Około roku 1945 pojawiły się pierwsze produkty z filtrem UV do ochrony przed promieniowaniem słonecznym. W następnych latach wynaleziono ogromną liczbę różnych filtrów przeciwsłonecznych i włączono je do szerokiej gamy produktów. Opracowano ramy regulujące substancje i preparaty z filtrami UV oraz metody charakteryzowania parametrów działania produktów ochrony przeciwsłonecznej. W ciągu ostatnich 50-70 lat postrzeganie funkcji produktów przeciwsłonecznych zmieniało się kilkakrotnie. Oprócz zapobieganiu oparzeniom słonecznym preparaty z filtrami UV stosuje się obecnie w profilaktyce raka skóry oraz jako produkt przeciwstarzeniowy, w myśl zasady „lepiej zapobiegać niż leczyć”, ponieważ jak powszechnie wiadomo, promienie słoneczne w nadmiarze są bezlitosne dla skóry. Różne zamierzone cele (zapobieganie szkodom i profilaktyka) oraz powszechne stosowanie miejscowych produktów przeciwsłonecznych przyczyniły się do wielu badań i wygenerowały ogromne i ciągłe zapotrzebowanie na informacje i edukację konsumentów i pacjentów [1]. W artykule przedstawiamy nowe podejście do ochrony przeciwsłonecznej, które poparte jest odpowiednimi badaniami.

Dobrze wyedukowani w temacie promieni UV, nie dostrzegliśmy innego zagrożenia, które mocno wpływa na fotostarzenie się skóry. To światło HEV (ang. High Energy Visible), potocznie mówiąc światło niebieskie czy ekranowe. W widmie światła widzialnego HEV znajduje się obok promieniowania UV, niemniej jednak w przeciwieństwie do promieniowania UV naukowcy przez długi czas nie dostrzegali większego znaczenia światła HEV. Tymczasem wpływa ono na proces regeneracji skóry i uszkadza komórki. Na przykład podczas gdy promienie UVB oddziałują głównie na zewnętrzne warstwy skóry, światło HEV przenika znacznie głębiej do dolnych warstw skóry. Chociaż nie jest to związane z poparzeniami słonecznymi, według badań może generować ogromny stres oksydacyjny, a tym samym – niekorzystnie wpływać na komórki. Oznacza to, że z biegiem czasu wolne rodniki niszczą złożone struktury komórkowe, a jednocześnie – ważną produkcję kolagenu i elastyny, które nadają naszej skórze młodzieńczy i pełny wygląd. Uszkodzenia te są ostatecznie przyczyną przedwczesnego starzenia się skóry. Ponadto światło HEV wiąże się z nierównomierną pigmentacją skóry. Tym samym światło HEV może wiązać się z trzema nieestetycznymi efektami: pojawianiem się zmarszczek, powstawaniem plam starczych i występowaniem zaburzeń pigmentacji.

HEVL (ang. High Energy Visible Light) to nic innego, jak głównie niebieskie światło naszych smartfonów, tabletów i monitorów. Obecnie wielu ludzi spędza minimum 8 godzin dziennie przed ekranem komputera w pracy, a następnie kolejne godziny przed ekranem smartfona w wolnym czasie. W ciągu ostatnich 10 lat źródła HEVL stały się nieodłącznym towarzyszem naszego życia, a należy podkreślić fakt, że obecnie nie ma długoterminowych badań dotyczących dokładnych zagrożeń i skutków ubocznych promieniowania HEVL. Dodatkowo HEVL może być szkodliwe dla naszych oczu, ponieważ uważa się, że niebieskie promieniowanie sprzyja powstawaniu zaćmy. 

