Cyanobakterier Sekundära metaboliter som biotekniska ingredienser i naturliga anti-aging kosmetika
Aug 24, 2022
Vänligen kontaktaoscar.xiao@wecistanche.comför mer information
Abstrakt:Förlusten av täthet och elasticitet, uppkomsten av rynkor och hyperpigmentering är bland de första märkbara tecknen på hudens åldrande. Utöver UV-strålning och oxidativ stress, tar matrismetalloproteinaser (MMP) en övervägande roll i processen, eftersom deras avreglering resulterar i nedbrytning av de flesta extracellulära matriskomponenter. I denna undersökning undersöktes fyra cyanobakteriestammar för deras förmåga att producera sekundära metaboliter med bioteknologisk potential för användning i anti-aging formuleringar. Leptolyngbya boryana LEGE 15486 och Cephalotrix lacustris LEGE 15493 från sötvattensekosystem, och Leptolynglya cf.ectocarpi LEGE 11479 och Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 från deras levnadsmiljöer analyserades och extrakterades med toxiska linjer i marina livsmiljöer och extrakterades sedan med deras roller i havsmiljöer och extrakter i deras levnadsmiljöer. hudkontexten (HaCAT,3T3L1 och hCMEC). De giftfria extrakten karakteriserades kemiskt i form av proteiner, karotenoider, fenoler och klorofyll a, och deras anti-aging potential undersöktes genom deras förmåga att rensa den fysiologiska fria radikalen superoxidanjonradikalen (O2*-), för att minska aktiviteten hos MMP:erna elastas och hyaluronidas, för att hämma tyrosinas och därmed undvika melaninproduktion, och för att blockera UV-B-strålning (solskyddsfaktor, SSPF). Leptolyngbya-arter stack ut i anti-aging-syften∶ L. boryana LEGE 15486 uppvisade en anmärkningsvärd SPF på 19 (vid 200 ug/mL), och är bland de bästa arterna när det gäller O2-grad ~rening, (IC50=99..50 ug/mL) och även att kunna hämma tyrosinas （IC25=784 ug/mL）, vilket visade sig vara lovande mot UV-inducerat hudåldrande; L.ectocarpi LEGE 11479 var effektivare för att hämma MMPs (hyaluronsyra). , IC50=863ug/mL;elastas, IC50=391ug/mL), vilket är valet för att bromsa förlust av huddensitet. Huvudkomponentanalys (PCA) av data gjorde det möjligt att gruppera extrakten i tre grupper, beroende på deras kemiska sammansättning; korrelationen mellan karotenoider och klorofyll a med MMPs aktivitet (s<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="">
Nyckelord:melanin; UV-blockerare; elastas; hyaluronidas; tyrosinas; oxidativ stress; betakaroten;fykocyanin; fykoerytrin; allofykocyanin
1. Introduktion
Hud är ett stort och förvånansvärt komplext mänskligt organ med en primordial barriärfunktion för att skydda inre organ från skadliga stressfaktorer, såsom kemikalier, patogener, kyla, värme och ultraviolett strålning (UVR). Men hudens betydelse går mycket längre, och omfattar en obestridlig sociokulturell roll.cistanche kolesterol,Faktum är att hudens utseende och form är av avgörande betydelse för en individs självkänsla, dess vård och försköning har varit en del av den dagliga rutinen sedan urminnes tider [1].
Fördröjningen av hudens åldrandeprocess har varit ett stort samhälleligt krav.cistanche deserticola biverkningarDenna långsamma och komplexa process induceras av endogena och exogena faktorer som predisponerar huden för en progressiv strukturell och funktionell degeneration som, förutom att påverka dess estetiska utseende, gör den benägen att utveckla en mängd olika sjukdomar. Bland exogena faktorer är UVR kanske det mest skadliga medlet som huden är mest utsatt för. Överdriven UVR-exponering ökar genereringen av fria radikaler, vilket utlöser en kaskad av händelser som påverkar en mängd olika cellstrukturer och enzymer, vilket resulterar i ett omedelbart inflammatoriskt svar och slutligen kulminerar i för tidigt åldrande av huden[2]. Ett särskilt påverkat mål i detta tema är den extracellulära matrisen (ECM), ett tredimensionellt nätverk av elastin- och kollagenfibrer omgivna av markämnen, såsom hyaluronsyra (HA), som verkar tillsammans för att bibehålla hudens fyllning, elasticitet och flexibilitet [3]. Under en ram av oxidativ stress kan elastin- och kollagenfibrer, ansvariga för hudens elasticitet och motståndskraft, förlora sin struktur[4]. Detta fenomen, delvis på grund av den avreglerade aktiviteten hos matrismetalloproteinaser (MMP), såsom elastas, kollagenas och hyaluronidas, ligger till grund för för tidigt åldrande av huden i samband med yttre faktorer [1] Dessa förändringar påverkar epidermis tjocklek, struktur, och utseende, vilket resulterar i torrhet, förstorade porer, fina linjer och rynkor [5,6]. Därför har sökandet efter nya, effektiva, multitarget och innovativa ingredienser för kosmetiska formuleringar som kan nå det största antalet nyckelmål i hudens åldrandeprocess varit i fokus för kosmetikaindustrin under de senaste decennierna.
