Jedna rodzina norm – różne epoki badań: klasyczne i nowoczesne metody ISO w ocenie ochrony przeciwsłonecznej

Normy ISO od lat stanowią fundament oceny skuteczności produktów ochrony przeciwsłonecznej. Dotychczas do określania podstawowych parametrów ochrony takich jak współczynnik ochrony przeciwsłonecznej SPF oraz współczynnik ochrony przed promieniowaniem UVA – UVA-PF stosowano trzy metody: ISO 24444:2019 ”Cosmetics — Sun protection test methods — In vivo determination of the sun protection factor (SPF)” [1] oraz zamiennie równoważne ISO 24443:2021 „Cosmetics — Determination of sunscreen UVA photoprotection in vitro” [2] lub ISO 24442:2022 „Cosmetics — Sun protection test methods — In vivo determination of sunscreen UVA protection” [3] służące do określenia ochrony przed promieniowaniem w zakresu UVA, odpowiednio metodą in vitro lub in vivo. Te klasyczne normy stanowiły podstawę oceny skuteczności gwarantując spójność, porównywalność oraz globalną akceptację wyników. Od roku jednak ta rodzina norm obejmuje zarówno klasyczne metody, jak i dwie nowe procedury uwzględniające rosnące wymagania etyczne i potrzeby rynku, na szybsze i tańsze metody analiz jednak z zachowaniem spójności wyników ze standardowymi metodami. Alternatywne metody ISO: 23675:2024 „Cosmetics — Sun protection test methods — In vitro determination of sun protection factor (SPF)” [4] opisująca ocenę SPF na podstawie badań spektrofotometrycznych wykonywanych całkowicie in vitro oraz ISO 23698:2024 „Cosmetics — Measurement of the sunscreen efficacy by diffuse reflectance spectroscopy” [5] łącząca w sobie procedury in vivo i in vitro tworzą pełniejszy i bardziej elastyczny system oceny fotoprotekcji.

Metoda ISO 24444 od wielu lat stanowi „złoty standard” wyznaczania współczynnika SPF. Jej podstawą jest ocena minimalnego rumienia skóry (minimal erythema dose, MED) po ekspozycji na promieniowanie UV. Stosunek MED dla skóry chronionej badanym produktem ochrony przeciwsłonecznej do MED skóry niechronionej pozwala obliczyć wartość współczynnika SPF [1]. Choć samo założenie metody jest relatywnie proste to poprawne wykonanie analizy obwarowane jest licznymi punktami krytycznymi, których spełnienie jest niezbędne do uzyskania wysokiej spójności i wiarygodności wyników.

Pierwszym z nich jest prawidłowy dobór ochotników. Badanie przeprowadza się na panelu co najmniej 10 osób, które muszą spełniać ściśle określone normą kryteria, aby zminimalizować zmienności i zapewnić odtwarzalność wyników [6]. Kluczową rolę odgrywa fototyp włączanych do badania ochotników określany na postawie Indywidualnego Kąta Topologicznego (ITA^o). Wartość ITA^o musi być większa lub równa 28^o, co odpowiada fototypowi I-III wg Fitzpatricka [1]. W tych grupach reakcja rumieniowa jest najbardziej czuła i powtarzalna [6]. Dodatkowo w badaniu uczestniczyć powinni przedstawiciele wszystkich fototypów w równej ilości, aby uzyskany SPF odzwierciedlał standardową odpowiedź populacyjną [1].

Drugim krytycznym elementem w badaniu jest aplikacja produktu, ponieważ równomierność i grubość filmu są kluczowymi czynnikami wpływającymi na wynik. Norma określa, że badany kosmetyk należy nanosić w ilości 2 mg/cm² na wyznaczony obszar skóry o udokumentowanej wielkości co zapewnia prawidłowe przeliczenie tej dawki [1]. Aplikację powinien przeprowadzać wykwalifikowany technik określoną w normie techniką polegającą na ustalonej sekwencji ruchów [6][7].