Chociaż produkty przeciwsłoneczne generalnie zapewniają dobrą ochronę przed promieniami UVA i UVB, to w obecnych czasach dodatkowa ochrona przed szkodliwym działaniem promieniowania HEVL powinna być rutyną w codziennej pielęgnacji skóry. Skuteczną ochronę przed stresem oksydacyjnym wywołanym zarówno światłem HEV, jak i promieniowaniem UV zapewniają innowacyjne formulacje, dodatkowo zawierające specjalnie dobrane substancje bioaktywne. Formulacja produktów chroniących przed promieniowaniem UV czy HEVL wymaga informacji o właściwościach substancji odpowiedzialnych za ochronę przed wymienionymi promieniami, mechanizmach ich działania oraz nośnikach użytych do ich podania. Te ostatnie są niezwykle ważne, ponieważ mając nawet najlepsze substancje i związki aktywne, nie osiągniemy celu, jeżeli nie zostaną odpowiednio przetransportowane do miejsc, w których działają najefektywniej. W odpowiednim transporcie pomogą nam liposomy, które obecnie uważane są za najczęściej stosowane nanonośniki różnych potencjalnie aktywnych cząsteczek hydrofobowych i hydrofilowych ze względu na ich wysoką biokompatybilność, biodegradowalność i niską immunogenność. Udowodniono również, że liposomy zwiększają rozpuszczalność i kontrolowaną dystrybucję leków i innych cząstek, a także zwiększają ich zdolność do modyfikacji powierzchni w celu ukierunkowanego i przedłużonego uwalniania. Wiele systemów dostarczania leków opartych na liposomach jest obecnie zatwierdzonych klinicznie do leczenia kilku chorób, takich jak rak, infekcje grzybicze i wirusowe. Niektóre liposomy osiągnęły zaawansowane fazy badań klinicznych [2].

Liposomy są powszechnie znane jako kuliste pęcherzyki złożone z fosfolipidów z wodnym rdzeniem, które można stosować jako nośnik dostarczający różne substancje. Na przykład niektóre badania wykazały, że liposomy ułatwiają przechodzenie substancji czynnej przez warstwę rogową naskórka i transportują ją do głębokich warstw naskórka, gdzie są wchłaniane i najbardziej potrzebne. Liposomy to nie tylko skuteczne narzędzie pomagające skórze wchłonąć aktywne składniki kosmetyku, ale także poprawiające ich stabilność, zwiększające nawilżenie skóry poprzez przyleganie do powierzchni, poprawiające biodostępność, selektywność gromadzenia się w miejscu docelowym oraz chroniące komórki skóry przed zewnętrznymi czynnikami stresogennymi, takimi jak słońce lub pot. W dzisiejszych czasach te właściwości liposomów zostały już wykorzystane w produktach kosmetycznych, takich jak: środki nawilżające, szampony do włosów, kremy, balsamy itp. Zaowocowało to rewolucyjnym rozwojem przemysłu kosmetycznego.

Rys. 1. Budowa liposomu (źródło: licencja shutterstock)

Właściwości liposomów zależą od właściwości zastosowanych fosfolipidów strukturalnych. Fosfolipidy, które często wykorzystywane są w liposomach, to lecytyny, które w większości są pozyskiwane ze źródeł naturalnych, takich jak jaja, ziarna soi lub są syntetyzowane. Lecytyny to mieszaniny glicerofosfolipidów, z których najczęściej występująca to fosfatydylocholina. Innym powszechnie stosowanym związkiem w błonach liposomalnych jest cholesterol. Cholesterol sam w sobie nie tworzy struktury dwuwarstwowej, jednak dodany do związku, umożliwia liposomowi dłuższe zatrzymanie uwięzionej substancji w środku [3-5]. Sekretem powstania silnego i stabilnego liposomu, który będzie efektywnym nośnikiem dla naszej substancji aktywnej, jest również zastosowanie dobrej jakości fosfolipidów, pochodzących z oczyszczonych źródeł, zawierających wysoki poziom fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanoloaminy. Obecnie dostępnymi na rynku źródłami fosfolipidów są np. lecytyna sojowa czy olej rzepakowy.

