Cyanobakterier Sekundære metabolitter som bioteknologiske ingredienser i naturlig anti-aldringskosmetik

Venligst kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mere information

Abstrakt:Tabet af tæthed og elasticitet, fremkomsten af ​​rynker og hyperpigmentering er blandt de første mærkbare tegn på hudens aldring. Ud over UV-stråling og oxidativ stress indtager matrixmetalloproteinaser (MMP'er) en fremtrædende rolle i processen, da deres deregulering resulterer i nedbrydning af de fleste ekstracellulære matrixkomponenter. I denne undersøgelse blev fire cyanobakteriestammer undersøgt for deres evne til at producere sekundære metabolitter med bioteknologisk potentiale til brug i anti-aldringsformuleringer. Leptolyngbya boryana LEGE 15486 og Cephalothrix lacustris LEGE 15493 fra ferskvandsøkosystemer, og Leptolynglya cf.ectocarpi LEGE 11479 og Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 fra deres habitater blev analyseret med henblik på at udvinde essentielle toxiske stoffer i vand, og der blev udvundet af deres rolle i habitater, og deres rolle blev udvundet af deres habitater. hudkonteksten (HaCAT,3T3L1 og hCMEC). De ikke-toksiske ekstrakter var kemisk karakteriseret med hensyn til proteiner, carotenoider, phenoler og klorofyl a, og deres anti-aldringspotentiale blev undersøgt gennem deres evne til at opfange det fysiologiske frie radikal superoxidanionradikal (O2*-) for at reducere aktivitet af MMP'erne elastase og hyaluronidase, for at hæmme tyrosinase og dermed undgå melaninproduktion, og for at blokere UV-B-stråling (solbeskyttelsesfaktor, SSPF). Leptolyngbya-arter skilte sig ud for anti-aldringsformål∶ L. boryana LEGE 15486 præsenterede en bemærkelsesværdig SPF på 19 (ved 200 ug/mL), og er blandt de bedste arter med hensyn til O2-grad ~opfangning, (IC50=99..50 ug/mL) og også at være i stand til at hæmme tyrosinase （IC25=784 ug/mL）, hvilket viste sig at være lovende mod UV-induceret hudældning; L.ectocarpi LEGE 11479 var mere effektiv til at hæmme MMP'er (hyaluronsyre). , IC50=863ug/mL;elastase, IC50=391ug/mL), hvilket er valget til at forsinke tab af dermal tæthed. Principal komponentanalyse (PCA) af dataene gjorde det muligt at gruppere ekstrakter i tre grupper i henhold til deres kemiske sammensætning; korrelationen mellem carotenoider og klorofyl 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="">

Klik venligst her for at vide mere

Nøgleord:melanin; UV-blokker; elastase; hyaluronidase; tyrosinase; oxidativt stress; beta-caroten; phycocyanin; phycoerythrin; allophycocyanin

1. Introduktion

Hud er et stort og overraskende komplekst menneskeligt organ med en primordial barrierefunktion til at beskytte indre organer mod skadelige stressfaktorer, såsom kemikalier, patogener, kulde, varme og ultraviolet stråling (UVR). Men hudens betydning går meget længere og omfatter en ubestridelig sociokulturel rolle.cistanche kolesterol,Faktisk er hudens udseende og form af afgørende betydning for en persons selvværd, idet dens pleje og forskønnelse har været en del af den daglige rutine siden oldtiden [1].

