Badania naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego nad innowacyjnymi surowcami kosmetycznymi służącymi do walki z przebarwieniami skórnymi u ludzi.
Przebarwienia skórne są istotnym problemem estetycznym dotykającym ludzi na całym świecie. Pojawienie się przebarwień tj. miejsc na skórze o ciemniejszym zabarwieniu może powodować obniżenie własnej oceny, a także być przyczyną pogorszenia nastroju, a nawet nasilać objawy depresyjne. Przyczyną powstawania przebarwień skórnych jest nieprawidłowa ilość i/lub nieprawidłowa depozycja barwnika – melaniny w skórze. Zawartość melaniny decyduje m.in. o kolorze skóry i karnacji. Jej główną rolą jest ochrona organizmu przed szkodliwymi skutkami oddziaływania promieniowania ultrafioletowego. Melanina jest syntezowana w procesie melanogenezy, która zachodzi w melanocytach tj. komórkach występujących w głębszych warstwach naskórka. Kluczową rolę w procesie melanogenezy pełni tyrozynaza – enzym katalizujący jej pierwsze etapy. Do znanych przyczyn powstawania przebarwień należą nadmierna ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe bez odpowiedniej ochrony, stany zapalne, jak również zaburzenia hormonalne.
Współczesna medycyna estetyczna i kosmetologia dostarczają pomocnych narzędzi do walki z przebarwieniami. Jednym z nich są przeprowadzane w gabinetach zabiegi z wykorzystaniem specjalistycznych urządzeń m.in. laserów. Należy ponadto pamiętać o konieczności adekwatnej ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym, w tym ograniczeniu ekspozycji, odpowiednim ubiorze, czy też stosowaniu produktów kosmetycznych zawie- rających filtry UV.
Dodatkowo dostępne są produkty kosmetyczne do stosowania zewnętrznego zawierające w swoim składzie aktywne składniki mające zdolność ograniczenia powstawania przebarwień oraz usuwania istniejących zmian. Zastosowanie w tym celu znajdują m.in.:
Inhibitory tyrozynazy takie jak kwas kojowy, arbutyna, kwas azelainowy oraz niedawno zidentyfikowany tiamidol. Poprzez zahamowanie aktywności tyrozynazy blokują syntezę melaniny na jej wczesnych etapach przez co zmniejsza się ilość barwnika w skórze.
Antyoksydanty takie jak kwas askorbinowy (witamina C), które blokują syntezę melaniny poprzez redukcję chemiczną powstających w jej przebiegu związków oraz wiązanie jonów miedzi w miejscu aktywnym tyrozynazy, skutkiem tego jest zmniejszenie ilości barwnika w skórze.
Związki peelingujące takie jak hydroksy- kwasy (np. kwas mlekowy, kwas glikolowy), które przyspieszają usuwanie martwych komórek z zewnętrznych warstw naskórka przez co powoduje usuwanie depozytów nagromadzonego barwnika.
Inhibitor transportu melanosomów z melanocytów do keratynocytów – niacynamid. Związek o unikalnym mechanizmie działania, który nie hamuje syntezy melaniny, jednak blokuje jej przemieszczanie do komórek naskórka.
Nie ma jednak idealnej substancji wspomagającej terapię przebarwień. Znane są przypadki, że zwiększona skuteczność w usuwaniu przebarwień idzie w parze z nasilonymi działaniami niepożądanymi, co jest charakterystyczne m.in. dla hydrochinonu. Związek ten choć skuteczny został zakazany do stosowania w kosmetykach na terenie Unii Europejskiej z uwagi na potencjalne działanie kancerogenne i cytotoksyczne. Z kolei jeden ze skuteczniejszych związków, kwas kojowy, jest niestabilny w roztworach wodnych, a dodatkowo charakteryzuje się niską biodostępnością tj. możliwością dotarcia do miejsca działania. Dodatkowo znane inhibitory melanogenezy mogą wykazywać niewystarczającą skuteczność w hamowaniu syntezy barwnika skóry, przez co ich stosowanie nie będzie prowadziło do zadawalającej poprawy wyglądu skóry.