Rys. 2. Budowa liposomu wraz z umieszczonym składnikiem aktywnym (źródło: licencja shutterstock)

Znaczenie i praktyczna rola liposomów w kosmetykach

Te kuliste struktury, w których centralna wodna część jest otoczona przez jedną lub więcej błon dwuwarstwowych, często otoczonych środowiskiem wodnym, mogą różnić się wielkością od 15 nm do kilku mikronów. Dzięki swojej unikalnej budowie liposomy mogą być wykorzystywane jako system dostarczania, przenoszący czynniki hydrofilowe przez zamkniętą część wodną, a substancje lipofilowe – przez niepolarny (hydrofobowy) ogon podwójnej warstwy fosfolipidowej. Właśnie ta wszechstronność, a jednocześnie prostota powstawania i mechanizmu działania czyni liposomy tak dobrym narzędziem, który nie pozwoli nam zmarnować potencjału aktywnego składnika naszego produktu. Ponieważ, jak powszechnie wiemy, substancje aktywne, które występują w kosmetykach (na które wydajemy de facto niemałe pieniądze), działają jedynie na powierzchni skóry lub w przypadku kosmetyków z wyższej półki mogą się wbudować w warstwę rogową naskórka. Co więcej, niektóre składniki, np. peptydy, mogą ulec hydrolizie już na etapie formulacji kompozycji kosmetycznej lub farmaceutycznej, co w efekcie nie przyniesie pożądanych efektów. Dzięki liposomom składniki aktywne docierają w wyższym stężeniu, ponieważ nie mamy strat na etapie przenikania ich przez barierę warstwy rogowej skóry. Dodatkowym atutem liposomów jest to, że możemy „dozować” dawkę substancji aktywnej tak, aby działała najefektywniej i przez dłuższy czas, ponieważ nośnik ten po wniknięciu do naskórka stanowi magazyn „leku”, który uwalnia się stopniowo. Takie właściwości liposomów, jako nośników substancji aktywnej, sprawiają, że idealnie nadają się one do zastosowania w kosmetykach chroniących skórę przed promieniowaniem słonecznym oraz HEVL. Zanim jednak zdecydujemy się na taki innowacyjny kosmetyk, warto wiedzieć, czy posiada on odpowiednie badania i właściwości.

Kosmetyki liposomalne firmy BECAPRO

W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na funkcjonalne składniki kosmetyków oraz wydajne systemy ich dostarczania firma BECAPRO rozszerzyła swoją ofertę o produkty chroniące przed szkodliwym działaniem promieniowania niebieskiego HEVL, promieniowania słonecznego UVA i UVB, a także dostarczające prowitaminę D. Produkty te służą do codziennej pielęgnacji skóry twarzy, pomagają zachować zdrowy wygląd i ochronę przeciwstarzeniową. W myśl zasady „lepiej zapobiegać niż leczyć”, wskazane jest stosowanie kremów zapewniających odpowiednią ochronę, a najnowsze produkty firmy dodatkowo posiadają składniki łagodzące skutki promieniowania, działając regeneracyjnie na skórę.

Firma BECAPRO postawiła sobie za cel stworzenie nowatorskich kosmetyków, wymagało to więc wieloetapowych i zaawansowanych badań, zarówno poszczególnych składników, jak i finalnego produktu. W ramach badań została przeprowadzona seria testów, w wyniku których otrzymano liposom zawierający w swoim składzie 7-dehydrocholesterol (7-DHC) oraz algi zielone. Nowa substancja charakteryzuje się następującymi cechami:

* zwiększeniem biodostępności poprzez zastosowanie substancji w odpowiedniej formie,

* odpornością na czynniki degradacyjne i zwiększeniem wydajności preparatu, dzięki dostarczeniu substancji aktywnej w niezmienionej formie,

* selektywnością działania – substancja aktywna dociera dokładnie tam, gdzie jest potrzebna,

* farmaceutyczną jakością źródła fosfatydylocholiny.

Dodatkowo produkt jest wolny od parabenów i ich pochodnych. Wysoką jakość preparatu gwarantuje również opracowana i zwalidowana metoda oznaczania stężenia substancji aktywnej w liposomach, pozwalająca na badanie wydajności zamykania oraz stabilności produktu. Biodostępność surowca została potwierdzona badaniami in vitro (w tym współczynnika przenikania substancji aktywnych zamkniętych w liposomach przez skórę, wydłużonego czas uwalniania substancji oraz polidyspersyjności mieszaniny).