Forsinkelsen af ​​hudens aldring har været et væsentligt samfundskrav.cistanche deserticola bivirkningerDenne langsomme og komplekse proces induceres af endogene og eksogene faktorer, der disponerer huden for en progressiv strukturel og funktionel degeneration, der ud over at påvirke dets æstetiske udseende, efterlader den tilbøjelig til at udvikle en lang række sygdomme. Blandt eksogene faktorer er UVR måske det mest skadelige middel, som huden er mest udsat for. Overdreven UVR-eksponering øger dannelsen af ​​frie radikaler, udløser en kaskade af begivenheder, der påvirker en lang række cellestrukturer og enzymer, hvilket resulterer i en øjeblikkelig inflammatorisk respons, og til sidst kulminerer i for tidlig ældning af huden[2]. Et særligt berørt mål i dette tema er den ekstracellulære matrix (ECM), et tredimensionelt netværk af elastin- og kollagenfibre omgivet af de jordede stoffer, såsom hyaluronsyre (HA), der virker sammen for at opretholde hudens fylde, elasticitet og fleksibilitet [3]. Under en ramme af oxidativ stress kan elastin- og kollagenfibre, der er ansvarlige for hudens elasticitet og modstand, miste deres struktur[4]. Dette fænomen, delvist på grund af den deregulerede aktivitet af matrixmetalloproteinaserne (MMP'er), såsom elastase, collagenase og hyaluronidase, ligger til grund for for tidlig aldring af huden forbundet med eksterne faktorer [1]Disse ændringer påvirker den epidermale tykkelse, struktur, og udseende, hvilket resulterer i tørhed, forstørrede porer, fine linjer og rynker [5,6]. Derfor har søgen efter nye, effektive, multitarget og innovative ingredienser til kosmetiske formuleringer, der er i stand til at nå det største antal nøglemål i hudens ældningsproces, været i fokus for kosmetikindustrien i de seneste årtier.

Cistanche kan anti-aging

Den voksende forskning i naturlige kilder, mere specifikt dem af marin oprindelse, har givet et utal af nye molekyler lovende bioaktiviteter, der er værd at udnytte yderligere inden for hudældning [1]. Blandt dem skiller cyanobakterier sig ud på grund af deres evne til at producere bioaktive sekundære metabolitter med unikke strukturer og virkningsmekanismer. Ud over at repræsentere den eneste gruppe af prokaryoter, der kan udføre oxygenisk fotosyntese, på samme måde som planter, er cyanobakterier selvfornyelige, har grundlæggende ernæringsmæssige krav, kræver minimal dyrkningsplads og har en lav miljøpåvirkning, idet de er et bæredygtigt valg som en grøn kilde til kosmetik ingredienser [7].

Med fokus på hudformuleringer producerer cyanobakterier en bred vifte af bioaktive metabolitter, herunder phenolforbindelser, proteiner, pigmenter og MMPs-hæmmere, der dækker hovedprocesserne, der udgør grundlaget for hudens aldring, nemlig antioxidation, fotobeskyttelse og evnen til at hæmme afgørende enzymer af ECM [8-12], som for nylig genset [1,9]. Med hensyn til antioxidantaktivitet er talrige stammer blevet rapporteret at have en repræsentativ mængde af metabolitter med radikalopfangende kapacitet, såsom carotenoider, f.eks. dem fra slægterne Leptolyngbya, Syneclocystis og Wollea [9,13], phycobilipro-teins (PBP), såsom Arthospira spp. og Spirulina spp. [13,14] og phenoliske forbindelser, såsom Nostoc commune [15]. Inden for fotobeskyttelse skiller cyanobakterier sig også ud gennem produktionen af ​​de velkendte UVR-absorberende forbindelser mycosporin-lignende aminosyrer (MAA) og scytonemin (SCY) [16]. Med hensyn til potentialet til at hæmme col-lagenaser, elastase, hyaluronidaser og tyrosinase er der rapporteret adskillige eksempler i litteraturen, såsom mycosporin-2-glycin (M2G), isoleret fra cyanobakterien Aphan-othece halophytica [17], cykliske depsipeptider tutuilamider AC, fra Schizothrix spp. og Coleofasciculus spp.[18], et polysaccharid fra henholdsvis Nostochopsis lobatus MAC0804NAN [19] og ekstraktet Phormiskin Bioprotech G fra Phormidium persicinum [20].

