Растительные стволовые клетки в косметике: нынешние тренды и будущие направления

Sonia Trehan, Bozena Michniak-Kohn and Kavita Beri

Регенерация растений на тканевом и клеточном уровнях – уникальный процесс. Подобно тому, как это происходит у животных, стволовые клетки растений обладают свойствами, которые помогают стимулировать и регенерировать растения после повреждений.

Уникальные свойства растительных стволовых клеток недавно стали предметом интереса и фокусировки как в разработке новой косметики, так и в изучении того, как эти экстракты/фитогормоны будут воздействовать на кожу животных. Специальный доклад

фокусируется на нынешних базирующихся на доказательствах трендах в косметике, разработанной на базе растительных стволовых клеток; а также проливает свет на трудности, которые нам необходимо преодолеть, чтобы увидеть значимые изменения в

человеческой коже при наружном использовании косметики, полученной из растительных стволовых клеток.

Ключевые слова: стареющая кожа, омолаживание, Аюрведа, косметика, эпидермальные стволовые клетки, травы, растительные стволовые клетки, регенерация.

Научный доклад

Растения оснащены устойчивыми механизмами для регенерации их тканей в условиях стресса. Значительные усилия были приложены для ознакомления с этим механизмом расширяющейся области биотехнологии растений. У животных регенерация ткани происходит

после раздражения ран, как следствие начала восстановления органа. Для сравнения: регенеративная работа, проводимая растениями, направлена не только на восстановление поврежденной ткани, но и на развитие нового растения. Другими словами, отрезание ветки дерева приводит к росту новых почек/веток.

Можем ли мы использовать эту уникальную способность растений для улучшения регенерации тканей животных? «Ешь одно яблоко в день…но отложит ли это старение?» – вот, стало быть, какой вопрос. Данный доклад фокусируется на современных вопросах

применения косметики, созданной на базе растительных стволовых клеток, и на текущем исследовании эффектов растительных стволовых клеток в коже человека.

Стареющие эпидермальные стволовые клетки и концепция регенерации каллюса в растениях

Старение кожи – комплексный процесс, затрагивающий все слои эпидермиса и дермиса, включающий денатурирование протеинов и понижение функционирования регенеративных стволовых клеток.

Расположение стволовых клеток в эпидермисе делится на базальный слой стволовых клеток и интерфолликулярные стволовые клетки. Сокращение функции эпидермальных стволовых клеток было отмечено относительно сокращенных теломеров, что понижает ролиферативный потенциал в ответ на воздействие УФ-излучения и приводит к преждевременному старению кожи и ее дряблости.

Теломеры – нуклеопротеиновые структуры, которые накрывают и защищают концы хромосом от деградации и атипичной рекомбинации. Теломеры укорачиваются в каждом цикле клеточного деления – и это прогрессивное укорачивание теломеров в конечном счете сказывается на клеточном старении. Поэтому вопрос такой: могут ли растительные фитогормоны иметь антиокислительные и регенеративные способности для предотвращения этого процесса старения в человеческой коже?

Феномен создания каллюса из дифференцированных взрослых растительных клеток был впервые описан в 1902 году австрийским ботаником Готлибом Хаберландтом. Он предположил, что отдельная растительная клетка способна регенерировать целое растение.

Этот факт был продемонстрирован в 1958 году: из лабораторных культивированных клеток моркови была клонирована сама морковь. С тех пор было издано множество статей, посвященных регенерации целого растения из культивированных клеток и/или тканей.

Процесс создания каллюса является одной из стадий соматического эмбриогенеза (например, образования зиготы без оплодотворения), и растительные клетки подвергаются дедифференцировке, чтобы снова стать стволовыми клетками, способными образовывать новую ткань или даже целый орган.

WUS протеин (протеин, образующийся в нижних слоях клеток) отвечает за обратное превращение соматических клеток в стволовые. Исследования показывают, что цитокины ответственны за производство стеблей из каллюса, в то время как ауксины – за образование корней. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что ауксины растений оказывают регулятивный эффект на длину теломеров.

