollea [9,13], fykobiliproteiny (PBP), jako je Arthospira spp. a Spirulina spp. [13,14] a fenolické sloučeniny, jako je Nostoc commune [15]. V oblasti fotoprotekce vynikají sinice také produkcí známých UVR absorbujících sloučenin mycosporin-like aminokyselin (MAAs) a scytoneminu (SCY) [16]. Pokud jde o potenciál inhibovat kolagenázy, elastázu, hyaluronidázy a tyrosinázu, v literatuře je uvedeno několik příkladů, jako je mykosporin-2-glycin (M2G), izolovaný ze sinice Aphan-othece halophytica [17], cyklické depsipeptidy tutuilamidy AC, ze Schizothrix spp. a Coleofasciculus spp.[18], polysacharid z Nostochopsis lobatus MAC0804NAN [19]a extrakt Phormiskin Bioprotech G z Phormidium persicinum [20], v tomto pořadí.
Navzdory výše uvedeným studiím je počet kmenů sinic zkoumaných v oblasti kosmetiky stále velmi nízký, vezmeme-li v úvahu možnosti tohoto zdroje. S ohledem na tuto skutečnost tento průzkum poprvé zkoumá biotechnologický potenciál sekvenčních extraktů různých polarit, získaných ze čtyř kmenů sinic, v oblasti stárnutí kůže, což ukazuje slibnou, inovativní a multifaktoriální povahu těchto mikroorganismů. 2.Výsledky a
Diskuse
V této studii byly dva sladkovodní a dva mořské kmeny sinic kultivovány, sklizeny a podrobeny sekvenční extrakci acetonem a vodou za účelem jejich využití pro kosmetické účely. Sekvenční extrakce acetonem následovaná vodou byla navržena tak, aby zpeněžila biomasu v udržitelnějším, ekologičtějším a ekonomicky atraktivním procesu. V tabulce 1 jsou zobrazeny výtěžky extrakce. Výtěžek extrakce byl výrazně vyšší s vodou než s acetonem (str<0.05), which="" has="" a="" direct="" correlation="" with="" the="" affinity="" of="" the="" different="" compounds="" to="" each="" solvent,="" their="" molecular="" weight,="" and="" polarity,="" as="" later="" cdiscussed="" in="" this="" study.="" it="" should="" be="" noted="" that="" leptolyngbya="" boryana="" lege="" 15486="" was="" the="" strain="" that="" showed="" higher="" extraction="" yields,="" which="" could="" be="" economically="" interesting="" when="" considering="" possible="" industrial="">
2.1. Extrahuje cytotoxicitu
Aby bylo možné vybrat extrakty, které se použijí pro hodnocení biologických aktivit, byl proveden in vitro test cytotoxicity s použitím různých buněčných linií. Testy cytotoxicity jsou nezbytné při výrobě kosmetiky, protože mohou předpovídat zdravotní rizika spojená s používáním extraktů jako bioaktivních složek. Cytotoxicita extraktů byla tedy hodnocena u tří různých buněčných linií, které jsou klíčové pro produkty pro kožní aplikaci: keratinocyty (HaCat), fibroblasty (3T3L1) a endoteliální buňky (hCMEC). Fibroblasty patří mezi nejdůležitější buňky pro stárnutí kůže, jsou zodpovědné za produkci složek dermální matrice nezbytných pro udržení tvaru a struktury kůže, jako je kolagen a kyselina hyaluronová [9,21]. Endoteliální buňky tvoří bariéru mezi cévními stěnami a krví a byly vybrány tak, aby odpovídaly jejich přítomnosti v dermis, která je na rozdíl od epidermis irigovanou vrstvou kůže [22]. Pokud jde o keratinocyty, jedná se o klíčové buňky epidermis, tvoří asi 95 procent této vrstvy, ale jsou přítomny ve všech čtyřech vrstvách a zajišťují strukturu a obranu kůže [23,24]. Žádný z extraktů nevykazoval toxicitu pro vybrané buněčné linie v testovaných koncentracích (12.{10}}ug suchého extraktu/ml) (obrázky S1-S3).cistanche dávkování redditV tomto ohledu všechny extrakty následovaly do dalšího kroku, kde byly podrobeny chemické charakterizaci a hodnocení jejich biologických aktivit. 2.2. Chemický profil
Acetonové a vodné extrakty byly chemicky charakterizovány z hlediska fenolů, celkových proteinů, PBP, celkových karotenoidů a chlorofylu a, aby bylo možné porovnat chemické profily získané s různými extrakčními rozpouštědly a stanovit vztah mezi chemickým složením a biologické aktivity hodnoceny.
