Beata Łubkowska
Pracownia Chemii Polipeptydów, Uniwersytet Gdański
strony wersji drukowanej: 14-17



Kosmetologia to dziedzina nauki, która w ostatnich latach wykazuje bardzo dynamiczny rozwój, zarówno w zakresie procesów biotechnologicznych, jak również wprowadzania coraz nowszych i bardziej skutecznych składników aktywnych kosmetyków.

Do niedawna w kosmetyce popularnie stosowano polipeptydy, takie jak: hydrolizaty kolagenu oraz elastyny, które mają znane i wielokrotnie potwierdzone działania pielęgnacyjne [1]. Dużym jednak osiągnięciem w zakresie regulacji procesów komórkowych stało się wprowadzenie na polski rynek peptydów syntetycznych o małej masie molowej, działających aktywnie na komórki skóry. W wielu instytutach naukowo-badawczych na świecie opracowano sekwencje peptydów mających m.in. istotny wpływ na funkcje komórkowe fibroblastów. Z uwagi na ich istotny wpływ na funkcjonowanie skóry, zauważa się coraz większe zapotrzebowanie zarówno na naturalne, jak i syntetyczne oligo- oraz polipeptydy. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie aktualnego stanu wiedzy na temat zastosowania kolagenu oraz niskocząsteczkowych peptydów syntetycznych w kosmetologii.

Synteza peptydów
Kolagen
Kolagen to strukturalne białko zewnątrzkomórkowe, stanowiące niemal 1/3 całkowitej masy białka w organizmie ludzkim. Jest to podstawowy składnik włóknistej tkanki łącznej, gdzie występuje w połączeniu z innymi białkami strukturalnymi (elastyną) i mukopolisacharydami (kwasem hialuronowym) [2,3]. Ze względu na swoje własności biologiczne oraz nietoksyczność, kolagen jest powszechnie stosowany jako biomateriał w farmacji oraz medycynie. Preparaty kolagenowe stosowane do celów kosmetycznych lub estetycznych stanowią grupę wypełniaczy tkankowych stosowanych w postaci iniekcji, suplementów oraz hydrolizatów stosowanych doustnie, a także preparatów do aplikowania na skórę w postaci kremów, żeli czy też masek [4].

Za najcenniejszy dla kosmetyki uważa się kolagen III, znany również jako kolagen natywny lub tropokolagen, będący rozpuszczalną w wodzie frakcją kolagenu tkanki łącznej, uzyskany ze skóry bardzo młodych cieląt metodą ekstrakcji enzymatycznej [5]. Kolagen jest doskonałym środkiem filmotwórczym, charakteryzującym się doskonałymi własnościami błonotwórczymi, a przy tym niewielką lepkością. Ze względu na wysoką masę cząsteczkową kolagen nie ma możliwości penetrowania przez naskórek, działa na powierzchni skóry ograniczając transepidermalną utratę wody poprzez tworzenie hydrofilowego filmu, bądź też wywierając działanie ochronne poprzez częściowe niwelowanie działania anionowych środków powierzchniowo czynnych. Mimo wielu zalet kolagenu, jako humektanty znacznie częściej stosowane są: gliceryny bądź glikole propylenowe [6].

Obecnie kolagen wykorzystuje się głównie w zabiegach modelowania struktury skóry. W ostatnich 30 latach nastąpiła znaczna ewolucja w produkcji preparatów zawierających kolagen - od preparatów zwierzęcych (bydlęcych), poprzez preparaty pochodzące od zmarłych dawców, kolageny uzyskiwane z hodowli ludzkich fibroblastów, aż po preparaty zawierające autologiczny kolagen. Nowsze badania pokazują, że preparatom kolagenowym brakuje aktywności regeneracyjnej lub biologicznej w odniesieniu do skóry, stąd też ich miejsce coraz częściej zastępują peptydy biologicznie czynne [7]. Szereg badań prowadzonych in vitro, a także in vivo wskazuje na aktywne działania peptydów już w naskórku, gdzie wpływają na aktywność komórek skóry m.in.: keratynocytów oraz melanocytów, przy czym kierunek i mechanizm działania są uzależnione od ich struktury [8].

