Trend stosowania produktów pochodzenia naturalnego rozwija się bardzo intensywnie, podobnie jak wzrasta wśród ludzi poziom wiedzy na temat szkodliwego działania promieniowania UV. Opisane w poprzednim artykule  substancje („Substancje pochodzenia naturalnego jak filtry UV”) nie zapewniają pełnej ochrony przed słońcem lub nawet mogą wpływać negatywnie na skórę, w momencie, gdy jest ona narażona na promieniowanie UV. Dlatego też, niezwykle ważna jest kontynuacja badań dotyczących nowych substancji ochronnych.

Olej Tumanu (Calophyllum inophyllum oil)

Obecnie dużym zainteresowaniem cieszą się stosowane od lat w kosmetologii oleje roślinne, które możemy podzielić na 2 grupy. Do pierwszej grupy należą związki, które łatwo ulegają hydrolizie alkalicznej. W grupie tej możemy wyróżnić triglicerydy oraz woski. Natomiast do drugiej grupy zaliczamy substancje często nazywane jako tzw. frakcja niezmydlalna, które nie ulegają hydrolizie.

Jako substancje pełniące funkcję naturalnych filtrów UV możemy przytoczyć szereg wosków roślinnych takich jak wosk karnauba czy liczne masła, które we frakcjach nieglicerydowych zawierają estry kwasu cynamonowego. Pomimo faktu, iż działanie promieniochronne frakcji niezmydlalnych zostało potwierdzone, aktywność poszczególnych składników nie została dotychczas zbadana, a co gorsza w wielu sytuacjach te substancje nie zostały nawet zidentyfikowane [1].

Z punktu widzenia preparatów promieniochronnych, interesujący wydaje się olej z Calophyllum inophyllum, ekstrahowany z owoców oraz nasion dużego drzewa Tamanu rosnącego na terenie Madagaskaru.

Dane literaturowe podają, że olej z Calophyllum zawiera około 71% nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz jest bogatym źródłem piranokumaryn, ksantonów, triterpenów, biflawonoidów oraz tokoferoli. W krajach tropikalnych od stuleci olej ten jest stosowany przy leczeniu ran, nerwobólów oraz dolegliwości skóry, takich jak m.in.: poparzenia, wysypki czy liszajec.

Analizując właściwości poszczególnych składników oleju z Calophyllum inophyllum stwierdzono, iż piranokumaryny zawarte w ekstrakcie wykazują właściwości antynowotworowe, natomiast ksantony posiadają działanie przeciwbakteryjne [2].

Said i współpracownicy [2] przeprowadzili doświadczenie, w których założono, że zastosowanie oleju z Calophyllum inophyllum jako rozpuszczalnika w preparatach okulistycznych może pozwolić na połączenie zarówno właściwości lipidowych oleju jak i jego właściwości promieniochronnych.

Widmo absorpcji oleju mieści się w zakresie 260-400 nm, maksimum absorpcji wynosi 300 nm (Rys. 1), natomiast współczynnik ochrony przeciwsłonecznej (ang. Sun Protection Factor, SPF - oznacza stopień ochrony przed promieniowaniem UVB) wynosi 18-22, co jest niezwykle pożądane w przypadku naturalnych filtrów UV. Przypomnijmy, że wcześniej omawiane związki pochodzenia naturalnego, takie jak np. umbeliferon, dają niski współczynnik ochrony przeciwsłonecznej, rzędu 2-4, co stanowi utrudnienie w zastosowaniu tych związków jako filtrów UV.

Rys. 1. Widmo absorpcji oleju z Calophyllum inophyllum [2]

W przeprowadzonych badaniach in vitro i in vivo nie zaobserwowano właściwości cytotoksycznych oleju z Calophyllum. Poza właściwościami fotoprotekcyjnymi stwierdzono również za pomocą testu Draize’a, iż nie wywołuje on podrażnień. Dodatkowo chroni DNA przed działaniem wolnych rodników oraz redukuje ich poziom [2].