På trods af de undersøgelser, der er præsenteret ovenfor, er antallet af cyanobakteriestammer, der er udforsket inden for kosmetikområdet, stadig meget lavt, i betragtning af mulighederne for denne ressource. Med dette i tankerne udforsker denne undersøgelse for første gang det bioteknologiske potentiale af sekventielle ekstrakter af forskellige polariteter, opnået fra fire cyanobakteriestammer inden for hudaldring, hvilket viser den lovende, innovative og multifaktorielle natur af disse mikroorganismer. 2.Resultater og

Diskussion

I denne undersøgelse blev to ferskvands- og to marine cyanobakteriestammer dyrket, høstet og udsat for en sekventiel ekstraktion med acetone og vand med henblik på deres udnyttelse til kosmetiske formål. Den sekventielle ekstraktion med acetone efterfulgt af vand blev designet til at tjene penge på biomassen i en mere bæredygtig, miljøvenlig og økonomisk attraktiv proces. I tabel 1 er ekstraktionsudbyttet vist. Ekstraktionsudbyttet var signifikant højere med vand end med acetone (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. Ekstrakter Cytotoksicitet

For at udvælge ekstrakterne til at fortsætte til vurdering af biologiske aktiviteter blev der udført et in vitro cytotoksicitetsassay under anvendelse af forskellige cellelinjer. Cytotoksicitetstest er afgørende under kosmetikproduktion, da de kan forudsige sundhedsrisici forbundet med brugen af ​​ekstrakterne som bioaktive ingredienser. Således blev cytotoksiciteten af ​​ekstrakterne evalueret i tre forskellige cellelinjer af central betydning med hensyn til produkter til hudpåføring: keratinocytter (HaCat), fibroblaster (3T3L1) og endotelceller (hCMEC). Fibroblaster er blandt de vigtigste celler for hudens aldring, idet de er ansvarlige for produktionen af ​​de dermale matrixkomponenter, der er afgørende for vedligeholdelsen af ​​hudens form og struktur, såsom kollagen og hyaluronsyre [9,21]. Endotelceller danner en barriere mellem karvægge og blod og blev udvalgt for at tage højde for deres tilstedeværelse i dermis, som i modsætning til epidermis er et skyllet lag af slkin [22]. Med hensyn til keratinocytter er de nøglecellerne i epidermis, der udgør omkring 95 procent af dette lag, men er til stede i alle fire lag, og giver struktur og forsvar til huden [23,24]. Ingen af ​​ekstrakterne viste toksicitet for de udvalgte cellelinjer under de testede koncentrationer (12.5-200ug tørt ekstrakt/mL) (figur S1-S3).cistanche dosering redditI denne henseende fulgte alle ekstrakterne til næste trin, hvor de blev udsat for kemisk karakterisering og evaluering af deres biologiske aktiviteter. 2.2.Kemisk profil

Acetone- og vandekstrakterne blev kemisk karakteriseret i form af phenoler, totale proteiner, PBP'er, totale carotenoider og klorofyl a, for at sammenligne de kemiske profiler opnået med de forskellige ekstraktionsopløsningsmidler og for at etablere en sammenhæng mellem den kemiske sammensætning og biologiske aktiviteter vurderet.

2.2.1.Totalt phenolindhold (TPC)

Det totale phenolindhold (TPC) af begge ekstrakter blev målt gennem Folin-Ciocalteu kolorimetriske assay. Selv i betragtning af de iboende begrænsninger af metoden, er dette et standardassay, der i vid udstrækning anvendes til hurtig bestemmelse af totale phenoler, hvilket muliggør sammenligning af forskellige prøver og som følge heraf forudsige deres antioxidantpotentiale. Tabel 2 viser dataene (udtrykt i GAE'er) for det samlede phenolindhold af de otte ekstrakter, der er udforsket i denne undersøgelse. Den højeste TPC blev fundet i acetoneekstrakten af ​​Leptolyngbya, jf. ektopisk LEGE 11479, med 17,59 ug GAE/mg ekstrakt efterfulgt af vandekstrakterne af Leptolyngbya boryana LEGE 15486 og Cephalotrix lacustris LEGE 493 (T1532). I betragtning af udbyttet af den kombinerede ekstraktion var Leptolyngbya cf. exocarp LEGE 11479 den rigeste art med i alt ca. 26 ug GAE/mg tørekstrakt, når begge ekstraktionsopløsningsmidler tages i betragtning.

