Если Вы обнаружите ошибку, напишите нам в телеграм @omnichem или на почту e.urvanov@omnichem.ru
В современном мире, где наступает экологическая трансформация, становится необходимым создание более устойчивых и умных космецевтических и нутрацевтических продуктов. В этом исследовании представлен новый подход, основанный на использовании раствора на основе пуллулана, содержащего комплексы хитозана и нанолигнина (CN-LG), для инкапсуляции полипептида коллагена рыбы, аллантоина и никотинамида, электростатически наносимого на нетканый подложку из бамбуковых волокон. Этот подход позволяет создавать умную наноструктурированную билайнерную систему для высвобождения активных молекул на кожу или другие ткани тела.
Важность устойчивости и умного высвобождения
Сегодняшняя «зеленая революция» подчеркивает неотложную необходимость в поиске новых подходов к использованию инновационных и натуральных носителей активных ингредиентов. Это необходимо для повышения и улучшения производства продуктов питания, косметики и диетических добавок. Новые подходы должны основываться на использовании отходов и принципах циркулярной экономики, которая способствует повторному использованию и переработке материалов. Это особенно важно в свете огромного количества отходов, которые генерируются каждый год, и проблемы использования пластиковых материалов, которые представляют серьезную угрозу для окружающей среды.
Использование электрофибрирования для создания умных систем доставки
Прогресс в нанотехнологиях привел к разработке инновационных систем доставки, таких как биоразлагаемые, умные и специализированные нетканые ткани и пленки. Эти системы способны загружать и переносить активные ингредиенты, а затем высвобождать их в нужное место, с нужной концентрацией и в нужное время. Процесс электрофибрирования используется для создания умных систем доставки, поскольку он позволяет производить наноструктурированные нетканые материалы. Такие материалы могут включать комплексы хитозана и нанолигнина, способные инкапсулировать выбранные активные ингредиенты. Одним из преимуществ таких систем является их способность загружать и переносить активные ингредиенты на кожу в нужной концентрации и в нужное время.
Применение бамбуковых волокон для создания устойчивых нетканых материалов
Бамбуковые нетканые ткани известны своими уникальными свойствами, такими как антибактериальность, гипоаллергенность, гигроскопичность и стойкость к ультрафиолетовому излучению. Они широко используются в медицине и производстве гигиенических изделий благодаря своей способности адсорбировать влагу и обеспечивать высокую прочность и долговечность. Благодаря этим свойствам, бамбуковые нетканые материалы являются идеальным подложкой для умных систем доставки активных ингредиентов.
Исследование показало, что разработанная билайнерная система может быть использована для производства инновационных устойчивых космецевтических продуктов. Этот подход может быть расширен на другие умные терапии с быстрым высвобождением, которые могут быть коммерциализированы в виде твердых продуктов, избегая тем самым использование консервантов и воды.
Материалы и методы
Материалы
Исследование использовало пуллулан, полученный из Shandong Freda Biotechnology Co., Ltd, Linshu, Китай; коллагеновые полипептиды рыбы, полученные из Rousselot Angouleme S.A.S., Angouleme, Франция; никотинамид, полученный из Sigma-Aldrich, Milano, Италия; аллантоин, полученный из Akema Srl, Coriano (RN), Италия; комплексы CN-LG, полученные из ISCD Наноцентр науки, Рим, Италия; буфер фосфата Дульбекко (pH 7.2–7.8), приобретенный у Sigma-Aldrich.
Методы
Для синтеза наноструктурных частиц, основанных на комплексах CN-LG, инкапсулирующих активные ингредиенты, использовался метод медленного перемешивания, добавляя щелочное растворение отрицательно заряженного лигнина (2% v/v) в стабилизированную кислую суспензию положительно заряженного CN (2% v/v) (содержащую никотинамид и аллантоин, ранее растворенные). Раствор капал с использованием иглы калибра 30 под высокой скоростью и постоянным перемешиванием при температуре 50–60 °C в течение 1 часа, согласно нашим предыдущим исследованиям. Полученные наноструктурные микрометрические частицы, очищенные центрифугированием, ресуспендировались в дистиллированной воде и подвергались спрей-сушке. Частицы характеризовались сканирующей электронной микроскопией (SEM) и измерялись средние размеры с помощью Zetasizer. Их высвобождение измерялось с использованием аппарата для диссоциации и контролировалось высокоэффективной жидкостной хроматографией (HPLC). Загрузочные способности включенных активных ингредиентов определялись гелевой фильтрационной хроматографией и анализировались с помощью спектрофотометра. Полученные данные представлены в таблице.
Далее были выполнены качественные испытания высвобождения с использованием АТР-ИК характеристики. Антиоксидантные активности наночастиц CN-LG, CN-LG с полипептидами, никотинамидом, аллантоином и тканью PUL, содержащей наночастицы, были оценены в витро с использованием техники оценки общего антиоксидантного потенциала.