Cistanche kan anti-aging
Den växande forskningen om naturliga källor, mer specifikt de av marint ursprung, har försett ett oräkneligt antal nya molekyler med lovande bioaktiviteter, värda att ytterligare utnyttjas inom området för åldrande av huden [1]. Bland dem sticker cyanobakterier ut på grund av deras förmåga att producera bioaktiva sekundära metaboliter med unika strukturer och verkningsmekanismer. Förutom att representera den enda gruppen av prokaryoter som kan utföra syrehaltig fotosyntes, på samma sätt som växter, är cyanobakterier självförnybara, har grundläggande näringsbehov, kräver minimalt med odlingsutrymme och har en låg miljöpåverkan, vilket är ett hållbart val som grön källa till kosmetika. ingredienser [7].
Med fokus på hudformuleringar producerar cyanobakterier ett brett spektrum av bioaktiva metaboliter, inklusive fenolföreningar, proteiner, pigment och MMPs-hämmare, som täcker huvudprocesserna som utgör grunden för hudens åldrande, nämligen antioxidation, fotoskydd och förmågan att hämma viktiga enzymer av ECM [8-12], som nyligen granskats [1,9]. När det gäller antioxidantaktivitet har ett flertal stammar rapporterats ha en representativ mängd metaboliter med radikalfångande förmåga, såsom karotenoider, t.ex. de från släktena Leptolyngbya, Syneclocystis och Wollea [9,13], phycobilipro-teins (PBP), såsom Arthospira spp. och Spirulina spp. [13,14], och fenoliska föreningar, såsom Nostoc commune [15]. Inom området fotoskydd utmärker sig cyanobakterier också genom produktionen av de välkända UVR-absorberande föreningarna mykosporinliknande aminosyror (MAA) och scytonemin (SCY) [16]. När det gäller potentialen att hämma kollagenaser, elastas, hyaluronidaser och tyrosinas, rapporteras flera exempel i litteraturen, såsom mykosporin-2-glycin (M2G), isolerad från cyanobakterien Aphan-othece halophytica [17], cykliska depsipeptider tutuilamider AC, från Schizothrix spp. och Coleofasciculus spp.[18], en polysackarid från Nostochopsis lobatus MAC0804NAN [19] respektive extraktet Phormiskin Bioprotech G, från Phormidium persicinum [20].
Trots studierna som presenteras ovan är antalet cyanobakteriestammar som utforskats inom kosmetika fortfarande mycket lågt, med tanke på potentialen hos denna resurs. Med detta i åtanke utforskar denna undersökning, för första gången, den biotekniska potentialen hos sekventiella extrakt av olika polariteter, erhållna från fyra cyanobakteriestammar, inom området för åldrande av huden, vilket visar den lovande, innovativa och multifaktoriella naturen hos dessa mikroorganismer. 2.Resultat och
Diskussion
I föreliggande studie odlades två sötvattens- och två marina cyanobakteriestammar, skördades och utsattes för en sekventiell extraktion med aceton och vatten, i syfte att utnyttja dem för kosmetiska ändamål. Den sekventiella extraktionen med aceton följt av vatten utformades för att tjäna pengar på biomassan, i en mer hållbar, miljövänlig och ekonomiskt attraktiv process. I Tabell 1 visas utvinningsutbytet. Extraktionsutbytet var signifikant högre med vatten än med aceton (s<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.Extrakt Cytotoxicitet
För att välja ut extrakten för att fortsätta för bedömning av biologiska aktiviteter, utfördes en cytotoxicitetsanalys in vitro med användning av olika cellinjer. Cytotoxicitetstester är väsentliga vid tillverkning av kosmetika, eftersom de kan förutsäga hälsorisker kopplade till användningen av extrakten som bioaktiva ingredienser. Således utvärderades extraktens cytotoxicitet i tre olika cellinjer av nyckelvikt vad gäller produkter för hudapplikation: keratinocyter (HaCat), fibroblaster (3T3L1) och endotelceller (hCMEC). Fibroblaster är bland de viktigaste cellerna för hudens åldrande och är ansvariga för produktionen av de dermala matrixkomponenterna som är nödvändiga för att upprätthålla hudens form och struktur, såsom kollagen och hyaluronsyra [9,21]. Endotelceller bildar en barriär mellan kärlväggar och blod och valdes för att förklara deras närvaro i dermis som, i motsats till epidermis, är ett irrigerat lager av slkin [22]. När det gäller keratinocyter är de nyckelcellerna i epidermis, som utgör cirka 95 procent av detta lager, men finns i alla fyra lager, och ger struktur och försvar till huden [23,24]. Inget av extrakten visade toxicitet för de utvalda cellinjerna under de testade koncentrationerna (12.5-200ug torrt extrakt/ml)(Figurerna S1-S3).cistanche dosering redditI detta avseende följde alla extrakten till nästa steg, där de utsattes för kemisk karakterisering och utvärdering av deras biologiska aktiviteter. 2.2.Kemisk profil