Современные тренды в косметике, основанной на растениях

Животные поддерживают популяцию стволовых клеток – материнских клеток со способностью постоянной дифференциации в любой тип более специализированных клеток различных тканей тела, таких как сердечные мышцы, ткани кожи и печени. Впрочем, в растениях этот процесс более адаптирован для создания ниш стволовых клеток в новых местах. Предоставление функциональных, «трендовых», инновационных и безопасных продуктов с более длительным сроком хранения – трудная задача, которая стоит перед косметической индустрией.

В связи с сомнительным использованием человеческих и животных материалов все косметические исследования и разработки новых продуктов сфокусированы, следовательно, на биотехнологии и технологии культивирования растительных клеток, чтобы таким образом обойти индустриальные, потребительские и законодательные ограничения.

Наличие растений, задействованных в косметологии, было ограничено медленным ростом, сезонностью сбора урожая, меняющимися от растения к растению и от урожая к урожаю вариациями активных концентраций и присутствием токсичных метаболитов.

Техники культивирования растительных клеток преодолели эти критические проблемы производства косметических продуктов и предоставили преимущества в виде более объемного производства активных концентраций с помощью таких стимулирующих факторов, как УФ-радиация, жасмоновая кислота или токсические субстанции. Эта технология включает множество комплексных методов, которые обеспечивают рост растительных клеток, тканей или органов в условиях стерильной питательной среды. Эта технология разрешает синтез биологически активных субстанций, которые существуют в растениях, но обычно либо не доступны в естественной среде, либо трудны в получении с помощью химического синтеза.

Экстракты, полученные с помощью этой технологии из растительных стволовых клеток, используются для производства повседневной и профессиональной косметической продукции – например, отбеливающего средств арбутина, полученного из Catharanthus roseus (катарантуса розового), а также пигментов (таких как сафлор и сафлорин), полученных из C. tincorius  (сафлора красильного). Различные стадии процесса экстракции включают отбор подходящего растительного материала и его стерилизацию,индукцию и субкультивирование каллюса на коммерчески доступной питательной среде растительной ткани Мурасиге-Скуга.

Выбор подходящих клеточных линий может быть основан на наивысшем производстве биомассы и самом коротком времени удвоения. Созданная суспензионная культура может быть подвергнута гомогенизации высокого давления, чтобы полностью разрушить суспендированные клетки и высвободить активные ингредиенты. Таким образом, образованный экстракт растительных стволовых клеток может быть инкапсулирован в различные носители для лучшего проникновения при наружном применении косметическогопродукта. Исследование на тему использования растительных стволовых клеток для ухода за кожей все еще находится в зачаточном состоянии. Некоторые исследования за последние несколько лет продемонстрировали технологию культивирования растительных клеток как эффективный метод экстракции стволовых клеток для развития новых косметических средств растительного происхождения.

Например, Schmid и другие компании воспроизвели стволовые клетки старого и редкого яблочного дерева, растущего в Швейцарии, с отличными показателями длительности хранения путем применения техники культивирования растительных клеток. Экстракт культивированных яблочных стволовых клеток был получен после лизиса растительных клеток с применением гомогенизации высокого давления и продемонстрировал множество полезных применений.

Компания Mibelle AG Biochemistry at Buchs (Швейцария) провела исследования, в рамках которых ее сотрудники культивировали человеческие фибробласты, индуцированные симптомами старения из-за повреждения клеточной ДНК, в 2% экстракте стволовых клеток из Uttwiler Spätlauber, что могло повернуть процесс старения кожных фибробластов вспять, повышая экспрессию нескольких важных генов для клеточной пролиферации и роста, равно как и для стимулирования экспрессии действующего фермента антиоксиданта гема-оксигеназы-1.

Также было показана эффективность в повышении жизнеспособности стволовых клеток пуповинной крови и для увеличения жизненного цикла изолированных человеческих волосяных фолликулов. Липосомы на основе лецитина были использованы как транспортеры для экстракта. Клинические испытания Malus domestica (Phytocell Tech™) – липосомного инкапсулированного экстракта культивированных стволовых клеток яблока – в качестве косметического ингредиента показали его огромный потенциал в части сокращения морщин типа «гусиные лапки» в области вокруг глаз. Глубина морщин была измерена оптическим устройством – трехмерной системой моделирования поверхности кожи PRIMOS; было отмечено, что морщины стали менее глубокими на 8% после 2 недель и на 15% – после 4 недель.

