防晒还要防蓝光!体外细胞功效评价助力防蓝光产品开发

发布时间:2023-08-15 环特生物 浏览次数:1676

目前,“抗光”产品趋于细分化,除防晒之外,“抗蓝光”、“防光损伤”、“抗光老化”等功能频频出现。随着国内消费者对“蓝光”的科学认知不断加深,企业对于蓝光作用机理、具有蓝光防护功效的原料及产品的研究都在不断深入。

蓝光最主要的来源就是日晒,其他来源还包括电子屏幕,比如手机、电脑、电视的电子屏幕,以及LED灯和荧光灯。蓝光是具有较高能量的光线,在可见光的光谱上处在400nm-480nm之间,在可见光里能量最高的波段。

01、蓝光损伤皮肤作用机理 

太阳辐射指到达地球表面的连续电磁辐射,可分为红外光、可见光和紫外光,各波段对皮肤产生的影响不同。蓝光在阳光下的丰度是UVR中UVA的两倍多,其穿透能力较紫外线更强,对人的皮肤也能产生类似紫外线的损伤。

图注:太阳光中各波段对皮肤产生的影响

蓝光可以穿透皮肤表层而到达真皮层,在长时间的照射下,细胞中的线粒体会产生活性氧自由基,并与线粒体、DNA和脂肪类的细胞发生氧化反应,使线粒体和DNA受到损伤,对细胞膜功能起到抑制作用,影响其再次生长与发育,破坏细胞结构,进而导致细胞受到损伤失去活力,最终死亡。

从外在表象上看,蓝光对皮肤的危害主要表现为黑色素沉着,使皮肤变得松弛,失去弹性,加速皮肤的衰老速度。长时间暴露在蓝光下会使皮肤出现色素沉着、老化、敏感和干燥等现象。目前,蓝光引起皮肤损伤主要体现在引起皮肤色素沉着和皮肤光老化。

①蓝光导致皮肤色素沉着的分子机制

视蛋白3(Opsin3),是调节黑色素细胞存活的关键蛋白质分子。Opsin3与辅因子11-顺式视黄醛共价连接构成视色素,视色素感知蓝光后,11-顺式视黄醛发生异构化变为全反式视黄醛,导致受体的激活。随后引起Ca 2+发生内流,造成细胞质基质Ca 2+浓度增高,Ca 2+ 相关信号通路被激活,引起酪氨酸(TYR)和多巴色素互变异构酶(DCT)的表达,从而导致黑色素颗粒的释放,引起皮肤色素沉着。Mahmoud、Duteil等研究者进一步研究发现,中国人群受到蓝光照射可能更容易引起皮肤色素沉着。

图注:蓝光通过膜蛋白促进黑色素的形成

②蓝光导致皮肤光老化的分子机制抑制

与紫外线一样,蓝光照射也会显著提高细胞内 ROS 水平。线粒体是细胞内发生氧化应激,产生ROS的主要场所,同时是调控细胞凋亡的内在途径。通过吸收蓝光(410~ 440 nm)发生氧化反应,诱导ROS的形成。ROS的增多激活细胞内丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路,使下游转录因子c-Jun N端激酶(JNK)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和p38磷酸化,激活转录活化因子(activator protein 1,AP-1),抑制新的胶原蛋白的合成和促进基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的表达,降解皮肤中的胶原纤维,从而导致皮肤光老化。

A2E介导蓝光对细胞的损伤有两个方面:首先,A2E受到蓝光的影响,导致溶酶体跨膜电子梯度破坏,使溶酶体酶和ROS释放到细胞质中,引起细胞凋亡;其次线粒体膜上的A2E引起线粒体膜异常,促使线粒体释放死亡促进因子、Apaf、凋亡诱导因子(AIF)等,启动线粒体途径介导的细胞凋亡过程。