2.2.1. Celkový obsah fenolů (TPC)
Celkový obsah fenolů (TPC) obou extraktů byl měřen pomocí Folin-Ciocalteu kolorimetrického testu. I když vezmeme v úvahu přirozená omezení této metody, jedná se o standardní test široce používaný pro rychlé stanovení celkových fenolů, který umožňuje srovnání různých vzorků a následně předpovídá jejich antioxidační potenciál. Tabulka 2 zobrazuje údaje (vyjádřené v GAE) pro celkový obsah fenolů v osmi extraktech zkoumaných v této studii. Nejvyšší TPC byl nalezen v acetonovém extraktu Leptolyngbya cf. ectopic LEGE 11479, s 17,59 ug GAE/mg extraktu ary, následovaný vodními extrakty Leptolyngbya boryana LEGE 15486 a Cephalothrix lacustris LEGE 1549 (Table 154). S ohledem na výtěžek kombinované extrakce byl Leptolyngbya cf.exocarp LEGE 11479 nejbohatším druhem, s celkovým množstvím asi 26 ug GAE/mg suchého extraktu, když se vezmou v úvahu obě extrakční rozpouštědla.
Celkově vodní extrakty sladkovodních kmenů vykazovaly vyšší obsah fenolů než extrakty z mořského prostředí, zatímco u acetonových extraktů bylo pozorováno opačné chování. Toto pozorování bylo také zaznamenáno u dvou kmenů stejných rodů, což vede k předpokladu, že kromě druhově specifických charakteristik mořské kmeny pravděpodobněji produkují fenolické sloučeniny nižší polarity, vzhledem k jejich vyšší prevalenci v méně polárních rozpouštědlech. Fenoly mají ve svých molekulách polární a nepolární složky, které mají přednost z hlediska rozpustnosti před rozpouštědly střední polarity, jako jsou alkoholy a aceton, spíše než voda. Rozpustnost fenolů v různých rozpouštědlech však nemůže být založena pouze na jejich polaritě, protože jiné parametry, jako je teplota a pH, mohou mít velký vliv na jejich rozpustnost, a tak ospravedlnit jejich expresivní přítomnost ve vodných extraktech [25].
Předchozí práce naší výzkumné skupiny také zkoumala TPC v různých extraktech sinic. Morone a spolupracovníci [26] použili stejnou metodiku pro kvantifikaci TPC a zjistili, že Nodosilinea nodulosa LEGE 06102 měla hodnotu 1,23 mg GAE/g suché biomasy, což bylo nad zde získanými hodnotami (0,59 mg GAE/ g suché biomasy, přepočteno podle výtěžku extrakce). Autoři však jako extrakční rozpouštědlo použili 70procentní ethanol, což jistě vedlo k pozorovaným rozdílům. U všech kmenů analyzovaných autory byla nejvyšší hodnota zjištěna u Synechocystis salina LEGE 099 (2,45 mg GAE/g). V jiné studii s Nodosilinea Antarctica LEGE13457 byl obsah TPC 19,23 ug GAE/mg (acetonový extrakt) a nebyly detekovány žádné fenoly u Leptolyngbya-like sp.výhody extraktu z cistancheLEGE 13412, prokázal nejvyšší variabilitu mezi podobnými druhy. Uvedli také údaje pro další kmeny, přičemž nejvyšší obsah fenolu vykazoval Cyanobium gracile LEGE12431 s 22,01 ug GAE/mg acetonového extraktu [27]. Trabelsi a jeho tým [28] uvedli, že termofilní sinice Leptolyngbya sp. měl 139 mg GAE/g, což je jedna z nejvyšších hodnot uváděných v literatuře, a autoři to připisují vysoké teplotě prostředí sinic: aby se zabránilo oxidačnímu stresu vyvolanému vysokými teplotami, sinice produkují vyšší množství antioxidačních sloučenin, jako jsou fenoly a flavonoidy. Jiná výzkumná skupina [29] také uvedla TPC 6,24 mg GAE/g pro Leptolyngbya sp. KC45, odebrané z místa s teplotami přibližně 40-45 stupně.