Metody wyznaczania współczynnika SPF

Mimo że norma ISO 24444 ściśle reguluje wiele krytycznych elementów to posiada istotne ograniczenia. Wywoływanie reakcji biologicznej skóry w postaci rumienia rodzi wątpliwości etyczne [7]. Choć dawki są ściśle kontrolowane to przy wyraźnie rosnącym zainteresowaniu produktami o wysokich wartościach SPF czas ekspozycji ochotnika jest znaczny. Kolejnym kluczowym ograniczeniem jest duża zmienność między- i wewnątrzosobnicza. Odpowiedź erytremalna jest cechą osobniczą zależną od wielu czynników, które trudno kontrolować [6]. Ręczna aplikacja produktu jest kolejnym mankamentem tej metody. Osiągnięcie powtarzalnej aplikacji produktu na skórze jest trudne co wpływa znacząco na zmienności i niepewność pomiaru [7].

Znając ograniczenia ISO 24444 podjęto starania mające na celu opracowania metody, która je ogranicza lub eliminuje. Po wielu latach osiągnięto ten cel i zaproponowana metodę badania pozbawioną głównych mankamentów metody in vivo. ISO 23675:2024 określane także jako Double Plate Method (DPM) wprowadza metodę oceny SPF w pełni in vitro, która eliminuje potrzebę ekspozycji ochotników na promieniowanie UV. Jej istotą jest ocena transmisji spektralnej UV w zakresie 290 – 400 nm, mierzonej dla cienkiej powłoki produktu promieniochronnego zaaplikowanego na syntetyczne podłoże imitujące ludzką skórę wykonane z polimetakrylan metylu (PMMA) [4][8]. Choć samo podłoże jest doskonale znane z metody ISO 24443 to ważnym punktem metody jest użycie dwóch rodzajów płytek tzw. formowanych (moulded) i piaskowanych (sandblasted), różniących się chropowatością i parametrami profilu powierzchni, a następnie wykorzystanie kombinacji ich widma co pozwala obliczyć wartości SPF doskonale skorelowane z tymi uzyskiwanymi metodą in vivo [9]. Kluczowym wyróżnikiem nowej metody jest użycie robota do aplikacji próbki. Robotyczne ramie robota pracuje z wysoką precyzją zapewniając powtarzalność ruchów w osiach: X, Y i Z z dokładnością do 0,005 mm. Samo smarowanie odbywa się za pomocą specjalnej sylikonowej końcówki imitującej ludzki palec. Sylikonowy „palec” ma także normatywne wymagania co do średnicy i wielkości. Aplikacja odbywa się ze stałą siłą pionową równą 6,0 N ± 0,5N w ustalonej sekwencji ruchów [10][15]. Tak ścisła kontrola parametrów pracy gwarantuje równomierne, powtarzalne i odtwarzalne nałożenie preparatu co przekłada się na spójność pomiarów.

Dodatkowo ISO 23675 precyzyjnie określa ilość produktu nakładanego na każdy rodzaj płytki, warunki i czas suszenia próbek oraz prowadzenia badania, parametry symulatora światła i spektrofotometru pomiarowego oraz sposób obliczania wartości SPF. Podsumowanie podstawowych cech testu przedstawia Tabela 2.

Metoda ta wykazuje wysoką powtarzalność i odtwarzalność wewnątrz- i międzylaboratoryjną, a co najważniejsze wysoką korelacje z metodą in vivo [9]. Jedynym niedostatkiem metody jest ograniczona liczba form galenicznych możliwych do analizy. W chwili obecnej norma dopuszcza jedynie możliwość określania wartości SPF dla emulsji oraz jednofazowych produktów na bazie alkoholu, z wyłączeniem proszków w formie sypkiej lub sprasowanej (np. pudrów sypkich, prasowanych) lub sztyftu. Ponadto nie umożliwia oznaczania wodoodpornych właściwości produktu ochrony przeciwsłonecznej [4].

Metody wyznaczania współczynnika UVA-PF

Normy ISO 24442 i ISO 24443 stanowią zestaw metod oceny ochrony przeciwsłonecznej w zakresie UVA. ISO 24442 opisuje procedurę in vivo wyznaczania współczynnika UVA-PF na podstawie minimalnej dawki wywołującej trwałe ciemnie pigmentu (minimal persistent pigment darkening dose, MPPDD), czyli reakcji skóry w postaci pigmentacji pod wpływem UVA [3]. Metoda ta pozwala odnieść się bezpośrednio do biologicznej odpowiedzi skóry, ale podobnie jak ISO 24444 obarczona jest zmiennością osobniczą, kwestiami związanymi z powtarzalnością aplikacji i wymaga udziału ochotników [6][7]. Za pomocą tej metody nie można także wyznaczyć krytycznej długości fali (CW). Parametr ten musi być uzupełniony poprzez badanie in vitro.