Aceton- och vattenextrakten karakteriserades kemiskt i termer av fenoler, totala proteiner, PBP, totala karotenoider och klorofyll a, för att jämföra de kemiska profilerna som erhållits med de olika extraktionslösningsmedlen och för att fastställa ett samband mellan den kemiska sammansättningen och biologiska aktiviteter utvärderade.
2.2.1.Totalt fenolinnehåll (TPC)
Den totala fenolhalten (TPC) i båda extrakten mättes genom Folin-Ciocalteu kolorimetriska analys. Även med tanke på metodens inneboende begränsningar är detta en standardanalys som används i stor utsträckning för snabb bestämning av totala fenoler, vilket gör det möjligt att jämföra olika prover och följaktligen förutsäga deras antioxidantpotential. Tabell 2 visar data (uttryckt i GAE) för det totala fenolinnehållet i de åtta extrakten som utforskas i föreliggande studie. Det högsta TPC-värdet hittades i acetonextraktet av Leptolyngbya, jfr. ektopisk LEGE 11479, med 17,59 ug GAE/mg ary-extrakt, följt av vattenextrakten av Leptolyngbya boryana LEGE 15486 och Cephalotrix lacustris LEGE 493 (15 2). Med tanke på utbytet av den kombinerade extraktionen var Leptolyngbya cf. exocarp LEGE 11479 den rikaste arten, totalt cirka 26 ug GAE/mg torrt extrakt när man överväger båda extraktionslösningsmedlen.
Sammantaget uppvisade vattenextrakten från sötvattenstammarna högre fenolhalt än de från marina miljöer, medan det motsatta beteendet observerades för acetonextrakt. Denna observation noterades också för de två stammarna av samma släkt, vilket leder till antagandet att, utöver artspecifika egenskaper, är marina stammar mer benägna att producera fenoliska föreningar med lägre polaritet, givet deras högre förekomst i mindre polära lösningsmedel. Fenoler har en polär och en opolär komponent i sina molekyler, som har en löslighetspreferens framför lösningsmedel med mellanliggande polariteter såsom alkoholer och aceton, snarare än vatten. Men lösligheten av fenoler i olika lösningsmedel kan inte enbart baseras på deras polariteter, eftersom andra parametrar som temperatur och pH kan ha stor inverkan på deras löslighet och därmed motivera deras uttrycksfulla närvaro i vattenextrakt [25].
Tidigare arbete från vår forskargrupp utforskade också TPC i olika cyanobakterieextrakt. Morone och medarbetare [26] använde samma metod för TPC-kvantifiering och fann att Nodosilinea nodulosa LEGE 06102 hade ett värde på 1,23 mg GAE/g torr biomassa, vilket var över värdena som erhölls häri (0,59 mg GAE/ g torr biomassa, omvandlad enligt extraktionsutbytet). Författarna använde dock 70 procent etanol som extraktionslösningsmedel, vilket säkerligen ledde till de observerade skillnaderna. För alla stammar som analyserats av författarna återfanns det högsta värdet i Synechocystis salina LEGE 099 (2,45 mg GAE/g). I en annan studie, med Nodosilinea Antarctica LEGE13457, var TPC-halten 19,23 ug GAE/mg (acetonextrakt) och inga fenoler upptäcktes i Leptolyngbya-liknande sp.cistanche extrakt fördelarLEGE 13412, visade den högsta variationen bland liknande arter. De rapporterade också data för andra stammar, med Cyanobium gracile LEGE12431 som presenterade den högsta fenolhalten, med 22,01 ug GAE/mg acetonextrakt [27]. Trabelsi och hans team [28] rapporterade att den termofila cyanobakterien Leptolyngbya sp. innehade 139 mg GAE/g, vilket är bland de högsta värdena som rapporterats i litteraturen och tillskrivs av författarna till den höga temperaturen i cyanobakteriella livsmiljöer: för att undvika oxidativ stress inducerad av höga temperaturer, producerar cyanobakterier högre mängder antioxidantföreningar såsom fenoler och flavonoider. En annan forskargrupp [29] rapporterade också en TPC på 6,24 mg GAE/g för Leptolyngbya sp. KC45, provtagning från en plats med temperaturer på ungefär 40-45 grad .