Peptydy
Peptydy to związki organiczne zbudowane z co najmniej dwóch reszt aminokwasowych połączonych wiązaniem peptydowym [9]. Pierwsze korzyści ze stosowania peptydów na skórę odkryto już w roku 1930, podczas badań wpływu ekstraktów drożdżowych na procesy gojenia się ran [10]. Zauważono wówczas, że związki te wytwarzają korzystne efekty poprzez działanie na komórki skóry, a w szczególności na fibroblasty [11,12-14]. W postępie technologicznym, ze sfermentowanego gatunku drożdży Sachcaromyces cerevisiae, wyodrębniono i zidentyfikowano ponad 500 frakcji protein [15]. Dzięki tym badaniom odkryto, że peptydy o niskiej masie molowej są enzymatycznymi katalizatorami wzrostu drożdży. Działanie lecznicze mogło być teoretycznie wywołane poprzez regulację komórkowych czynników wzrostu spowodowanych angiogenezą, pobudzanie granulacji tkanek i syntezę nowego kolagenu [11, 16]. Potencjał zwiększonej aktywności biologicznej peptydów w skórze właściwej szybko wykorzystano komercyjnie i rozpoczęto wprowadzanie wielu produktów w celu poprawy stanu starzejącej się skóry.

Obecnie w kosmetologii znany jest podział peptydów na cztery podstawowe kategorie, według mechanizmu ich działania. Są to: peptydy sygnałowe, peptydowe inhibitory enzymów, peptydy neuroprzekaźników oraz peptydy transportujące [17].

Peptydy sygnałowe
Peptydy sygnałowe to najczęściej fragmenty pochodzące z dekompozycji białek podporowych skóry. Są to związki syntetyczne o działaniu stymulującym, które dostarczone do żywych warstw skóry stanowią sygnał do biosyntezy nowych składników, takich jak: kolagen, kwas hialuronowy, elastyna i fibronektyna [18]. Pierwsze publikacje opisywały badania in vitro na liniach komórkowych i głównie dotyczyły wzmożonej syntezy kolagenu przez fibroblasty, a także wzrostu proliferacji komórek skóry. Jako efekt pośredni opisywano także wzrost poziomu nawilżenia skóry. Obecnie jest to najszerzej opisywana grupa wśród peptydów biomimetycznych stosowanych w kosmetologii.

Najbardziej znanym i stosowanym peptydem sygnałowym w kosmetyce jest modyfikowany kwasem palmitynowym pentapeptyd o nazwie handlowej Matrixyl® oraz sekwencji aminokwasowej: Lys-Thr-Thr-Lys-Ser (rys. 1).


RYS1
Rysunek 1. Chemiczna struktura peptydu KTTKS [19].


Peptydowe inhibitory enzymów
Stanowią grupę związków pochodzenia naturalnego, do których należą zarówno proteiny roślinne (soja, pszenica, ryż, kukurydza, migdał) oraz białka pochodzenia zwierzęcego (kazeiny, globuliny). Ich rola polega na hamowaniu działania enzymów biorących udział w procesach metabolicznych skóry [17]. Najczęściej są one stosowane w kosmeceutykach, preparatach nawilżających oraz niwelujących szkodliwe działanie promieni ultrafioletowych.

Peptydy rozkurczające
Inhibitory neurotransmiterów rozkurczają mięśnie twarzy odpowiadające za powstanie tzw. zmarszczek mimicznych. Ich specyficzna aktywność polega na blokowaniu przepływu impulsów wysyłanych z komórek nerwowych do komórek mięśni. Preparaty zawierające neuropeptydy nie służą do iniekcji podskórnych, jednakże są stosowane w okolicach zmarszczek [18].

Peptydy transportujące
Peptydy nośnikowe zdolne są do tworzenia kompleksów m.in. z jonami miedzi (II) oraz ich transportu w głąb skóry [20]. Składniki te pobudzają fibroblasty do syntezy białek podporowych skóry, co prowadzi do regeneracji, poprawy jędrności skóry oraz spłycenia drobnych zmarszczek.

Podsumowanie
W dotychczas opublikowanych badaniach naukowych, dotyczących roli oligo- oraz polipeptydów otrzymywanych na drodze chemicznej syntezy, przeprowadzonych in vitro oraz in vivo, wykazano, iż związki te są dobrze tolerowane przez skórę i mogą działać przeciwstarzeniowo. Stosowanie na skórę preparatów z kolagenem wskazuje na zmniejszenie aktywności enzymów odpowiadających za jego degradację, co może korzystnie wpływać na opóźnienie efektów chronologicznego starzenia się skóry. Niedawno przeprowadzone badania in vitro potwierdzają, że preparaty kolagenowe mogą mieć zdolność przenikania w głąb naskórka, jeśli podawane są w postaci liposomalnej. Wówczas mogą przenikać głębiej, aż do skóry właściwej i wiązać się tam z innymi elementami jej struktury. Przede wszystkim z nierozpuszczalnymi frakcjami włóknistych białek, by w istotny sposób wpłynąć na zatrzymywanie wilgoci w przestrzeniach międzykomórkowych skóry właściwej [21].