Ten przykład pokazuje jak duże znaczenie może mieć zastosowanie olejów w produktach promieniochronnych. Co ważne, są to substancje pochodzenia naturalnego, dzięki czemu producenci preparatów promieniochronnych, podążając za trendem naturalności, mogą tworzyć produkty na bazie surowców pochodzenia naturalnego.

W ostatnich latach znacznie zostały docenione bakterie, które zdolne do produkcji wielu związków mogą przyczynić się do odnalezienia związków promieniochronnych. Liczne organizmy narażone na negatywny wpływ promieniowania UV wykształciły szereg różnych mechanizmów, mających na celu ochronę przed uszkodzeniami wywołanymi przez promieniowanie.

Jedną ze strategii jest synteza związków, które są w stanie absorbować promieniowanie UV i uniemożliwiają uszkodzenia wewnątrzkomórkowe. Stwierdzono, iż zarówno cyjanobakterie, fitoplankton oraz makroalgi są w stanie wytwarzać związki absorbujące promieniowanie UV [3].

Ektoina i hydroksyektoina

Ektoina wytwarzana jest przez halofilne bakterie żyjące w środowisku pustynnym, zdolne do życia zarówno w silnie alkalicznych jak i silnie zakwaszonych gorących wodach. Wytwarzana przez takie bakterie jak: Ectothiorhodospira halochloris, Brevibacterium linens, Bacillus halophilus, Halomonas elongata, Bacillus pasteurii posiada zdolność indukcji białek szoku cieplnego (Heat Shock Proteins – HSP’s).

Działanie ektoiny polega na stabilizowaniu i ochronie biopolimerów bakterii (białek, kwasów nukleinowych).

Rys. 2 Wzór ektoiny

Stwierdzono, że ektoina działa na system immunologiczny i poprawia odporność komórek na stres. Związek ten chroni skórę przed negatywnym wpływem promieniowania UV, a także zabezpiecza przed przegrzaniem, odwodnieniem [4].

Fotosyntetyzujące, gram ujemne cyjanobakterie, są w stanie samodzielnie naprawiać uszkodzenia w DNA, akumulować, oczyszczać enzymy i antyoksydanty oraz syntezować związki redukujące uszkodzenia wywołane przez UV. Do związków produkowanych przez cyjanobakterie, pełniących funkcje promieniochronne należą pochodne mikosporyn (mycosporine-like amino acids-  MAA’s) oraz skytoneminy (scytonemins).

Pochodne mikosporyn (Mycosporine-like amino acid’s, MAA’s)

Pochodne mikosporyn są małymi (<400 Da), bezbarwnymi związkami złożonymi z cykloheksenonu oraz chromoforów cykloheksaniminowych [5].

Pochodne mikosporyn:

Nazwa	λ max (nm)	Wzór
Mycosporine-taurine	309
Shinorine	334
Palythinol	332
Porphyra-334	334
Palythenic acid	337

W przypadkach: Gyrodinium dorsum i cyjanobacterii Anabaena sp. stwierdzono, że synteza MAA’s jest indukowana poprzez promieniowanie UV. Klinsch i wsp. [3] przeprowadzili badania mające na celu potwierdzenie założenia, iż produkcja mikosporyn jest indukowana poprzez promieniowanie UV. Po 48-godzinnej ekspozycji komórek na działanie promieniowania zaobserwowano zwiększoną koncentrację MAA’s.

Badania za pomocą HPLC wykazały, iż w wyniku napromieniowania, produkowanych jest pięć różnych MAA’s. Trzy z nich zostały zidentyfikowane jako: shinorine, porphyra-334 oraz palythine, natomiast dwie pozostałe, posiadające maksimum absorpcji wynoszące 310 i 331nm, nie pasowały do żadnego z dostępnych wzorców [3].