Rozmiar pęcherzyków fosfolipidowych

Wybór rozmiaru liposomów jest zależny m.in. od sposobu aplikacji. W zależności od ich średnicy mogą się one selektywnie gromadzić w miejscu docelowym. Aby kosmetyk działał efektywnie, niezbędne jest określenie rozmiaru liposomu, który przy zastosowaniu produktu na skórę, powinien mieścić się w zakresie 100-200 nm [7-8]. W wyniku prowadzonych prac nad Neutralization HEVL (zgłoszonym do patentu) osiągnięto homogeniczne liposomy o rozmiarach od 100 do 200 nm. Ich średnia wielkość wynosiła 116,8nm. Pomiar rozmiarów nośnika przeprowadzono za pomocą dynamicznego rozpraszania światła (DLS), a oznaczenie zawartości 7-DHC wykonano metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej w odwróconym układzie faz oraz detektora światła rozproszonego (ELSD). W celu oznaczenia zawartości 7-DHC wykorzystano metodę krzywej kalibracyjnej (metodę wzorca zewnętrznego).

Wykres 1. Rozmiary liposomów Neutralization HEVL, rozkład przedstawiony względem objętości (źródło: wyniki badań BECAPRO)

Wykres 2. Rozmiary liposomów Neutralization HEVL, rozkład przedstawiony względem intensywności (źródło: wyniki badań BECAPRO)

Stabilność

Badania stabilności to jedne z kluczowych testów realizowanych w trakcie prac nad nowymi surowcami i kosmetykami. Stabilność pozwala określić, jak długo substancja badana utrzymuje swoje właściwości oraz skuteczność działania w trakcie przechowywania. Testy umożliwiają również zidentyfikowanie potencjalnych problemów związanych z mikrobiologiczną kontaminacją, degradacją składników aktywnych lub utratą stabilności fizykochemicznej. Dzięki temu można uniknąć sytuacji, w których surowiec lub kosmetyk może prowadzić do niepożądanych efektów. Kolejnym istotnym aspektem testów stabilności jest możliwość monitorowana jakości produktów w czasie – dzięki temu można ujawnić potencjalne problemy, jak zmiany w wyglądzie czy zapachu. Jeśli składnik nie spełni ustalonych restrykcyjnych standardów, zostaje odrzucony z dalszych etapów przygotowania produktu.

Częstym ograniczeniem powszechnego stosowania tego uniwersalnego systemu dostarczania substancji aktywnej jest niestabilność liposomów. Dlatego pomyślne wprowadzenie preparatów liposomowych zależy od odpowiednio przeprowadzonych badań stabilności. Stabilność liposomów jest praktycznie najważniejszym czynnikiem branym pod uwagę w produkcji preparatów liposomalnych. Istotne jest, aby liposomy były stabilne zarówno na etapie powstawania, jak i uwalniania substancji aktywnej w miejscu docelowym. Badanie stabilności powinno zawierać opis właściwości produktu oraz część dotyczącą stabilności produktu podczas przechowywania. Podczas projektowania badań stabilności należy wziąć pod uwagę i ocenić parametry fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne.

Stabilność fizyczna

Wielkość cząstek preparatów liposomowych nie jest jednakowa, a średni rozkład wielkości cząstek liposomów zmienia się wraz z czasem przechowywania. Liposomy mają tendencję do łączenia się w większe pęcherzyki, dlatego że taki układ jest korzystniejszy termodynamicznie. Morfologia cząstek i rozkład wielkości są ważnymi parametrami do oceny stabilności fizycznej. Fuzja i pękanie liposomów powodują wyciek substancji z pęcherzyków.

Rys. 3. Połączone liposomy (źródło: licencja shutterstock)

Stabilność chemiczna

Lipidy są głównym składnikiem preparatów liposomowych, pochodzących z naturalnych lub syntetycznych źródeł fosfolipidów, zawierających nienasycone kwasy tłuszczowe, które ulegają reakcjom utleniania. Dlatego istnieje potrzeba oceny integralności chemicznej produktu w określonym przedziale czasowym. W wyniku nowatorskich prac badawczo-rozwojowych realizowanych przez BECAPRO opracowany produkt – Neutralization HEVL – sprostał restrykcyjnym testom, poprzez stworzenie homogenicznych liposomów o rozmiarze mniejszym niż 200 nm oraz ze współczynnikiem polidyspersyjności mniejszym niż 0,3. Przyspieszone testy, odpowiadające 18 miesiącom przechowywania w temperaturze pokojowej, nie wykazały również zanieczyszczeń mikrobiologicznych, a co za tym idzie – produkt spełnił wszystkie wymagania analiz stabilności.