Navzdory rozdílům, které jsou vlastní účinkům extrakčních rozpouštědel a kultivačním podmínkám sinic, jako jsou mimo jiné světelné podmínky, živiny kultivačního média a hustota buněk, jsou zde získané hodnoty TPC ve stejném řádu jako ty, které jsou uvedeny v literatuře. Kromě toho lze na Leptolyngbya boryana LEGE 15486 poukázat jako na zajímavý druh, pokud jde o fenolické sloučeniny (3,08 mg GAE/g suché biomasy), ve srovnání s široce známými Spirulina spp. (1,78 mg GAE/g)[30].
2.2.2.Proteiny
Ačkoli jsou proteiny obecně podceňovány, tvoří velkou část biomasy sinic[31] s uváděnými antioxidačními a imunostimulačními vlastnostmi a také schopností zadržovat vlhkost, což je nezbytné pro prevenci stárnutí kůže [32]. S ohledem na to byly extrakty zkoumané v této studii charakterizovány z hlediska obsahu proteinů prostřednictvím obecného přístupu zaměřeného na celkové proteiny (acetonové a vodné extrakty) (tabulka 3) a cíleného přístupu zaměřeného na PBP (vodné extrakty) ( Tabulka 4).
Pokud jde o celkové proteiny, lze konstatovat, že vodná extrakce vedla k vyšším hodnotám než extrakce acetonem a také, že mořské kmeny byly chudší než ty ze sladkovodního prostředí. Z hlediska suché biomasy vykazovala nejvyšší obsah Leptolyngbya boryana LEGE 15486 (69,22 mg BSA/g suché biomasy), nejnižší Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 (15,23 BSA/g suché biomasy). Kromě jiných faktorů mohou být tyto rozdíly způsobeny různým množstvím strukturních proteinů prezentovaných různými kmeny sinic [32].
Praktický příklad využití proteinů v kosmetice se týká PBS, které se přirozeně vyskytují v sinicích. Jedním z obranných mechanismů sinic je schopnost těchto makromolekul absorbovat světelnou energii, aniž by produkovaly reaktivní formy kyslíku (ROS), což je možné díky změnám jejich obsahu a poměru ve fykobilisomech [33]. PBP jsou ve vodě rozpustné proteiny, které jsou spojeny s fykobiliny a dělí se do tří skupin podle jejich struktury a světelných absorpčních spekter: fykocyanin (PC, 610-625 nm), fykoerythrin (PE, 490-570 nm), a alofykokyanin (APC, 650-660 nm). Jak již bylo uvedeno dříve, jejich zájem jako kosmetických přísad je způsoben především jejich uznávaným antioxidačním potenciálem díky jejich strukturní podobnosti s bilirubinem, který eliminuje deriváty kyslíku. PC je nejběžnějším PBP u sinic se zajímavými antioxidačními vlastnostmi a vlastnostmi pohlcujícími radikály a také schopností inhibovat buněčnou proliferaci [13,14].
Pokud jde o PC, nejvyšší obsah měl Leptolyngbya boryana LEGE 15486 (154,07 ug/mg ayy extrakt), následovaný Cephalothrix lacustris LEGE 15493 (115,03 ug/mg suchého extraktu), který je pozorován v souladu s vodným extraktem, který je v souladu s modrou barvou. druh.cistanche džingischánNa druhé straně Leptolymgbya srov. ectocarpi LEGE 11479 s intenzivním růžovým/fialovým zbarvením v biomase a ve vodném extraktu byl nejbohatší na PE (138,73 ug/mg suchého extraktu). Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 s nejsvětlejším modrým extraktem vykazovala viditelně nižší hodnoty obou PBP (tabulka 4).