Wewnątrzkomórkowe stężenie pochodnych mikosporyn w G. dorsum [3]

W celu określenia stężenia MAA’s, założono hipotezę, iż MAA’s są równomiernie dystrybuowane w obrębie komórek, jednak do tej pory nie przeprowadzono wnikliwych badań potwierdzających wewnątrzkomórkową lokalizację MAA’s. Oszacowane stężenie MAA’s wynosiła 26 mmol/L [3], podczas gdy, w badaniach przeprowadzonych przez Oren i wsp. w 1997 roku [6] w niektórych halofitowych cyjanobacteriach zaobserwowano stężenie MAA’s w wysokości 98 mmol/L

Wiele z pośród MAA’s ma swoje maksimum absorpcji w zakresie UV B, podczas gdy inne absorbują w zakresie UVA. Fakt, iż MAA’s wykazują: silną absorpcję w zakresie 310-362 nm, mają wysoki współczynnik molowej ekstynkcji oraz wysoką fotostabilność w morskiej wodzie, nawet w obecności fotosensybilizatorów, potwierdza hipotezę, że mogą one pełnić fotoochronną rolę w środkach przeciwsłonecznych [7].

MAA’s mogą działać tez jako antyoksydanty, zapobiegając uszkodzeniom komórki spowodowanym przez reaktywne formy tlenu (ROS), powstające podczas ekspozycji na promieniowanie UV.

Pochodne mikosporyn są zdolne do efektywnego rozpraszania zaabsorbowanego promieniowania w postaci ciepła bez produkowania reaktywnych form tlenu (ROS). Związki te są silnie odporne na stresory abiotyczne takie jak temperatura, promieniowanie UV, różne rozpuszczalniki i pH [5].

Organizmy, które nie posiadają zdolności do samodzielnej produkcji MAA’s, również mogą być chronione przez MAA’s poprzez pokarm, jaki stanowią organizmy morskie, będące w stanie produkować te związki. Wynika z tego, iż MAA’s mogą zapewniać ochronę przed UV nie tylko swoim producentom, ale także pierwszo- i drugorzędowym konsumentom, poprzez łańcuch pokarmowy [8].

Euhalothece sp. produkują dwa rodzaje MAA’s: mycosporine-2-glycine o maksimum absorpcji 331 nm i euhalothece-162 o maksimum absorpcji 362 nm. Zostały one wyizolowane podczas hodowli i poddane ekspozycji na światło o wysokiej intensywności. W doświadczeniu stwierdzono, że właśnie te MAA’s pełniły ochronną rolę w komórkach.

W innych badaniach stwierdzono, że pod wpływem promieniowania UV B wzrost Leptolyngbya był silnie zahamowany, podczas gdy w przypadku Promidium, które posiadają 25 razy więcej ochronnych MAA’s poziom inhibicji wzrostu był znacznie słabszy [9]. Te i inne doświadczenia wskazują, że MAA’s są fotoindukowane i chronią cyjanobakterie przed promieniowaniem UV.

Skytoneminy (Scytonemins)

Skytoneminy, obecne u ok. 300 gatunków cyjanobakterii, zostały po raz pierwszy zidentyfikowane u lądowych cyjanobakterii.

Skytonemina jest żółtobrązowym, rozpuszczalnym w lipidach pigmentem, znajdującym się w zewnątrzkomórkowej powłoce polisacharydowej. Jest dimerem złożonym z podjednostek indolowych i fenolowych o masie cząsteczkowej 544 Da. Występuje w 2 formach: utlenionej żółtej i zredukowanej czerwonej; nazwano je odpowiednio: fuskochloryna i fuskorodina. Obecność obu form jest uzależniona od potencjału redox i kwasowości podczas ekstrakcji.

Obok skytoneminy zidentyfikowano również trzy inne związki o podobnych właściwościach: dimetoksyskytoneminę, tetrametoksyskytoneminę oraz skytoninę. Wzory strukturalne wymienionych związków przedstawiono poniżej.