Testy biodostępności in vitro są kolejnym pakietem analiz, które przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych, służą do oceny zdolności substancji aktywnej do przenikania przez barierę biologiczną, taką jak skóra, błony śluzowe czy nabłonki. Testy biodostępności in vitro stanowią etyczną alternatywę dla testów na zwierzętach. Dają możliwość przeprowadzenia eksperymentów w kontrolowanych warunkach, wykorzystując modele skóry lub komórki ludzkie, aby ocenić biodostępność kosmetyków. Jest to zgodne z trendem 3R – dążenia do redukcji, zastępowania i doskonalenia w testach na zwierzętach.

Analizy biodostępności zrealizowano trzyetapowo:

1. Badanie penetracji transepidermalnej substancji czynnej

Jest procesem oceny zdolności substancji przenikania przez naskórek i docierania do głębszych warstw skóry lub nawet do krwiobiegu. Ten rodzaj badania ma na celu zrozumienie i ocenę sposobu, w jaki substancje przenikają przez skórę oraz potencjalnego ryzyka dla zdrowia. Analizy BECAPRO wykonywane były na modelu skóry, z wykorzystaniem dyfuzyjnej membrany przedskórnej, a związkiem, którego penetrację badano, była prowitamina D. Dzięki elastycznej błonie lipidowej nośnik zastosowany w Neutralization HEVL wykazał wysoką zdolność do przenikania do głębszych warstw skóry. Zastosowanie lipidów pozwoliło na zwiększenie przenikania o 94% w stosunku do wolnej substancji. Analiza wykazała, że Neutralization HEVL posiada zdolność do swobodnej dyfuzji. Istotnym elementem penetracji transepidermalnej jest akumulacja substancji w skórze. Testy akumulacji trwały 24 h i wykazały, że po tym czasie analizowany kosmetyk został zaabsorbowany o 57% więcej, niż w przypadku roztworu wolnej substancji. Zwiększenie biodostępności prowitaminy D, dzięki zastosowaniu warstwy lipidowej, pozwala więc skórze na dłuższe i bardziej efektywne działanie substancji w głębszych jej warstwach.

Wykres 3. Przenikanie 7-DHC przez model skóry w czasie 24 godzin (źródło: wyniki badań BECAPRO)

2. Badanie uwalniania substancji aktywnej

Badanie to pozwala oszacować, w jaki sposób substancja aktywna jest uwalniana z produktu kosmetycznego i czy osiąga zamierzony obszar skóry w odpowiedniej ilości i tempie. Jest to istotne, ponieważ składniki kosmetyków, takie jak przeciwutleniacze, substancje nawilżające czy substancje przeciwdziałające starzeniu się skóry, muszą być w stanie dotrzeć do odpowiednich warstw skóry, aby wywierać swoje działanie. Ponadto takie badanie umożliwia również rozwój innowacyjnych produktów kosmetycznych. Dzięki lepszemu zrozumieniu mechanizmów uwalniania substancji z produktu producenci, tacy jak BECAPRO, mogą tworzyć nowe formuły, które zapewniają lepsze i bardziej skuteczne działanie składników aktywnych na skórę. Tak jak w opisywanym przypadku, prowadzi to do powstawania nowych, zaawansowanych kosmetyków, które mogą dostarczać korzyści skórze w bardziej efektywny sposób. W trakcie analiz Neutralization HEVL wykazał wypłaszczenie profilu uwalniania po 2 godzinach od rozpoczęcia eksperymentu. Po 48 godzinach z nośnika uwolniło się zaledwie 40% prowitaminy D (dla porównania z roztworu wolnej substancji – 75%). Dzięki przeprowadzonemu eksperymentowi wykazano, że zamknięcie substancji w nośniku lipidowym wydłuża czas jej uwalniania, maksymalizując efektywność jej działania.