Samlet set udviste vandekstrakterne fra ferskvandsstammerne højere phenolindhold end dem fra marine miljøer, mens den modsatte adfærd blev observeret med hensyn til acetoneekstrakter. Denne observation blev også bemærket for de to stammer af de samme slægter, hvilket fører til den antagelse, at ud over artsspecifikke egenskaber er marine stammer mere tilbøjelige til at producere phenolforbindelser med lavere polaritet, givet deres højere udbredelse i mindre polære opløsningsmidler. Phenoler har en polær og en ikke-polær komponent i deres molekyler, der har en opløselighedspræference frem for opløsningsmidler med mellempolariteter såsom alkoholer og acetone i stedet for vand. Imidlertid kan opløseligheden af ​​phenoler i forskellige opløsningsmidler ikke kun baseres på deres polariteter, da andre parametre som temperatur og pH kan have stor indflydelse på deres opløselighed og dermed retfærdiggøre deres ekspressive tilstedeværelse i vandekstrakter [25].

Tidligere arbejde fra vores forskergruppe udforskede også TPC i forskellige cyanobakterieekstrakter. Morone og kolleger [26] brugte den samme metode til TPC-kvantificering og fandt, at Nodosilinea nodulosa LEGE 06102 havde en værdi på 1,23 mg GAE/g tør biomasse, hvilket var over værdierne opnået heri (0,59 mg GAE/ g tør biomasse, omregnet i henhold til ekstraktionsudbyttet). Men forfatterne brugte 70 procent ethanol som ekstraktionsopløsningsmiddel, hvilket helt sikkert førte til de observerede forskelle. For alle stammerne analyseret af forfatterne blev den højeste værdi fundet i Synechocystis salina LEGE 099 (2,45 mg GAE/g). I en anden undersøgelse med Nodosilinea Antarctica LEGE13457 var TPC-indholdet 19,23 ug GAE/mg (acetoneekstrakt), og der blev ikke påvist phenoler i Leptolyngbya-lignende sp.cistanche ekstrakt fordeleLEGE 13412, viste den højeste variation blandt lignende arter. De rapporterede også data for andre stammer, hvor Cyanobium gracile LEGE12431 præsenterede det højeste phenolindhold med 22,01 ug GAE/mg acetoneekstrakt [27]. Trabelsi og hans team [28] rapporterede, at den termofile cyanobakterie Leptolyngbya sp. havde 139 mg GAE/g, hvilket er blandt de højeste værdier rapporteret i litteraturen og tilskrives af forfatterne den høje temperatur i det cyanobakterielle habitat: for at undgå oxidativ stress induceret af høje temperaturer, producerer cyanobakterier større mængder af antioxidantforbindelser såsom phenoler og flavonoider. En anden forskergruppe [29] rapporterede også en TPC på 6,24 mg GAE/g for Leptolyngbya sp. KC45, udtaget fra et sted med temperaturer på ca. 40-45 grader .

På trods af de forskelle, der er forbundet med virkningerne af ekstraktionsopløsningsmidlerne og de cyanobakterielle dyrkningsbetingelser, såsom lysforhold, kulturmediets næringsstoffer og celletæthed, er TPC-værdierne opnået heri inden for samme størrelsesorden som dem, der er rapporteret i litteraturen. Desuden kan Leptolyngbya boryana LEGE 15486 peges på som en interessant art med hensyn til phenolforbindelser (3,08 mg GAE/g tør biomasse), sammenlignet med den almindeligt kendte Spirulina spp. (1,78 mg GAE/g)[30].