Другая группа исследователей разработала эффективный процесс производства клеток морошки (Rubus chamaemorus) в биореакторе (от 2.5 до 300 массовой производственной культуры) из созданного каллюса и суспензионных культур из скандинавского кустадиких ягод, используя среду Мурасиге-Скуга, обогащенную фитогормонами кинетинами и альфа-нафтилуксусной кислотой. Полученный клеточный материал морошки может быть использован как сырье для применения в косметической индустрии. Утвержденный процесс может эксплуатироваться для свежих клеток или клеточных фракций, экстрактов и изолятов, обладающих потенциальной биоактивностью, сублимированного клеточного материала, аромата или цвета как устойчивая технология производства для других видов растений.

Культивированные из растения Lycopersicon esculentum  стволовые клетки помидоров продемонстрировали значительный потенциал в части защиты кожи от токсичного воздействия тяжелых металлов. Водорастворимый косметический компонент был создан из жидкостных культур L. esculentum с намного более высокими концентрациями нескольких флавонидов и фенолкислот, таких как рутин, кумаровая, протокатеховая и хлорогеновая кислоты. Экстракт стволовых клеток помидоров имел высокое содержание антиоксидантов и металлохелирующих соединений фитохелатинов, которые связывают металлы и предотвращают повреждение клеточных структур, а также предполагает множество других применений в косметике по уходу за кожей для поддержки здоровой кожи.

Рафинированный имбирь состоит из активных растительных клеток, добытых из медицинского азиатского имбирного дерева при помощи особой биотехнологии смешивания дедифференцирования растительных клеток и контролирования синтеза активных молекулвнутри клеток в растительной клеточной культуре. Клиническое исследование, как сообщает производитель, было проведено при участии 22 женщин и показало улучшение (примерно на 50%) структуры кожи с помощью сокращения пор, а также матирующий эффект, выявленный в результате снижения блеска на 15% после 6 часов и снижения себума (кожного сала) на 19% после 28 дней. Результаты лабораторных тестов показали повышение синтеза эластина и волокон и сниженный показатель выработки себума.

Итальянская биотехнологическая компания, Institute of Biotechnological Research (сейчас – часть Croda в системе бренда Sederma), выявила защитный эффект и сильную антиколлагеназную и гиалуронидазную активность антивозрастного ингредиента из стволовых клеток эдельвейса. Leontopodium alpinum содержит высокие концентрации леонтопидиевых кислот A и B, которые обладают сильными антиоксидантными свойствами. Члены компании использовали запатентованную технологию High Tech Nature, гарантирующую воспроизводимый состав и титрование активных ингредиентов для создания ингредиентов в промышленных масштабах.

Запатентованная технология стволовых клеток XtemCell использует активные растительные клетки из редких, на 100% органических, богатых питательными веществами растений для создания максимально «чистых» новых клеток со множеством питательными элементов, вместо того чтобы использовать традиционную технику применения агрессивных химикатов для экстракции. Эта запатентованная технология обеспечивает высокое содержание липидов, протеинов, аминокислот и фитоалексинов. По данным компании, клинические испытания доказали, что активные клетки, использованные в продуктах XtemCell, легко впитываются в самые дальние клетки эпидермиса, допуская почти моментальное обновление кожных клеток, всасывание питательных веществ и повышение в коже уровня филлагриновых протеинов для ее защиты от дальнейшего повреждения старением и солнцем после нанесения.

Растительные стволовые клетки в сравнении с экстрактом растительных стволовых клеток

В заявлениях, публикуемых косметологами, терминология имеет важнейшее значение. Например, важно понимать, что когда термин «растительная стволовая клетка» употребляется в контексте как «ингредиент», на самом деле подразумевается экстракт эмбриональной клетки.