Wykres 4. Profil uwalniania 7-DHC z Neutralization HEVL oraz roztworu wolnej substancji (źródło: wyniki badań BECAPRO)

3. Analiza jakościowego przenikania enkapsulowanej substancji czynnej

Badanie zrealizowano z użyciem techniki mapowania ramanowskiego. Metoda ta polega na wykorzystaniu technologii spektroskopii ramanowskiej do badania dystrybucji i przenikania substancji aktywnej w nanocząstkach przez warstwy skóry. Całość opiera się na zasadzie rozpraszania światła laserowego przez cząsteczki substancji, co generuje unikalne spektrum ramanowskie, które można zidentyfikować i analizować. Najpierw nanosi się kosmetyk na powierzchnię, a następnie, za pomocą mikroskopu ramanowskiego, wykonuje się skanowanie obszaru zainteresowania, w tym mikrokapsułek i warstw skóry. Analizę Neutralization HEVL zrealizowano za pomocą spektrometru wyposażonego w mikroskop konfokalny, a znakowanie nastąpiło z użyciem błękitu pantenowego. We wszystkich zrealizowanych próbach odnotowano przenikanie próbek do skóry, a głębokość wnikania wahała się w zakresie od 1100 μm do 2130 μm (wartości skrajne).

Wykres 5. Porównanie wartości średnich przenikalności Neutralization HEVL przez skórę dla każdego z powtórzeń biologicznych z odchyleniami wraz z obrazem ramanowskim dla próby 3. (źródło: wyniki badań BECAPRO)

Podsumowanie

BECAPRO Sp. z o.o. w ramach prac badawczo-rozwojowych stworzyła innowacyjny surowiec i udowodniła szerokie spektrum jego działania. Następnie, na bazie Neutralization HEVL, opracowano nową linię kremów do twarzy dla kobiet i mężczyzn, chroniących skórę przed promieniowaniem świetlnym, w tym HEVL oraz niwelujących negatywne skutki powstałych wcześniej zmian w zakresie starzenia się skóry, z jednoczesną kompensacją niedoboru witaminy D w skórze. Przygotowując nowe kosmetyki, skupiono się na przeprowadzeniu szeregu badań tak, by ostateczny produkt był innowacyjny pod względem technologicznym i gwarantował konsumentom wysoką jakość. Właściwości Neutralization HEVL zostały dodatkowo wzmocnione poprzez włączenie do receptur:

* ekstraktu z liści herbaty, zmniejszającej łuszczenie się skóry, wpływającej pozytywnie na poprawę jej elastyczności i gęstości,

* synergicznego połączenia wyciągów z Brassica Oleracea Italica (Broccoli)/Aloe Barbadensis Leaf/Bioflavonoids o działaniu antyoksydacyjnym, zwiększającym funkcje ochronne skóry,

* aktywnego ekstraktu z trzech roślin – korzenia prawoślazu, otrębów ryżowych i korzenia lukrecji – przyczyniającego się do rozjaśnienia skóry i redukcji przebarwień,

* filtrów naturalnych, syntetycznych oraz luteiny.

W ramach badań aparaturowych udowodniono, że stworzone kosmetyki zapewniają m.in.:

* wysoką ochronę przeciwsłoneczną – SPF 50, UVB/UVA,

* ochronę przed działaniem światła niebieskiego HEVL,

* dostarczenie prowitaminy D,

* działanie przeciwstarzeniowe – poprzez udowodnioną redukcję ilości wolnych rodników w komórkach naskórka średnio o 40,5% w stosunku do placebo,

* hamowanie procesów starzenia się i poprawę ogólnej kondycji skóry,

* rozjaśnienie przebarwień, wyrównanie kolorytu skóry, zmniejszenie intensywności przebarwień,

* poprawę wyglądu i kondycji skóry twarzy.

Ponadto produkty te posiadają szereg pozytywnych cech potwierdzonych badaniami aplikacyjnymi, przeprowadzonymi pod opieką lekarza dermatologa i okulisty. Neutralization HEVL (zgłoszony do patentu) zapewne jeszcze nie raz zostanie wykorzystany w kolejnych kosmetykach odpowiadających na problemy skórne.