2.2.2.Proteiner

Selvom proteiner generelt er undervurderet, udgør de en stor del af den cyanobakterielle biomasse[31], med rapporterede antioxidant- og immunstimulerende egenskaber, såvel som evnen til at bibringe fugtretention til huden, hvilket er afgørende for at forhindre hudens aldring [32]. Med dette i tankerne blev ekstrakterne, der blev udforsket i denne undersøgelse, karakteriseret for deres proteinindhold gennem en generel tilgang med fokus på totale proteiner (acetone og vandekstrakter) (tabel 3) og en målrettet tilgang med fokus på PBP'er (vandekstrakter)( Tabel 4).

Med hensyn til totale proteiner kan det konkluderes, at den vandige ekstraktion resulterede i højere værdier end acetoneekstraktionen, og også, at marine stammer var dårligere end dem fra ferskvandsmiljøer. Med hensyn til tør biomasse havde Leptolyngbya boryana LEGE 15486 det højeste indhold (69,22 mg BSA/g tør biomasse), og Nodosilinea nodulosa LEGE 06104 det laveste (15,23 BSA/g tør biomasse). Blandt andre faktorer kan disse forskelle skyldes de forskellige mængder af strukturelle proteiner præsenteret af forskellige cyanobakteriestammer [32].

Et praktisk eksempel på brugen af ​​proteiner i kosmetik vedrører PBS'er, som er naturligt til stede i cyanobakterier. En af cyanobakteriernes defensive mekanismer er disse makromolekylers evne til at absorbere lysenergi uden at producere reaktive oxygenarter (ROS), hvilket er muligt på grund af ændringerne i deres indhold og forhold i phycobilisomer [33]. PBP'er er vandopløselige proteiner, der er forbundet med phycobiliner og opdelt i tre grupper i henhold til deres struktur og lysabsorptionsspektre: phycocyanin (PC, 610-625 nm), phycoerythrin (PE, 490-570 nm), og allophycocyanin (APC,650-660 nm). Som nævnt tidligere skyldes deres interesse som kosmetiske ingredienser hovedsageligt deres anerkendte antioxidantpotentiale, takket være deres strukturelle lighed med bilirubin, som eliminerer iltderivater. PC er den mest almindelige PBP i cyanobakterier, med interessante antioxidant- og radikalopfangende egenskaber samt evnen til at hæmme celleproliferation [13,14].

Med hensyn til PC havde Leptolyngbya boryana LEGE 15486 det højeste indhold (154,07 ug/mg ayy ekstrakt) efterfulgt af Cephalothrix lacustris LEGE 15493 (115,03 ug/mg tørt ekstrakt) i overensstemmelse med den stærke blå farve, som er observeret i disse blå ekstrakter. arter.cistanche genghis khanDerimod er Leptolymgbya jfr. ectocarpi LEGE 11479, med en intens pink/lilla farve i biomassen og i det vandige ekstrakt, var den rigeste på PE (138,73 ug/mg tørekstrakt). Nodosilinea nodulosa LEGE 06104, med det lyseste blå ekstrakt, præsenterede synligt lavere værdier af begge PBP'er (tabel 4).

Når man sammenligner stammer med hensyn til PBP'er, er det ekstremt vigtigt at overveje dyrkningsbetingelserne, fordi forskelle i lys, nitrogen, temperatur, pH, kulstof og saltholdighed kan drastisk påvirke deres produktion [14]. Pumas og medarbejdere [29] evaluerede PBP-indholdet af den termotolerante cyanobakterie Leptolyngbya sp. KC45, og fandt et PE-indhold på næsten 100 mg/g, efterfulgt af henholdsvis ca. 40 og 43 mg/g APC og PC, hvilket er på linje med resultaterne opnået heri for Leptolyngbya jf. ectocarpiLEGE11479 (tabel 4). Arbejdet udført af Pagels og medarbejdere undersøgte også indholdet af PBP'er i sekventielle ekstrakter opnået med forskellige opløsningsmidler. Selvom de udforskede en anden cyanobakterie-stamme (Cyanobium sp.), fandt forfatterne et samlet PBP-indhold tæt på 200 mg/g i en sekventiel ekstraktion under anvendelse af de samme opløsningsmidler som dem, der er anvendt heri, hvilket er i overensstemmelse med de værdier, vi har opnået [34 ]. Når man sammenligner med den almindeligt kendte Spirulina sp., med rapporterede samlede PBP'er på omkring 19 mg/g tør biomasse [30] er det muligt at overveje vores stammer af økonomisk interesse. I samme undersøgelse rapporterede forfatterne også værdier på 127,01 mg/g tør biomasse af totale PBP'er for Lynglya sp. I en anden undersøgelse blev data præsenteret fra 18 stammer, hvor den højeste mængde blev fundet i Anabaena NCCU-9, med en værdi på 91,54 mg/g tør biomasse [35]. 2.2.3.Carotenoider og klorofyl a