Множество компаний по уходу за кожей рекламируют свои продукты, заявляя об использовании технологии стволовых клеток. Например, у фирмы Image Skincare есть несколько линеек продуктов, таких как омолаживающие сыворотки, осветляющие кремы, осветляющие и очищающие средства и лосьоны

Более того, продукты из стволовых клеток, такие как сыворотка Dermaquest Stem cell 3D HydraFirm и Peptide eye firming serum (пептидная укрепляющая сыворотка для кожи вокруг глаз), рекламируются как продукты, содержащие гардению, эхинацею, стволовые клетки сирени и апельсинов.

На самом же деле почти все продукты косметических компаний, рекламируемые как содержащие стволовые клетки, содержат экстракты стволовых клеток, а не живые стволовые клетки.

Несмотря на то, что исследования растительных стволовых клеток, используемых в сфере ухода за кожей, открыли их потенциал как защищающих кожу, омолаживающих и противоморщинных продуктов, «настоящие» стволовые клетки в косметических препаратах уже мертвы. Экстракты из стволовых клеток не могут действовать так же, как живые стволовые клетки. Заявляемые преимущества в виде мягкой и упругой кожи проявляются благодаря антиоксидантам и активным экстрактам из стволовых клеток.

Чтобы извлечь из стволовых клеток все реальные преимущества и позволить им работать так, как это было обещано (при их применении для ухода за кожей), они – клетки – должны быть инкорпорированы как живые клетки и должны оставаться таковыми в составе косметических препаратов. Инкорпорирование стволовых клеток в транспортере, который может помочь клеткам проникать глубоко в кожу для обеспечения действительного косметического преимущества, – еще одна задача, которую необходимо решить.

Терапия растительными стволовыми клетками должна двигаться в правильном направлении для реализации ее внутреннего потенциала в сфере ухода за кожей. Это может произойти в течение следующих 20 лет, но на сегодняшний день любая косметика, которая рекламируется как омолаживающая (якобы благодаря действию растительных стволовых клеток), настолько же эффективна, насколько все кремы для кожи без стволовых клеток.

Вывод и будущие перспективы растительных стволовых клеток в косметике

Растения имеют сложные каскады фитогормонов, которые регулируют рост растения и его регенерацию. Еще многое предстоит понять в отношении того, как фитогормоны контролируют регенеративный процесс и можно ли это экстраполировать для регенерации в человеческих тканях. Эти активные ингредиенты в каскаде фитогормонов, которые воздействуют на человеческие стволовые клетки и ткани, – сфера интересов и концентрации будущих исследований растительных стволовых клеток. Можно сказать, что одно яблоко в день откладывает старение и, возможно, помогает обновлению кожи.

Целью авторов при написании данной статьи было продвижение дополнительных исследований на тему биотехнологии растительных стволовых клеток и оказываемых ими на человеческую кожу эффектов, а также улучшение сегодняшней косметики с помощью более безопасных и эффективных натуральных ингредиентов. Древние науки о травах, такие как Аюрведы и Китайская медицина, использовали растения как свою главную опору для лечения хронических болезней, острых воспалений, а также для заживления. В наше время для ученых-новаторов в сфере косметики целью является объединение данных древних практик с данными современной науки и нахождение понимания, каким образом применение растений в косметике может улучшить доставку в кожу более эффективным, безопасным и целенаправленным путем.

В этом контексте наука о растениях находится в зачаточном состоянии, и исследования травяной биотехнологии и физиологических эффектов на кожу могут открыть новые двери в области косметики. Интересным аспектом для будущих исследований станет открытие активов фитогормонов, которые действуют напрямую или влияют на пути восстановления для человеческих тканей. В будущем возможно объединение и расширение нашего понимания базовых основ Аюрведы и древней медицины с их применением травяных растений с тем, чтобы пролить больше света на передовые научные исследования.

Резюме

У авторов нет соответствующих связей или финансового взаимодействия с какой бы то ни было организацией или структурой с определенными финансовыми интересами или конфликтами с рассматриваемой основной темой или материалами, которые обсуждались в рукописи.

Это включает трудоустройство, консультации, гонорары, владение акциями или опционами, экспертные показания, субсидии или патенты (полученные или рассматриваемые), или авторские гонорары.

Данная работа получила лицензию Creative Commons 4.0 с указанием авторства. Чтобы посмотреть копию данной лицензии, посетите ресурс http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Источник