Trots skillnaderna i effekterna av extraktionslösningsmedlen och till de cyanobakteriella odlingsförhållandena, såsom ljusförhållanden, näringsämnen i odlingsmediet och celldensitet, är TPC-värdena som erhålls häri inom samma storleksordning som de som rapporterats i litteraturen. Dessutom kan Leptolyngbya boryana LEGE 15486 pekas ut som en intressant art vad gäller fenolföreningar (3,08 mg GAE/g torr biomassa), jämfört med den allmänt kända Spirulina spp. (1,78 mg GAE/g)[30].
2.2.2.Proteiner
Även om proteiner i allmänhet är undervärderade, utgör de en stor del av den cyanobakteriella biomassan [31], med rapporterade antioxidant- och immunstimulerande egenskaper, såväl som förmågan att ge fuktretention till huden, vilket är viktigt för att förhindra hudens åldrande [32]. Med detta i åtanke karakteriserades extrakten som utforskades i denna studie för sitt proteininnehåll, genom ett allmänt tillvägagångssätt med fokus på totala proteiner (aceton- och vattenextrakt) (tabell 3), och ett riktat tillvägagångssätt med fokus på PBPs (vattenextrakt)( Tabell 4).
Beträffande totala proteiner kan man dra slutsatsen att vattenextraktionen resulterade i högre värden än acetonextraktionen, och även att marina stammar var sämre än de från sötvattensmiljöer. När det gäller torr biomassa hade Leptolyngbya boryana LEGE 15486 den högsta halten (69,22 mg BSA/g torr biomassa) och Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 den lägsta (15,23 BSA/g torr biomassa). Bland andra faktorer kan dessa skillnader bero på de olika mängderna strukturella proteiner som presenteras av olika cyanobakteriestammar [32].
Ett praktiskt exempel på användningen av proteiner i kosmetika gäller PBS, som finns naturligt i cyanobakterier. En av cyanobakteriernas försvarsmekanismer är förmågan hos dessa makromolekyler att absorbera ljusenergi utan att producera reaktiva syrearter (ROS), vilket är möjligt på grund av förändringarna i deras innehåll och förhållande i fykobilisomer [33]. PBP är vattenlösliga proteiner som är associerade med fykobiliner och indelade i tre grupper enligt deras struktur och ljusabsorptionsspektra: fykocyanin (PC, 610-625 nm), fykoerytrin (PE, 490-570 nm), och allofykocyanin (APC,650-660 nm). Som nämnts tidigare beror deras intresse som kosmetiska ingredienser främst på deras erkända antioxidantpotential, tack vare deras strukturella likhet med bilirubin, vilket eliminerar syrederivat. PC är den vanligaste PBP i cyanobakterier, med intressanta antioxidant- och radikalfångande egenskaper, såväl som förmågan att hämma cellproliferation [13,14].
När det gäller PC hade Leptolyngbya boryana LEGE 15486 det högsta innehållet (154,07 ug/mg ayy-extrakt), följt av Cephalotrix lacustris LEGE 15493 (115,03 ug/mg torrt extrakt) i enlighet med den starka blå färgen som observerats av dessa extrakter. arter.cistanche genghis khanDäremot har Leptolymgbya jfr. ectocarpi LEGE 11479, med en intensiv rosa/lila färg i biomassan och i det vattenhaltiga extraktet, var den rikaste på PE (138,73 ug/mg torrt extrakt). Nodosilinea nodulosa LEGE 06104, med det ljusaste blå extraktet, visade synbart lägre värden för båda PBP (tabell 4).
När man jämför stammar när det gäller PBP är det extremt viktigt att överväga odlingsförhållandena eftersom skillnader i ljus, kväve, temperatur, pH, kol och salthalt kan drastiskt påverka deras produktion [14]. Pumas och medarbetare [29] utvärderade PBP-innehållet i den termotoleranta cyanobakterien Leptolyngbya sp. KC45, och fann en PE-halt på nästan 100 mg/g, följt av cirka 40 och 43 mg/g APC respektive PC, vilket är i linje med resultaten som erhållits häri för Leptolyngbya, jfr. ectocarpiLEGE11479 (tabell 4). Arbetet som utfördes av Pagels och medarbetare undersökte också innehållet av PBP i sekventiella extrakt erhållna med olika lösningsmedel. Även om de undersökte en annan cyanobakteriestam (Cyanobium sp.), fann författarna ett totalt PBP-innehåll nära 200 mg/g i en sekventiell extraktion med samma lösningsmedel som de som används häri, vilket är i enlighet med de värden som erhållits av oss [34 ]. När man jämför med den allmänt kända Spirulina sp., med rapporterade totala PBP på cirka 19 mg/g torr biomassa [30] är det möjligt att överväga våra stammar av ekonomiskt intresse. I samma studie rapporterade författarna också värden på 127,01 mg/g torr biomassa av totala PBP för Lynglya sp. I en annan studie presenterades data från 18 stammar, där den högsta mängden hittades i Anabaena NCCU-9, med ett värde på 91,54 mg/g torr biomassa [35]. 2.2.3. Karotenoider och klorofyll a
Karotenoider är naturliga fettlösliga isoprenoider med ett brett spektrum av färger, varierande från gult till rött [13]. Dessa föreningar har fått ökad uppmärksamhet för deras samband med en minskad risk för flera degenerativa störningar och för deras erkända antioxidantaktivitet, delvis relaterad till de C=C kemiska dubbelbindningarna som finns i deras molekyler. Förutom dessa funktioner fungerar karotenoider som UV-filter genom att minska ljusexponeringen [36]. Vissa cyanobakterier som Wollea vaginicola, Leptolyngbya foveolarum och Synechocystis salina LEGE 06099 har framhävts för sitt betydande karotenoidinnehåll, vilket ökar deras intresse för de farmakologiska och kosmetiska områdena [9,13].
Det totala karotenoid- och klorofyllinnehållet i acetonextrakten av cyanobakterier som utforskas häri visas i tabell 5. Karotenoidmängden varierade från 89 till 159 ug/mg torrt extrakt, Leptolynglya boryana LEGE 15486 är den rikaste stammen. När det gäller klorofyll a uppvisade alla stammarna värden över 100 ug/mg torrextrakt, med Cephalotrix lacustris LEGE 15493 som sticker ut.
Andra cyanobakterier har också varit föremål för pigmentutvärdering. Till exempel rapporterade Lopes och hennes team 【27】 63,9 ug/mg torrextrakt av totalt karotenoider och 417,6 ug/mg torrextrakt av totalt klorofyll för Nodosilinea Antarctica leg 13457 acetonextrakt. Författarna tillhandahöll också data för Leptolyngbya-liknande sp.LEGE 13412 (33,6 ug/mg torrt extrakt), och i båda fallen var karotenoidmängden under de värden som anges häri. Det är värt att nämna att karotenoider i det arbete som hänvisas till ovan profilerades med HPLC, och således, trots artspecifika egenskaper, motiverar metodiken de erhållna skillnaderna. När det gäller klorofyller var mängden som rapporterades av författarna större än den som erhölls häri, vilket lätt kan motiveras av det faktum att de presenterar värdet av totala klorofyller, medan arbetet häri enbart fokuserar på klorofyll a och dess derivat.
En annan studie från vår forskargrupp rapporterade totalt {{0}},37 mg/g torr biomassa av karotenoider för etanolextraktet av Nodosilinea nodulosa LEGE06102[26], vilket var under värdena som erhölls häri (0,75 mg) /g torr biomassa, omräknat baserat på extraktionsutbytet). Denna skillnad är säkerligen korrelerad med lösningsmedlet som används i extraktionen eftersom karotenoider på grund av sina kemiska egenskaper har en högre affinitet för aceton. Generellt sett är resultaten som erhålls häri inom samma storleksordning som de som erhållits av andra författare, vilket kan förklaras av de mycket liknande kulturella förhållanden och metoder som används.
Den här artikeln är extraherad från Mar. Drugs 2022, 20, 183. https://doi.org/10.3390/md20030183 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