Peptydy natomiast posiadają zdolność do hamowania impulsów nerwowo-mięśniowych, stymulacji komórek skóry do produkcji kolagenu i elastyny, a także dostarczania skórze niezbędnych jonów. Peptydy kosmetyczne stymulują naturalne procesy fizjologiczne w skórze, są aktywne w niewielkich stężeniach i spełniają światowe wymagania stawiane komponentom kosmetycznym, takie jak: doskonała czystość chemiczna i mikrobiologiczna oraz stabilność [22]. Ponadto, peptydy przeznaczone do zastosowania kosmetycznego nie wymagają zamykania ich w nośnikach transdermalnych, co znacznie zwiększa ich przewagę nad dużymi makromolekułami.


Literatura:

[1] Żelaszczyk D., Waszkielewicz A., Marona Henryk. Kolagen - struktura oraz zastosowanie w kosmetologii i medycynie estetycznej., Estetol Med Kosmetol 2012, 2(1): 14-20.

[2] Schoulders M.D., Raines R.T. Collagen structure and stability. Annu Rev Biochem 2009, 78: 929-958.

[3] Gelse K, Poschl E, Aigner T. Collagens-structure, function, and biosynthesis. Adv Drug Del Re 2003, 55: 1531-1546.

[4] Gordon M.K., Hahn R.A. Collagens. Cell Tissue Res 2010, 339(1): 247-257.

[5] Banieczko S.A., Liedzjewirow A.M. Kolagen nowa strategia zachowania zdrowia i przedłużenia młodości. Wydawnictwo Hobbit Plus, Koleczkowo, Polska, 2010.

[6] Lee C.H., Singla A., Lee Y. Biomedical applications of collagen. Int J Pharmac 2001, 221: 1-22.

[7] Cejas M., Kinney W.A., Chen C., Leo G.C., Tounge B.A., Vinter J.G., Joshi P.P., Maryanoff B.E. Collagen-related peptides: self-assembly of short, single strands into a functional biomaterial of micrometre scale. J Am Chem Soc 2007, 129(8): 2202-2203.

[8] Antończak P., Jurzak M., Adamczyk K., Niskocząsteczkowe peptydy sygnałowe stosowane w rewitalizacji skóry. Dermatol Klin 2012, 14(2): 93-96.

[9] Kołodziejczyk A., Naturalne związki organiczne. Wydawnictwo Naukowe PWN, Wydanie II, Warszawa, Polska, 2004.

[10] Danquah M.K., Agyei D., Pharmaceutical applications of bioactive peptides. OA Biotech 2012, 1(2): 1-7.

[11] Noguhi A., Djerassi D. Amino acids and peptides: building blocks for skin protein. W: Nutritional Cosmetics: Beauty from within. William Andrews, Oxford 2009, 287-310.

[12] Draelos Z.D. The latest cosmeceutical approaches for anti-aging. J Cosmet Dermatol 2007, 6(1): 2-6.

[13] Zhang L., Falla T.J. Cosmeceuticals and peptides. Clin Dermatol 2009, 27: 485-494.

[14] Kerscher M., Buntrock H. Update on cosmeceuticals. J Dtsch Dermatol Ges 2011,  9(4):   314-328.

[15] Bentley J.P., Hunt T.K., Weiss J.B., Taylor C.M., Hanson A.N., Davies G.H. Halliday B.J. Peptides from live yeast cell derivative stimulate wound healing. Arch Surg 1990, 125(5): 641-646.

[16] Fields K., Falla T.J., Rodan K., Bush L. Bioactive peptides: signaling the future, J Cosmet Dermatol 2009, 8(1): 8-13.

[17] Gorouhi F., Maibach H.I. Role of topical peptides in preventing or treating aged skin. Int J Cosmet Sci 2009, 31(5): 327-345.

[18] Robinson, L.R., Fitzgerald, N.C., Doughty, D.G., Dawes, N.C., Berge, C.A. Bissett, D.L.

Topical palmitoyl pentapeptide provides improvement in photoaged human facial skin. Int J Cosmet Sci 2005, 27: 15-160.

[19] Abu Samah N. H., Heard C. M. Topically applied KTTKS: a review, Int J Cosmet Sci 2011, 33(6): 483-490.

[20] Mazurowska, L., Mojski, M. Biological activities of selected peptides: skin penetration ability of copper complexes with peptides. J Cosmet Sci 2008, 59: 59-69.

[21] Żelaszczyk D., Waszkielewicz A., Marona H. Kolagen-struktura oraz zastosowanie w kosmetologii i medycynie estetycznej. Estetol Med Kosmetol 2012, 2(1): 14-20.

[22] Silva R., Little C., Ferreira H., Cavaco-Paulo A. Incorporation of peptides in phospholipid aggregates using ultrasound. Ultrason Sonochem 2008, 15: 1026-1032.