Z kolei ISO 24443 wprowadza ocenę ochrony przed UVA poprzez spektralną analizę preparatu naniesionego na płytki PMMA przed oraz po naświetlaniu kontrolowana dawką promieniowania [8][14]. Metoda pozwala na wyznaczenie zarówno UVA-PF jak i krytycznej długości fali (CW).

Metoda hybrydowa ISO 23698:2024

Norma ISO 23698:2024 wprowadza hybrydowe podejście do oceny ochrony przeciwsłonecznej. Część in vivo oparta jest na spektroskopii rozproszonego odbicia (Diffuse Reflectance Spectroscopy, DRS), a in vitro na spektrofotometrycznych pomiarach z użyciem płytek PMMA – HDRS (Hybrid Diffuse Reflectance Spectroscopy) [11][12].

W części in vivo podobnie jak w ISO 24444 produkt jest nanoszony na obszar skóry o określonej wielkości w ilości 2 mg/cm² i rozprowadzony w znormalizowany sposób po czym sonda DRS mierzy rozproszone odbicie światła w celu uzyskania widma transmitancji w zakresie UVA (320 – 400 nm), które odzwierciedla, jaka część promieniowania UV nie jest odbijana ze względu na interakcje z filmem produktu na skórze. Wykorzystanie analizy zmian optycznych sprawia, że w odróżnieniu do tradycyjnych testów in vivo opartych na rumieniu lub PPD metoda HDRS nie wywołuje reakcji biologicznej skóry [5][11].

Ponieważ warstwa ludzkiej skóry pochłania promieniowanie UVB w dużych ilościach, ilość odbitego promieniowania w tym zakresie nie jest wystarczająca do wykrycia za pomocą DRS. Dlatego równolegle przeprowadzany jest test in vitro podczas którego ten sam produkt nanosi się w sposób znormalizowany na płytki PMMA, które poddaje się ekspozycji na kontrolowaną dawkę promieniowania i dokonuje pomiaru spektrofotometrycznego przed i po ekspozycji w celu oceny absorbancji w pełnym zakresie ultrafioletu (290 – 400 nm). Dodatkowo włączenie części in vitro umożliwia ocenę fotostabilności produktu i pomiar krytycznej długości fali (CW), co daje pełniejszy obraz działania ochronnego produktu [5] [12].

Dane uzyskane ze skóry są łączone z danymi in vitro tworząc hybrydowy profil absorbancji (UVB+UVA), na podstawie którego oblicza się finalne wartości SPF, UVA-PF i CW [5] [12].

Metoda HDRS niesie kilka kluczowych korzyści. Po pierwsze eliminuje konieczność wywoływania odpowiedzi biologicznej skóry co znacznie ogranicza ryzyko i usuwa wątpliwości etyczne [12]. Po drugie, dzięki połączeniu pomiarów in vivo i in vitro metoda uwzględnia zachowanie produktu zarówno na ludzkiej skórze jak i jego właściwości spektroskopowe co pozwala na bardziej realistyczną ocenę właściwości ochronnych. Wreszcie, metoda jest wysoce powtarzalna i szybsza co pozwala sprawniej wdrażać nowe formulacje [16].

Obecnie ocena ochrony przeciwsłonecznej obejmuje zarówno klasyczne metody jak i nowoczesne procedury. Standardy ISO 24444 i ISO 24442 tworzą fundament tradycyjnych badań opartych na odpowiedzi biologicznej skóry jednak ich ograniczenia – etyczne, czasowe i operacyjne – coraz bardziej ciążą dynamicznie rozwijającej się branży kosmetycznej [7][13]. Nowe normy tj. ISO 23675 oraz ISO 23698, wprowadzają bardziej zaawansowane podejście pozwalając na szybszą i bardziej etyczną ocenę właściwości fotoprotekcyjnych. W przyszłości spodziewać się można dalszego rozwoju metod hybrydowych i w pełni in vitro, aby jeszcze lepiej przystosować się do rosnących wymagań konsumentów i przemysłu [13].