Przeprowadzane przez naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego badania koncentrują się na poszukiwaniu innowacyjnych substancji, potencjalnych składników produktów kosmetycznych, które po zastosowaniu zewnętrznym skutecznie wspomagałyby terapię przebarwień. W pierwszym etapie metodami syntezy chemicznej otrzymano serię związków, które zostały następnie przebadane przy pomocy wielu metod in vitro, w których wykazano zadowalającą aktywność hamowania syntezy melaniny. Stosowano w tym celu zarówno izolowany enzym – tyrozynazę, jak również komórki produkujące melaninę i zrekonstruowany ludzki naskórek. Badane związki są pochodnymi kwasu cynamonowego, substancji występującej naturalnie w niektórych roślinach i będącej składnikiem popularnej przyprawy cynamonu. W otrzymanej grupie związków zidentyfikowano jeden szczególny, który hamował tyrozynazę oraz zmniejszał ilość melaniny w hodowlach komórek produkujących ten barwnik. Wykonano dla tego związku kolejno szereg badań, w których udowodniono jego bezpieczeństwo – związek nie wykazywał zarówno działania cytotoksycznego, mutagennego jak i genotoksycznego. Naukowcy z UJ zastosowali ponadto model zrekonstruowanego ludzkiego naskórka w celu zbadania aktywności tego związku w tzw. warunkach przyszłego zastosowania. Model zrekonstruowanego ludzkiego naskórka stanowi naskórek otrzymany z ludzkich keratynocytów zbliżony budową do naturalnej tkanki pod względem cech morfologicznych i fizjologicznych. Z powodzeniem zastępuje on badania na zwierzętach i jest stosowany przez wielu producentów kosmetyków na całym świecie. W takich warunkach naukowcy z UJ badali zarówno roztwory związku jak i specjalnie opracowaną formulację kosmetyczną zawierającą badany związek i będącą emulsją typu olej w wodzie. Wykazano brak działania drażniącego, a także optymalną biodostępność. Okazało się, że związek ten z powodzeniem przenika przez warstwę rogową naskórka i ma możliwość dotarcia do żywych warstw naskórka, gdzie umiejscowione są komórki produkujące melaninę. Przeprowadzono także badania na modelu pigmentowanego naskórka ludzkiego, który poza keratynocytami zawiera melanocyty. Stanowi on bardzo zaawansowany model badania aktywności hamowania melanogenezy, zbliżony do warunków naturalnych. Wstępne wyniki dla badanego związku są bardzo obiecujące.
Uzyskane innowacyjne wyniki badań, naukowcy z UJ przedstawili w wynalazku pt. „(E)-N cynamo- iloaminoalkanole o aktywności hamującej mela- nogenezę” zgłoszonym do ochrony patentowej do Urzędu Patentowego RP w dniu 19.08.2022 r. oraz w ramach europejskiego zgłoszenia patentowego w dniu 19.08.2023 (nr zgłoszeń P.442046 i EP23461638.1).
Naukowcy z UJ planują dalsze badania na zrekonstruowanym ludzkim naskórku, aby lepiej poznać aktywność nowego inhibitora tyrozynazy i dostarczyć wystarczających danych do przeprowadzenia pierwszych testów in vivo. Badania te są finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach projektu pt: „Innowacyjny produkt kosmetyczny wspomagający terapię przebarwień u ludzi” w konkursie LIDER XI (nr umowy LIDE- R/26/0094/L-11/19/NCBR/2020). W skład zespołu badawczego wchodzą następujące osoby: Agniesz-ka Gunia-Krzyżak, Justyna Popiół, Dorota Żelaszczyk, Karolina Słoczyńska, Paulina Koczurkiewicz-Adamczyk, Katarzyna Wójcik-Pszczoła i Magda Borczuch-Kostańska.
Ochroną prawną wyżej opisanego wynalazku Uniwersytetu Jagiellońskiego i kompleksową współpracą nauki z otoczeniem zajmuje się Centrum Transferu Technologii CITTRU.
Obecnie Uniwersytet Jagielloński wraz z zespołem naukowym pod kierunkiem pani dr hab. Agnieszki Guni-Krzyżak poszukuje podmiotów zainteresowanych komercyjnym wykorzystaniem opisanego rozwiązania i współpracą w niniejszym zakresie tematycznym.
dr hab. Agnieszka Gunia‑Krzyżak,Pracownia Chemii Kosmetycznej, Zakład Chemii Bioorganicznej, Katedra Chemii Organicznej, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr Klaudia Polakowska, Centrum Transferu Technologii CITTRU