Клеточная культура
Для оценки жизнеспособности клеток кератиноцитов HaCaT использовался модифицированный метод MTT. После стерилизации наноструктурных тканей ультрафиолетовым светом, клеточная линия HaCat культивировалась в DMEM с добавлением 1% PenStrep, 1% глутамина и 10% телячьего серума.
В дополнение была проведена ассоциация с HaCaT клеточной культурой в 12-луночных пластинках и оценка метаболической активности клеток с использованием теста Alamar Blue. Кроме того, были проведены тесты с ультрафиолетовым облучением кератиноцитов и определение уровня внутриклеточного АТФ.
Статистический анализ
Полученные данные были обработаны с использованием программного обеспечения GraphPad Prism 9.5.1 на основе одно- или двухфакторного дисперсионного анализа.
Результаты и характеристики полученных наночастиц
Полипептид коллагена рыбы, никотинамид и аллантоин были заключены в комплексы CN-LG благодаря примененному методу гелеобразования, который состоял из сочетания положительно заряженных нановолокон хитина в слегка кислом растворе (где также находились активные молекулы) и отрицательно заряженного нано-лигнина. После гомогенизации, фильтрации, промывки водой и сушки разбрызгиванием были получены наноструктурированные частицы (см. Таблицу 1).
Наночастицы были характеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), и размер частиц был определен как 185 нм (см. Рисунок 1a). Выход произведенных наночастиц составил около 48%, вероятно, потому что осаждение наноструктурированных комплексов частично затруднилось присутствием активных молекул. Тем не менее, загрузка комплексов полипептидом, никотинамидом и аллантоином была эффективной, и 65% активных молекул были заключены в комплексы CN-LG. Полученные наноструктурированные частицы были подвешены в водном растворе, содержащем пуллулан, и раствор был электропряден для получения ткани. Из-за очень маленькой толщины и соответственно хрупкости ткани и для разработки процесса с высокой производительностью ткань была нанесена методом электропрядения на полностью биологически основанную бамбуковую неткань для получения полностью биологической двухслойной системы. Для подъязычного выпуска ингредиента бамбуковая не растворимая подложка может ограничить поглощение активных молекул.
Обсуждение
Результаты различных исследований показывают, что синтез эластина и коллагена может быть изменен вследствие фотостарения и хронологического старения, вызванных внутренними и внешними агрессиями. Это приводит к общей атрофии внеклеточного матрикса (ECM) с сокращением синтеза коллагена/эластина и структурными изменениями в их волокнах, что приводит к появлению видимых морщин и мелких линий. ECM вместе со своими волокнами придает коже объем, форму, прочность и гибкость, а также служит субстратом для миграции, дифференциации, пролиферации и выживания клеток, обменивающихся сигналами с соседними клетками и внеклеточным цитоскелетом. Поэтому коллаген, благодаря своим биологическим функциям и способности регулировать несколько сигнальных путей, может быть использован вместе со своими гидролизованными пептидами для попытки восстановления преждевременно стареющей кожи или кожи, подвергшейся фотостарению.
Восстановление природных и инновационных активных ингредиентов и носителей, полученных из отходов пищевого производства и лесного хозяйства, может быть полезным для лечения и регенерации всех аспектов феномена старения кожи, не ущемляя природных сырьевых материалов Земли. Наши предложенные космецевтические ткани направлены в этом направлении.
Выбранные активные ингредиенты являются возобновляемыми, эффективными, безопасными и доступными из отходов. Более того, используя эти ткани в качестве активных носителей, будет возможно сделать космецевтические и нутрацевтические средства более экологически чистыми и уменьшить следы от использования существующих носителей с возобновляемыми био-основами или переработанными входными материалами, тем самым придавая им более устойчивые экологические, социальные и корпоративные (ESG) ценности. Следовательно, пептиды рыбы могут быть полезны не только для увеличения проникновения активных ингредиентов, но также могут действовать как сигнальные молекулы для стимулирования процесса омоложения кожи.
Никотинамид также может проявить различные активности, поскольку, как предшественник NAD, он может предотвращать истощение клеточной энергии вследствие воздействия УФ-излучения, обеспечивая защиту от уф-индуцированной иммунодепрессии. Никотинамид также может играть ключевую роль в ремонте ДНК и поддержании геномной стабильности путем предотвращения хроматической структуры. Кроме того, никотинамид, ингибируя сиртуины как NDA-зависимые ферменты, кажется, играет критическую роль в клеточных ответах на окружающие стрессоры, регулируемые различными цитокинами и экспрессией опухолевого супрессорного белка p53. Кроме того, как уже сообщалось ранее, аллантоин обладает интересной антимикробной, антиоксидантной и противовоспалительной эффективностью, вероятно, усиливая те же активности, которые проявляют компоненты носителя CN-LG, встроенные в ткань пуллулана. Полученная ткань, на самом деле, применяемая на влажную кожу и гидролизованная человеческими ферментами, кажется, действует не только как субстрат для переноса активных ингредиентов и их высвобождения на заданный слой кожи/слизистой оболочки, но и обеспечивает правильную структурную архитектуру, полезную для модулирования процессов омоложения кожи преждевременно стареющей или фотостареющей кожи.