图注:蓝光通过ROS和A2E途径引起皮肤光老化

02、抗蓝光成分在化妆品中的应用 

护肤产品,化妆品和防晒霜都可以宣称提供蓝光防护。作为一种新趋势,防蓝光成分的开发应用在不断拓宽,基本围绕阻碍蓝光吸收、抗氧化剂的缓解色素沉淀等机理挖掘。

①无机防晒剂也有蓝光防护作用

氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)是无机紫外线吸收剂,也被发现可以有效地防止蓝光损伤。氧化锌也常用作局部用药的皮肤保护剂,可舒缓皮肤,并提供保护性屏障。另外,有研究发现,氧化铁可以改善含有多功能涂层的氧化锌和二氧化钛颗粒的防晒霜的蓝光防护功效。氧化铁可通过中和配方中由TiO2产生的蓝色来改善皮肤外观。

②植物提取物的抗氧化作用,缓解色素沉着

富含谷维素、类胡萝卜素等防护剂和富含花青素、黄酮、生育酚等的植物提取物有很好的抗氧化作用,可以对酷氨酸酶进行有效地调解,进而能够对由蓝光引起的黑色素沉着起到较好的抑制作用。例如,Vaccinium Vitis-Idaea Fruit(Lingostem,Provital)是越橘干细胞,其中含有高水平的多酚,因此具有抗氧化活性。植物成分的热门原料还包括蝴蝶姜植物,大米,可可种子,胡萝卜根和种子和万寿菊等提取物。

因为没有特定技术、设备或标准化方法来验证化妆品抗蓝光宣称,以往常用对比观察皮肤宏观状态的方法进行评估。随着体外替代实验的研究、验证与新评价技术等研究应用日益发展,体外细胞培养技术的发展为化妆品抗蓝光功效提供了更科学、更精确的体外评价模型。

03、细胞实验评价蓝光防护功效

目前,市场上用于化妆品及生物医药体外评价的 2D 人皮肤细胞模型有人角质形成细胞 ( Human Epidermal Keratinocytes,NHEKs)、人永生化角质形成细胞(Human Immortalized Keratinocytes,HaCaT)、人黑素细胞(Melanocyte,MC)和人成纤维细胞(Human Dermal Fibroblasts,HDF)等,且以上模型可以实现细胞的大规模扩增,为进一步开展相关实验提供了很好的基础条件。

图注:HaCaT、B16、HDF是4X显微镜下细胞形态

环特化妆品临床研究中心运用蓝光对皮肤损伤原理,对人永生化表皮细胞HaCaT进行蓝光照射实验,并通过计算细胞的保护率来判断受试物对皮肤抵抗蓝光是否具有防护作用。

体外细胞实验还可以通过统计活性氧自由基数量,换算受试物ROS清除作用;测定皮肤屏障相关基因表达TGM1相对表达量;检测炎症因子IL-1α、IL-6、IL-8或TNFα的分泌量等来判定受试物的抗蓝光防护作用。

【结果展示:展示图片仅供参考,实际实验组别依据合同而定】

图片来源:环特生物智鱼优检

另外,观察对比线粒体电位的荧光强度也可以用来评价受试物的抗蓝光防护作用。正常细胞(vehicle)线粒体膜电位较高,荧光探针以聚合物形式存在于线粒体中,呈明亮的红色荧光,而细胞中的绿色荧光很弱;使用细胞凋亡诱导剂CCCP处理后线粒体膜电位下降,荧光探针不能以聚合物形式存在线粒体中,而是以单体形式存在于细胞浆中,此时线粒体内红色荧光强度显著降低,而细胞浆中绿色荧光显著增强。

随着越来越多关于蓝光对皮肤影响的研究结果发表,消费者对蓝光导致的皮肤损伤认识也在逐渐深入。有研究显示,不同肤色对光损伤的防护程度不同,相比于欧美人群,蓝光对中国人群的皮肤影响最为显著,国产化妆品企业开发抗蓝光产品任重道远。

环特化妆品临床研究中心结合蓝光对皮肤的损伤机理,以体外细胞实验技术验证抗蓝光产品的功效,助力化妆品企业对蓝光的深度研究。并深度融合细胞、斑马鱼和人体功效等技术手段为企业提供化妆品CRO服务,以期促进抗蓝光技术的快速发展与革新,促进抗蓝光原料、配方的筛选与验证,为国货在美妆品牌在“抗蓝光”赛道上的持续发展提供可靠的技术评价支持。

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