Při porovnávání kmenů z hlediska PBP je nesmírně důležité vzít v úvahu kultivační podmínky, protože rozdíly ve světle, dusíku, teplotě, pH, uhlíku a salinitě mohou drasticky ovlivnit jejich produkci [14]. Pumy a spolupracovníci [29] vyhodnotili obsah PBP u termotolerantních sinic Leptolyngbya sp. KC45 a zjistili obsah PE téměř 100 mg/g, po kterém následovalo přibližně 40 a 43 mg/g APC a PC, v daném pořadí, což je v souladu s výsledky získanými v tomto dokumentu pro Leptolyngbya srov. ectocarpiLEGE11479 (tabulka 4). Práce provedená Pagelsem a spolupracovníky také zkoumala obsah PBP v sekvenčních extraktech získaných s různými rozpouštědly. Přestože autoři zkoumali jiný kmen sinic (Cyanobium sp.), zjistili celkový obsah PBP blízko 200 mg/g při sekvenční extrakci za použití stejných rozpouštědel, jako jsou zde použitá rozpouštědla, což je v souladu s námi získanými hodnotami [34 ]. Při srovnání s široce známým Spirulina sp., s uváděnými celkovými PBP kolem 19 mg/g suché biomasy [30], je možné považovat naše kmeny za ekonomicky zajímavé. Ve stejné studii autoři také uváděli hodnoty 127,01 mg/g suché biomasy celkových PBP pro Lynglya sp. V jiné studii byla prezentována data z 18 kmenů, kde nejvyšší množství bylo zjištěno u Anabaena NCCU-9, s hodnotou 91,54 mg/g suché biomasy [35]. 2.2.3. Karotenoidy a chlorofyl a
Karotenoidy jsou přírodní izoprenoidy rozpustné v tucích se širokou škálou zbarvení, od žluté po červenou [13]. Tyto sloučeniny si získaly zvýšenou pozornost pro svou souvislost se sníženým rizikem několika degenerativních poruch a pro svou uznávanou antioxidační aktivitu, částečně související s chemickými dvojnými vazbami C=C přítomnými v jejich molekulách. Kromě těchto funkcí působí karotenoidy jako UV filtry tím, že snižují expozici světlu [36]. Některé sinice jako Wollea vaginicola, Leptolyngbya foveolarum a Synechocystis salina LEGE 06099 byly vyzdvihovány pro svůj významný obsah karotenoidů, což zvýšilo jejich zájem o farmakologickou a kosmetickou oblast [9,13].
Celkový obsah karotenoidů a chlorofylu ve zde zkoumaných acetonových extraktech sinic je uveden v tabulce 5. Množství karotenoidů se pohybovalo od 89 do 159 ug/mg suchého extraktu, přičemž nejbohatším kmenem byl Leptolynglya boryana LEGE 15486. Pokud jde o chlorofyl a, všechny kmeny vykazovaly hodnoty vyšší než 100 ug/mg suchého extraktu, přičemž Cephalothrix lacustris LEGE 15493 vyčníval.
Předmětem hodnocení pigmentu byly i další sinice. Například Lopes a její tým 【27】 uvedli 63,9 ug/mg suchého extraktu celkových karotenoidů a 417,6 ug/mg suchého extraktu celkových chlorofylů pro acetonový extrakt Nodosilinea Antarctica 13457. Autoři také poskytli data pro Leptolyngbya-like sp.LEGE 13412 (33,6 ug/mg suchého extraktu) a v obou případech bylo množství karotenoidů nižší než zde uvedené hodnoty. Stojí za zmínku, že ve výše uvedené práci byly karotenoidy profilovány pomocí HPLC, a tak, navzdory druhově specifickým vlastnostem, metodika odůvodňuje získané rozdíly. Pokud jde o chlorofyly, množství uváděné autory bylo vyšší než množství získané v tomto dokumentu, což lze snadno odůvodnit tím, že představují hodnotu celkových chlorofylů, zatímco zde se práce zaměřuje pouze na chlorofyl a a jeho deriváty.
Další studie z naší výzkumné skupiny uvedla celkem {{0}},37 mg/g suché biomasy karotenoidů pro ethanolový extrakt Nodosilinea nodulosa LEGE06102[26], což bylo pod hodnotami získanými v tomto dokumentu (0,75 mg /g suché biomasy, převedeno na základě extrakčního výtěžku). Tento rozdíl jistě koreluje s rozpouštědlem použitým při extrakci, protože díky svým chemickým vlastnostem mají karotenoidy vyšší afinitu k acetonu. Obecně řečeno, výsledky zde získané jsou ve stejném řádu jako výsledky získané jinými autory, což lze vysvětlit velmi podobnými kulturními podmínkami a použitými metodikami.
Tento článek je převzat z Mar. Drugs 2022, 20, 183. https://doi.org/10.3390/md20030183 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