Выводы
Предложена инновационная двухслойная система на основе бамбукового нетканого субстрата. Исследованные инновационные космецевтические средства могут быть созданы с использованием различных натуральных полимеров для создания умных тканей. Таким образом, ткани, загруженные различными активными ингредиентами, могут использоваться в различных областях, таких как медицинские изделия, космецевтика и нутрацевтика. Исследованная ткань проявила антиоксидантные свойства и совместимость с кожными клетками. Была также оценена защитная активность от УФ-излучения, высвобождение металлопротеиназ стареющими фибробластами и активность ингибирования деградации коллагена. Иммуномодулирующие испытания дали доказательства противовоспалительной активности двухслойной системы, а также её косвенной антимикробной активности. В будущем следует исследовать влияние различных концентраций активных биомолекул для применения этой инновационной ткани в конкретном секторе. Однако фундаментальным важно создать не только различные формулы на основе лучших биотехнологических и физиологических техник, контролируемых правильными параметрами, но и соблюдать международные правила, регулирующие различные продукты. Кроме того, интересно отметить, что эти новые носители биоразлагаемы, не содержат воды, консервантов, эмульгаторов, красителей, ароматизаторов и других химических веществ, и также могут быть упакованы с использованием бумаги или других органических материалов. Кроме того, не следует забывать о использовании устройств красоты, так как с мировым ростом отрасли на сумму 51,3 миллиарда долларов США в 2021 году ожидается, что к 2028 году она достигнет 144,2 миллиарда долларов США с годовой ставкой роста в 18,8% [77,78]. По нашему мнению, это будущие тенденции и перспективы для более зеленой и устойчивой планеты.
Авторы
- Pierfrancesco Morganti
- Maria-Beatrice Coltelli
- Alessandro Gagliardini
- Andrea Lazzeri
- Gianluca Morganti
- Giovanna Simonetti
- Tilman Fritsch
- Vittorio Calabrese
- Alessandra Fusco
- Giovanna Donnarumma
- Romána Zelkó (Редактор)
Ссылки
- John D.A., Babu G.R. "Lessons from the Aftermaths of Green Revolution on Food System and Health." Front. Sustain. Food Syst. Health. 2021;5:644559. doi: 10.3389/fsufs.2021.644559.
- Faria-Silva C., Ascenso A., Costa A.M., Marto J., Carvalheiro M., Ribeiro H.M., Simões S. "Feeding the skin: A new trend in food and cosmetics convergence." Trends Food Sci. Technol. 2020;95:21–32. doi: 10.1016/j.tifs.2019.11.015.
- EMAF "From Linear to Circular Economy. A Global Learning Origramme." EllenMcArthurFoundation. Apr 15, 2020. Available online: www.ellenmacarthurfoundation.org
- Cuc S., Tripa S. "Redesign and up cycling—A solution for the competitive es of small and medium-sized enterprises in the clothing Industry." Ind. Textila. 2018;69:31–36. doi: 10.35530/IT.069.01.1417.
- FAO. "The State of Food and Agriculture. Moving forward on Food Loss and Waste Reduction." Food and Agriculture Organization of United Nations; Rome, Italy: 2019.
- Bauer F., Nielsen T.D., Nilsson L.J., Palm E., Ericsson K., Fråne A., Cullen J. "Plastics and climate change—Breaking carbon lock-ins through three mitigation pathways." One Earth. 2022;5:361–376. doi: 10.1016/j.oneear.2022.03.007.
- Avionics C.H., Gorbi S., Regoli F. "Plastics and Microplastics in the Oceans: From Emerging Pollutants to Emerged Threat." Mar. Environ. Res. 2017;128:2–11.
- Hernandez L.M., Xu E.G., Larsson H.C.E., Tahara R., Mhisura V.B., Tufenkji N. "Plastic Teabags release billions of microplastics and Nanoparticles into tea." Environ. Sci. Technol. 2019;53:12300–12310. doi: 10.1021/acs.est.9b02540.
- Ragusa A., Svelato A., Santacroce C., Catalano P., Notarstefano V., Carnevali O. "First Evidence of Microplastics in Human Placenta." Environ. Int. 2021;146:106274. doi: 10.1016/j.envint.2020.106274.
- Morganti P., Palombo M., Tischenko G., Putin V.E., Guarneri F., Cardillo A. "Chitin Hyaluronan Nanoparticles: A Multifunctional Carrier to Deliver Anti-Aging Active Ingredients through the Skin." Cosmetics. 2014;1:140–158. doi: 10.3390/cosmetics1030140.