Carotenoider er naturlige fedtopløselige isoprenoider med en bred vifte af farver, varierende fra gul til rød [13]. Disse forbindelser har fået øget opmærksomhed for deres sammenhæng med en nedsat risiko for adskillige degenerative lidelser og for deres anerkendte antioxidantaktivitet, delvist relateret til de C=C kemiske dobbeltbindinger, der er til stede i deres molekyler. Udover disse funktioner fungerer carotenoider som UV-filtre ved at reducere lyseksponering [36]. Nogle cyanobakterier såsom Wollea vaginicola, Leptolyngbya foveolarum og Synechocystis salina LEGE 06099 er blevet fremhævet for deres betydelige carotenoidindhold, hvilket øger deres interesse for de farmakologiske og kosmetiske områder [9,13].

Det totale indhold af carotenoider og klorofyl i acetoneekstrakterne af cyanobakterier, der er udforsket heri, er vist i tabel 5. Carotenoidmængden varierede fra 89 til 159 ug/mg tørekstrakt, hvor Leptolynglya boryana LEGE 15486 er den rigeste stamme. Med hensyn til klorofyl a viste alle stammerne værdier over 100 ug/mg tørekstrakt, hvor Cephalotrix lacustris LEGE 15493 skilte sig ud.

Andre cyanobakterier har også været genstand for pigmentvurdering. For eksempel rapporterede Lopes og hendes team 【27】 63,9 ug/mg tørekstrakt af totale carotenoider og 417,6 ug/mg tørekstrakt af total klorofyl til Nodosilinea Antarctica leg 13457 acetoneekstrakt. Forfatterne leverede også data for Leptolyngbya-lignende sp.LEGE 13412 (33,6 ug/mg tørekstrakt), og i begge tilfælde var carotenoidmængden under de heri rapporterede værdier. Det er værd at nævne, at i ovennævnte arbejde blev carotenoider profileret ved HPLC, og på trods af artsspecifikke egenskaber retfærdiggør metoden således de opnåede forskelle. Med hensyn til klorofyler var mængden rapporteret af forfatterne større end den opnåede heri, hvilket let kan retfærdiggøres af det faktum, at de repræsenterer værdien af ​​totale klorofyler, hvorimod arbejdet heri udelukkende fokuserer på klorofyl a og dets derivater.

En anden undersøgelse fra vores forskergruppe rapporterede i alt {{0}},37 mg/g tør biomasse af carotenoider for ethanolekstraktet af Nodosilinea nodulosa LEGE06102[26], hvilket var under værdierne opnået heri (0,75 mg) /g tør biomasse, omregnet baseret på ekstraktionsudbyttet). Denne forskel er bestemt korreleret med opløsningsmidlet anvendt i ekstraktionen, da carotenoider på grund af deres kemiske egenskaber har en højere affinitet for acetone. Generelt set er resultaterne opnået heri inden for samme størrelsesorden som dem, der er opnået af andre forfattere, hvilket kan forklares af de meget lignende kulturelle forhold og metoder, der anvendes.

Denne artikel er uddraget fra Mar. Drugs 2022, 20, 183. https://doi.org/10.3390/md20030183 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs