Sekundarni metaboliti cijanobakterija kao biotehnološki sastojci u prirodnoj kozmetici protiv starenja
Aug 24, 2022
Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija
sažetak:Gubitak gustine i elastičnosti, pojava bora i hiperpigmentacija među prvim su uočljivim znakovima starenja kože. Osim UV zračenja i oksidativnog stresa, matriks metaloproteinaze (MMP) preuzimaju dominantnu ulogu u procesu, jer njihova deregulacija rezultira degradacijom većine komponenti ekstracelularnog matriksa. U ovom istraživanju, četiri soja cijanobakterija su istražena zbog njihovog kapaciteta da proizvode sekundarne metabolite s biotehnološkim potencijalom za upotrebu u formulacijama protiv starenja. Leptolyngbya boryana LEGE 15486 i Cephalothrix lacustris LEGE 15493 iz slatkovodnih ekosistema, te Leptolynglya cf.ectocarpi LEGE 11479 i Nodosilinea nodulosa LEGE 06104, analizirana su njihova uloga u morskim staništima i ekstrakti ekstrakta acetontione vode su analizirani sa svojom ulogom u vodi i ekstraktno toksičnim staništima. kontekst kože (HaCAT,3T3L1 i hCMEC). Netoksični ekstrakti su kemijski okarakterizirani u smislu proteina, karotenoida, fenola i klorofila a, a njihov potencijal protiv starenja istražen je kroz njihovu sposobnost da uklone fiziološki slobodni radikal superoksid anionski radikal (O2*-), kako bi smanjili aktivnost MMPs elastaze i hijaluronidaze, da inhibiraju tirozinazu i na taj način izbjegnu proizvodnju melanina, te da blokiraju UV-B zračenje (faktor zaštite od sunca, SSPF). Leptolyngbya vrsta se isticala u svrhu protiv starenja∶ L. boryana LEGE 15486 pokazala je izuzetan SPF od 19 (na 200 ug/mL) i bila je među najboljim vrstama u pogledu stepena O2 ~čišćenja (IC{18}}..50 ug/mL) i sposobnost da inhibira tirozinazu (IC25=784 ug/mL), što se pokazalo obećavajućim protiv starenja kože izazvanog UV zračenjem; L.ectocarpi LEGE 11479 je bio efikasniji u inhibiciji MMP (hijaluronske). , IC50=863ug/mL;elastaza, IC50=391ug/mL）, što je izbor za usporavanje gubitka dermalne gustine. Analiza glavnih komponenti (PCA) podataka omogućila je grupisanje ekstrakata u tri grupe, prema njihovom hemijskom sastavu; korelacija karotenoida i hlorofila a sa aktivnošću MMP (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="">
Molimo kliknite ovdje da saznate više
Ključne riječi:melanin; UV-blokator; elastaza; hijaluronidaza; tirozinaza; oksidativni stres; beta-karoten;fikocijanin; fikoeritrin; alofikocijanin
1. Uvod
Koža je veliki i iznenađujuće složen ljudski organ s primordijalnom funkcijom barijere zaštite unutrašnjih organa od štetnih stresora, kao što su kemikalije, patogeni, hladnoća, toplina i ultraljubičasto zračenje (UVR). Međutim, značaj kože ide mnogo dalje, obuhvatajući neospornu socio-kulturnu ulogu.cistanche holesterol,Naime, izgled i oblik kože su od presudnog značaja za samopoštovanje pojedinca, njegova nega i ulepšavanje su od davnina deo svakodnevne rutine [1].
Kašnjenje procesa starenja kože glavni je društveni zahtjev.nuspojave cistanche deserticolaOvaj spor i složen proces induciran je endogenim i egzogenim faktorima koji predisponiraju kožu na progresivnu strukturnu i funkcionalnu degeneraciju koja, osim što utiče na njen estetski izgled, čini je sklonom razvoju širokog spektra bolesti. Među egzogenim faktorima, UVR je možda najštetniji agens kojem je koža najviše izložena. Pretjerano izlaganje UVR-u povećava stvaranje slobodnih radikala, pokrećući niz događaja koji utječu na širok spektar staničnih struktura i enzima, što rezultira trenutnim upalnim odgovorom i konačno kulminira preranim starenjem kože[2]. Posebno pogođena meta u ovoj temi je ekstracelularni matriks (ECM), trodimenzionalna mreža vlakana elastina i kolagena okruženih osnovnim supstancama, kao što je hijaluronska kiselina (HA), koje djeluju zajedno kako bi održale punjenje kože, elastičnost i fleksibilnost [3]. U okviru oksidativnog stresa, vlakna elastina i kolagena, odgovorna za elastičnost i otpornost kože, mogu izgubiti svoju strukturu[4]. Ovaj fenomen, dijelom zbog deregulirane aktivnosti matriksnih metaloproteinaza (MMP), kao što su elastaza, kolagenaza i hijaluronidaza, je u osnovi preranog starenja kože povezanog s vanjskim faktorima [1]Ove promjene utiču na debljinu epiderme, strukturu, i izgled, što rezultira suhoćom, proširenim porama, finim linijama i borama [5,6]. Stoga je potraga za novim, učinkovitim, višeciljnim i inovativnim sastojcima za kozmetičke formulacije koji mogu postići najveći broj ključnih ciljeva u procesu starenja kože u fokusu kozmetičke industrije posljednjih desetljeća.
Cistanche može protiv starenja
Sve veća istraživanja prirodnih izvora, tačnije onih morskog porijekla, omogućila su bezbroj novih molekula s obećavajućim bioaktivnostima, vrijednim daljnje eksploatacije u području starenja kože [1]. Među njima se izdvajaju cijanobakterije po svojoj sposobnosti da proizvode bioaktivne sekundarne metabolite jedinstvene strukture i mehanizma djelovanja. Osim što predstavljaju jedinu grupu prokariota koji mogu obavljati oksigensku fotosintezu, slično kao i biljke, cijanobakterije su samoobnovljive, imaju osnovne nutritivne zahtjeve, zahtijevaju minimalan prostor za uzgoj i imaju nizak utjecaj na okoliš, budući da su održivi izbor kao zeleni izvor kozmetike. sastojci [7].
Fokusirajući se na formulacije kože, cijanobakterije proizvode široku lepezu bioaktivnih metabolita, uključujući fenolne spojeve, proteine, pigmente i MMP inhibitore, koji pokrivaju glavne procese koji čine osnovu starenja kože, naime antioksidaciju, fotoprotekciju i sposobnost inhibicije ključnih enzima ECM-a [8-12], kako je nedavno revidirano [1,9]. Što se tiče antioksidativne aktivnosti, prijavljeno je da brojni sojevi imaju reprezentativnu količinu metabolita sa kapacitetom uklanjanja radikala, kao što su karotenoidi, npr. oni iz rodova Leptolyngbya, Syneclocystis i Wollea [9,13], fikobilipro-teini (PBP), kao što je Arthospira spp. i Spirulina spp. [13,14] i fenolna jedinjenja, kao što je Nostoc commune [15]. U području fotoprotekcije, cijanobakterije se također ističu proizvodnjom poznatih spojeva koji apsorbiraju UVR aminokiseline mikosporin (MAAs) i scytonemin (SCY) [16]. Što se tiče mogućnosti inhibicije kol-lagenaze, elastaze, hijaluronidaze i tirozinaze, u literaturi se navodi nekoliko primjera, kao što je mikosporin{15}}glicin (M2G), izolovan iz cijanobakterije Aphan-othece halophytica [17], ciklički depsipeptidi tutuilamides AC, iz Schizothrix spp. i Coleofasciculus spp.[18], polisaharid iz Nostochopsis lobatus MAC0804NAN [19] i ekstrakt Phormiskin Bioprotech G, iz Phormidium persicinum [20], respektivno.
Uprkos gore navedenim studijama, broj sojeva cijanobakterija istraženih u oblasti kozmetike je još uvijek vrlo nizak, s obzirom na potencijale ovog resursa. Imajući to na umu, ovo istraživanje po prvi put istražuje biotehnološki potencijal sekvencijalnih ekstrakata različitih polariteta, dobijenih od četiri soja cijanobakterija, u području starenja kože, demonstrirajući obećavajuću, inovativnu i multifaktorijalnu prirodu ovih mikroorganizama. 2.Rezultati i
Diskusija
U ovoj studiji, dva slatkovodna i dva soja morskih cijanobakterija su kultivisana, sakupljena i podvrgnuta sekvencijalnoj ekstrakciji acetonom i vodom, s ciljem njihove eksploatacije u kozmetičke svrhe. Sekvencijalna ekstrakcija acetonom praćenom vodom osmišljena je za monetizaciju biomase, u održivijim, ekološki prihvatljivijim i ekonomski atraktivnijim procesom. U tabeli 1 prikazani su prinosi ekstrakcije. Prinos ekstrakcije bio je značajno veći sa vodom nego sa acetonom (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. Citotoksičnost ekstrakta
Kako bi se odabrali ekstrakti za procjenu bioloških aktivnosti, urađen je in vitro test citotoksičnosti korištenjem različitih ćelijskih linija. Testovi citotoksičnosti su neophodni tokom proizvodnje kozmetike, jer mogu predvideti zdravstvene rizike povezane sa upotrebom ekstrakata kao bioaktivnih sastojaka. Tako je procijenjena citotoksičnost ekstrakata u tri različite ćelijske linije od ključnog značaja za proizvode za primjenu na koži: keratinociti (HaCat), fibroblasti (3T3L1) i endotelne ćelije (hCMEC). Fibroblasti su među najvažnijim ćelijama za starenje kože, odgovorni su za proizvodnju komponenti dermalnog matriksa bitnih za održavanje oblika i strukture kože, kao što su kolagen i hijaluronska kiselina [9,21]. Endotelne ćelije čine barijeru između zidova krvnih žila i krvi, a odabrane su da se uzmu u obzir njihovo prisustvo u dermisu koji je, za razliku od epiderme, navodnjavani sloj kože [22]. Što se tiče keratinocita, one su ključne ćelije epidermis, koji čine oko 95 posto ovog sloja, ali su prisutni u sva četiri sloja i pružaju strukturu i odbranu kože [23,24]. Nijedan od ekstrakata nije pokazao toksičnost za odabrane ćelijske linije pod testiranim koncentracijama (12.5-200ug suhog ekstrakta/mL) (Slike S1-S3).cistanche dosage redditU tom smislu, svi ekstrakti su prešli na sljedeći korak, gdje su podvrgnuti hemijskoj karakterizaciji i evaluaciji njihove biološke aktivnosti. 2.2. Hemijski profil
Acetonski i vodeni ekstrakti su hemijski okarakterisani u smislu fenola, ukupnih proteina, PBP, ukupnih karotenoida i hlorofila a, kako bi se uporedili hemijski profili dobijeni sa različitim ekstrakcijskim rastvaračima, i kako bi se uspostavila veza između hemijskog sastava i procijenjene biološke aktivnosti.
2.2.1. Ukupni sadržaj fenola (TPC)
Ukupan sadržaj fenola (TPC) oba ekstrakta mjeren je Folin-Ciocalteu kolorimetrijskim testom. Čak i ako uzmemo u obzir inherentna ograničenja metode, ovo je standardni test koji se široko koristi za brzo određivanje ukupnih fenola, omogućavajući poređenje različitih uzoraka, a samim tim i predviđanje njihovog antioksidativnog potencijala. Tabela 2 prikazuje podatke (izražene u GAE) za ukupan sadržaj fenola u osam ekstrakata istraženih u ovoj studiji. Najveći TPC pronađen je u acetonskom ekstraktu Leptolyngbya cf.ectopic LEGE 11479, sa 17,59 ug GAE/mg arnog ekstrakta, a zatim slijede vodeni ekstrakti Leptolyngbya boryana LEGE 15486 i Cephalothrix lacustris LEGE 1554 LEGE 15. Uzimajući u obzir prinos kombinovane ekstrakcije, Leptolyngbya cf.exocarp LEGE 11479 je bila najbogatija vrsta, sa ukupno oko 26 ug GAE/mg suvog ekstrakta kada se uzmu u obzir oba rastvarača za ekstrakciju.
Sve u svemu, vodeni ekstrakti slatkovodnih sojeva pokazali su veći sadržaj fenola od onih iz morskog okruženja, dok je suprotno ponašanje uočeno u vezi s ekstraktima acetona. Ovo zapažanje je također zabilježeno za dva soja istog roda, što dovodi do pretpostavke da, osim karakteristika specifičnih za vrstu, morski sojevi imaju veću vjerovatnoću da proizvode fenolne spojeve nižeg polariteta, s obzirom na njihovu veću prevalenciju u manje polarnim otapalima. Fenoli imaju polarnu i nepolarnu komponentu u svojim molekulima, preferirajući topljivost u odnosu na rastvarače srednjeg polariteta kao što su alkoholi i aceton, a ne voda. Međutim, topljivost fenola u različitim otapalima ne može se temeljiti samo na njihovim polaritetima, budući da drugi parametri kao što su temperatura i pH mogu imati veliki utjecaj na njihovu topljivost i time opravdati njihovu ekspresivnu prisutnost u vodenim ekstraktima [25].
Prethodni rad naše istraživačke grupe također je istraživao TPC u različitim ekstraktima cijanobakterija. Morone i saradnici [26] su koristili istu metodologiju za TPC kvantifikaciju i otkrili da Nodosilinea nodulosa LEGE 06102 ima vrijednost od 1,23 mg GAE/g suhe biomase što je iznad vrijednosti dobijenih ovdje (0,59 mg GAE/ g suhe biomase, konvertovane prema prinosu ekstrakcije). Međutim, autori su koristili 70 posto etanola kao rastvarač za ekstrakciju, što je svakako dovelo do uočenih razlika. Za sve sojeve koje su autori analizirali, najveća vrijednost je pronađena u Synechocystis salina LEGE 099 (2,45 mg GAE/g). U drugoj studiji, sa Nodosilinea Antarctica LEGE13457, sadržaj TPC je bio 19,23 ug GAE/mg (acetonski ekstrakt) i nisu otkriveni fenoli u sp.prednosti ekstrakta cistancheLEGE 13412, pokazao je najveću varijabilnost među sličnim vrstama. Oni su također prijavili podatke za druge sojeve, pri čemu Cyanobium gracile LEGE12431 predstavlja najveći sadržaj fenola, sa 22,01 ug GAE/mg ekstrakta acetona [27]. Trabelsi i njegov tim [28] izvijestili su da je termofilna cijanobakterija Leptolyngbya sp. posjedovao 139 mg GAE/g, što je među najvišim vrijednostima prijavljenim u literaturi, a autori pripisuju visokoj temperaturi staništa cijanobakterija: da bi se izbjegao oksidativni stres izazvan visokim temperaturama, cijanobakterije proizvode veće količine antioksidativnih spojeva kao što su fenoli i flavonoide. Druga istraživačka grupa [29] je također prijavila TPCof 6,24 mg GAE/g za Leptolyngbya sp. KC45, uzorkovano sa lokacije sa temperaturama od približno 40-45 stepeni.
Uprkos razlikama koje su inherentne efektima rastvarača za ekstrakciju i uslovima uzgoja cijanobakterija, kao što su svetlosni uslovi, hranljivi sastojci podloge za kulturu i gustina ćelija, između ostalog, TPC vrednosti koje su ovde dobijene su u okviru istog reda veličine kao one navedene u literaturi. Štaviše, Leptolyngbya boryana LEGE 15486 može se istaći kao zanimljiva vrsta u pogledu fenolnih jedinjenja (3,08 mg GAE/g suhe biomase), u poređenju sa nadaleko poznatom Spirulinom spp. (1,78 mg GAE/g)[30].