Nazwa związku	Wzór
Skytonemina (Scytonemin)
Dimetoksyskytonemina (Dimethoxyscytonemin)
Tetrametoksyskytonemina (tetramethoxyscytonemin)
Skytonina (Scytonin)

Maksimum absorpcji in vivo wynosi 370 nm, natomiast maksimum absorpcji oczyszczonej skytoneminy wynosi 386 nm [5].

Stwierdzono, iż obecność skytoneminy w powłokach cyjanobakterii zmniejsza penetrację promieniowania UV A do komórek o 90%.

Skytonemina jest silnie stabilna nawet pod wpływem wysokiej temperatury i intensywnego promieniowania UV. Zdobyte informacje wskazują, że może ona być stosowana jako naturalny filtr UV w produktach kosmetycznych [5].

Podsumowanie

W celu zastosowania powyższych związków w produktach kosmetycznych niezbędne jest opracowanie metody ich produkcji na dużą skalę. Sinha i współpracownicy opracowali internetową bazę dotychczas zidentyfikowanych MAA’s i innych związków o potencjalnym działaniu promieniochronnym. Baza dostępna pod adresem: http://www.biologie.uni-erlangen.de/botanik1/html/eng/maa_database.htm, stanowi zbiór aktualnych informacji literaturowych, dotyczących dystrybucji oraz właściwości fotoprotekcyjnych różnych MAA’s występujących w organizmach takich jak: cyjanobakterie, fitoplankton czy mikroalgi.

Badania te przyczynią się do wprowadzenia na rynek nowych substancji pochodzenia naturalnego, które będą mogły pełnić rolę filtrów UV. Byłoby to przełomem w technologii kosmetyków, gdyż udałoby się zastąpić negatywnie postrzegane przez konsumenta surowce syntetyczne surowcami pochodzenia naturalnego.

Literatura:

[1] Pytkowska K., Arct J. Naturalne składniki anti-aging z niezmydlalnych frakcji olejów roślinnych. SOFW Journal. 2; (2008) 24-30.

[2] Said T., Dutot M., Martin C.,Beaudeux J.-L., Boucher C, Enee E, Baudouin C, Warnet J.-M., Rat P., Cytoprotective effect against UV-induced DNA damage and oxidative stress: Role of new biological UV filter. Eur J Pharm Sci 30 (2007) 203–210.

[3] Klisch M., Sinha R., Richter P., Häder D.  Mycosporine-like amino acids (MAAs) protect against UV-B-induced damage in Gyrodinium dorsum Kofoid J Plant Physiol. 158. 1449–1454 (2001)

[4] Kapińska-Mrowiecka M, Chabior A. Niektóre innowacyjne rozwiązania w ochronie przeciwsłonecznej, a mechanizmy szkodliwego działania promieniowanie UV na skórę. Dermatologia Estetyczna, 9, 2007 Lipiec-Sierpień; 4(51): 218-224.

[5] Sinha R., Häder D. UV-protectants in cyanobacteria. Plant Sci. 174 (2008) 278-289.

[6] Oren A Mycosporine-like amino acids as osmotic solutes in a community of halophilic cyanobacteria. Geomicrobiol J 14: 231– 240, 1997

[7] Whitehead K., Hedges J.I., Photodegradation and photosensitization of mycosporine-like amino acids, J Photochem Photobiol B Biol. 80 (2005) 115–121.

[8] Whitehead K., Karentz D., Hedges J.I., Mycosporine-like amino acids (MAAs) in phytoplankton, a herbivorous pteropod (Limacina helicina), and its pteropod predator (Clione antarctica) in McMurdo Bay, Antarctica, Mar Biol 139 (2001) 1013–1019.

[9] George A.L., Murray A.W., Montiel P.O., Tolerance of Antarctic cyanobacterial mats to enhanced UV radiation, FEMS Microbiol  Ecol. 37 (2001) 91–101.

Autor opracowania: Sylwia Tracichleb