2.2.2. Proteini
Iako su proteini općenito podcijenjeni, oni čine veliki dio biomase cijanobakterije[31], s prijavljenim antioksidativnim i imunostimulativnim svojstvima, kao i sposobnošću da koži daju zadržavanje vlage, što je bitno za sprječavanje starenja kože [32]. Imajući ovo na umu, ekstrakti istraženi u ovoj studiji okarakterisani su po svom sadržaju proteina, kroz opšti pristup fokusiran na ukupne proteine (aceton i vodeni ekstrakti) (tabela 3), i ciljani pristup koji se fokusira na PBP (vodene ekstrakte)( Tabela 4).
Što se tiče ukupnih proteina, može se zaključiti da je vodena ekstrakcija rezultirala većim vrijednostima od ekstrakcije acetonom, kao i da su morski sojevi bili siromašniji od onih iz slatkovodnih sredina. Što se tiče suhe biomase, najveći sadržaj ima Leptolyngbya boryana LEGE 15486 (69,22 mg BSA/g suhe biomase), a najniži Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 (15,23 BSA/g suhe biomase). Između ostalih faktora, ove razlike mogu biti posljedica različitih količina strukturnih proteina predstavljenih različitim sojevima cijanobakterija [32].
Praktični primjer upotrebe proteina u kozmetici odnosi se na PBS, koji su prirodno prisutni u cijanobakterijama. Jedan od odbrambenih mehanizama cijanobakterija je sposobnost ovih makromolekula da apsorbuju svjetlosnu energiju bez stvaranja reaktivnih vrsta kisika (ROS), što je moguće zbog promjena u njihovom sadržaju i omjeru u fikobilisomima [33]. PBP su vodotopivi proteini koji su povezani sa fikobilinima, a podijeljeni su u tri grupe prema njihovoj strukturi i spektru apsorpcije svjetlosti: fikocijanin (PC, 610-625 nm), fikoeritrin (PE, 490-570 nm), i alofikocijanin (APC, 650-660 nm). Kao što je ranije rečeno, njihov interes kao kozmetičkih sastojaka je uglavnom zbog njihovog prepoznatog antioksidativnog potencijala, zahvaljujući njihovoj strukturnoj sličnosti s bilirubinom, koji eliminira derivate kisika. PC je najčešći PBP u cijanobakterijama, sa zanimljivim svojstvima antioksidansa i uklanjanja radikala, kao i sposobnošću da inhibira proliferaciju stanica [13,14].
Što se tiče PC, Leptolyngbya boryana LEGE 15486 je imao najveći sadržaj (154,07 ug/mg ayy ekstrakta), a zatim Cephalothrix lacustris LEGE 15493 (115,03 ug/mg suvog ekstrakta) u skladu sa jakom plavom bojom koja je u skladu sa jakom plavom bojom. vrste.cistanche genghis khanS druge strane, Leptolymgbya cf. ectocarpi LEGE 11479, sa intenzivnom ružičasto-ljubičastom bojom u biomasi i vodenom ekstraktu, bio je najbogatiji PE (138,73 ug/mg suhog ekstrakta). Nodosilinea nodulosa LEGE 06104, sa najsvjetlijim plavim ekstraktom, pokazao je vidno niže vrijednosti oba PBP-a (Tabela 4).
Kada se uspoređuju sojevi u smislu PBP-a, izuzetno je važno uzeti u obzir uslove kulture jer razlike u svjetlu, dušiku, temperaturi, pH, ugljiku i salinitetu mogu drastično utjecati na njihovu proizvodnju [14]. Pumas i saradnici [29] procijenili su sadržaj PBP termotolerantne cijanobakterije Leptolyngbya sp. KC45, i pronašao sadržaj PE od skoro 100 mg/g, nakon čega slijedi približno 40 i 43 mg/g APC i PC, respektivno, što je u skladu sa rezultatima dobivenim ovdje za Leptolyngbya cf. ectocarpiLEGE11479 (Tabela 4). Rad koji su obavili Pagels i saradnici takođe je istraživao sadržaj PBP u sekvencijalnim ekstraktima dobijenim sa različitim rastvaračima. Iako su istražujući drugačiji soj cijanobakterija (Cyanobium sp.), autori su pronašli ukupan sadržaj PBP blizu 200 mg/g u sekvencijalnoj ekstrakciji koristeći ista otapala kao i ona koja se koriste ovdje, što je u skladu s vrijednostima koje smo dobili [34 ]. U poređenju sa široko poznatim Spirulina sp., sa prijavljenim ukupnim PBP od oko 19 mg/g suhe biomase [30], moguće je uzeti u obzir naše sojeve od ekonomskog interesa. U istoj studiji, autori su također prijavili vrijednosti od 127,01 mg/g suhe biomase ukupnih PBP za Lynglya sp. U drugoj studiji prikazani su podaci za 18 sojeva, gdje je najveća količina pronađena u Anabaena NCCU-9, sa vrijednošću od 91,54 mg/g suhe biomase [35]. 2.2.3. Karotenoidi i hlorofil a
Karotenoidi su prirodni izoprenoidi topivi u mastima sa širokim spektrom boja, koje variraju od žute do crvene [13]. Ova jedinjenja su privukla povećanu pažnju zbog njihove povezanosti sa smanjenim rizikom od nekoliko degenerativnih poremećaja i zbog njihove prepoznate antioksidativne aktivnosti, djelimično povezane sa C=C hemijskim dvostrukim vezama prisutnim u njihovim molekulima. Osim ovih funkcija, karotenoidi djeluju kao UV filteri smanjujući izloženost svjetlosti [36]. Neke cijanobakterije kao što su Wollea vaginicola, Leptolyngbya foveolarum i Synechocystis salina LEGE 06099 su istaknute zbog svog značajnog sadržaja karotenoida, što povećava njihov interes u farmakološkim i kozmetičkim poljima [9,13].
Ukupni sadržaj karotenoida i hlorofila u ekstraktima acetona cijanobakterija koji su ovdje istraženi prikazani su u Tabeli 5. Količina karotenoida se kretala od 89 do 159 ug/mg suhog ekstrakta, pri čemu je Leptolynglya boryana LEGE 15486 najbogatiji soj. Što se tiče hlorofila a, svi sojevi su imali vrijednosti veće od 100 ug/mg suhog ekstrakta, pri čemu se ističe Cephalothrix lacustris LEGE 15493.
Druge cijanobakterije su također bile predmet procjene pigmenta. Na primjer, Lopes i njen tim 【27】 su prijavili 63,9 ug/mg suhog ekstrakta ukupnih karotenoida i 417,6 ug/mg suhog ekstrakta ukupnih klorofila za Nodosilinea Antarctica leg 13457 acetonski ekstrakt. Autori su takođe dali podatke za Leptolyngbya-like sp.LEGE 13412 (33,6 ug/mg suvog ekstrakta), a u oba slučaja količina karotenoida je bila ispod vrednosti koje su ovde navedene. Vrijedi napomenuti da su u radu koji je gore spomenut, karotenoidi su profilisani HPLC-om, te da, uprkos specifičnostima vrsta, metodologija opravdava dobijene razlike. Što se tiče hlorofila, količina koju navode autori je veća od one dobijene, što se lako opravdava činjenicom da oni predstavljaju vrijednost ukupnih hlorofila, dok se rad u ovom radu fokusira isključivo na hlorofil a i njegove derivate.
Druga studija naše istraživačke grupe prijavila je ukupno {{0}},37 mg/g suhe biomase karotenoida za etanolni ekstrakt Nodosilinea nodulosa LEGE06102[26], što je ispod vrijednosti dobivenih ovdje (0,75 mg /g suhe biomase, preračunato na osnovu prinosa ekstrakcije). Ova razlika je svakako u korelaciji sa rastvaračem koji se koristi u ekstrakciji jer zbog svojih hemijskih karakteristika karotenoidi imaju veći afinitet za aceton. Uopšteno govoreći, rezultati dobijeni ovdje su u okviru istog reda veličine kao i rezultati drugih autora, što se može objasniti vrlo sličnim kulturnim uvjetima i korištenim metodologijama.
Ovaj članak je preuzet iz Mar. Drugs 2022, 20, 183. https://doi.org/10.3390/md20030183 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
