Cholesterol i jego pochodne: niedoceniane składniki, po które warto sięgnąć

Nie zawsze zdajemy sobie jednak sprawę z tego, że cholesterol i jego pochodne są nierozerwalnie związane z istnieniem wszystkich organizmów zwierzęcych. Znajduje się on we wszystkich naszych komórkach, zapewniając im właściwą elastyczność, a zarazem przepuszczalność. Jest on również prekursorem niezwykle ważnej cząsteczki, jaką jest witamina D31. Jeszcze mniej znany jest fakt, że pochodne cholesterolu stanowią ponad jedną trzecią lipidów tworzących macierz pozakomórkową w skórze człowieka2,3.

Prawidłowa zawartość cholesterolu zarówno w komórkach, jaki i na zewnątrz nich jest niezwykle istotna dla zachowania zdrowia oraz prawidłowego funkcjonowania skóry. Stosowanie cholesterolu i jego pochodnych w kosmetykach może zatem zaowocować nie tylko poprawą wyglądu samej emulsji, ale przede wszystkim prawidłowym przebiegiem naturalnych procesów biologicznych w skórze i wzmocnieniem jej bariery ochronnej.

Funkcje cholesterolu

Cholesterol jest jednym z głównych składników błon komórkowych niezbędnych do ich prawidłowego funkcjonowania. Należy on do grupy steroli (zmodyfi kowanych steroidów)4 i ma postać małej, półsztywnej cząsteczki alifatycznej (lipidowej) zawierającej cztery skondensowane pierścienie (rys. 1). Zadaniem cholesterolu jest zwiększanie przepuszczalności i elastyczności błon komórkowych oraz kontrolowanie dyfuzji małych cząsteczek1. Odpowiednia zawartość cholesterolu w błonach komórkowych wpływa na sposób upakowania tworzących je dwuwarstw lipidowych. Pomaga to kontrolować dyfuzję przy jednoczesnym zachowaniu właściwej wymiany międzykomórkowej5,6,7.

Bez cholesterolu błony komórkowe byłyby sztywne, kruche i niezdolne do tworzenia żywych struktur, które są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek.

Funkcja, jaką cholesterol pełni w skórze, jest ścisłym odpowiednikiem jego roli w błonach komórkowych. Zewnątrzkomórkowa macierz lipidowa (substancja wypełniająca przestrzenie wokół komórek) w naskórku zawiera ok. 35% cholesterolu i siarczanu cholesterolu2,3. Struktura ta jest odpowiedzialna za prawidłowe działania bariery ochronnej – macierz lipidowa zatrzymuje na zewnątrz skóry wodę i zanieczyszczenia. Aby przedstawić budowę tego fragmentu warstwy rogowej, często sięga się do modelu „cegieł i zaprawy”. Głębsza analiza składu „zaprawy” ujawnia, że składają się na nią dwuwarstwy zawierające ceramidy, kwasy tłuszczowe i cholesterole (rys. 2)8. I znów cholesterol jest tam odpowiedzialny za zachowanie płynności, prawidłowe upakowanie składowych i kontrolowanie dyfuzji małych cząsteczek do wnętrza zewnątrzkomórkowej macierzy lipidowej. Wahania składu macierzy lipidowej mogą zagrozić skuteczności jej działania i mieć szkodliwy wpływ na zdrowie skóry. Objawami niedoborów poszczególnych lipidów mogą być nadmierna utrata wody, atopowe zapalenie skóry czy infekcje bakteryjne9. Stąd wniosek, że cholesterol i siarczan cholesterolu są cząsteczkami naprawdę niezbędnymi dla zdrowia skóry.

Cholesterol w kosmetykach

Jak już wiemy, cholesterol jest dość płaskim lipidem o jednej tylko polarnej grupie hydroksylowej. Jego budowa sprawia, że poza funkcjami biologicznymi wyróżnia się interesującym zachowaniem kosmetycznym. Jest on rozpuszczalny w olejach i ma pewne właściwości emulgujące. Ponadto receptury zawierające cholesterol są opisywane jako bogate i pielęgnacyjne w odczuciu, przez co jest często stosowany jako „kondycjoner do skóry”10,11.

Za najbardziej interesującą cechę cholesterolu uznać należy jednak jego zdolność do uczestniczenia w tworzeniu struktur lamelarnych w emulsji, co z kolei może być pomocne w wbudowywaniu substancji alifatycznych (jak lipidy) w macierz zewnątrzkomórkową skóry. Prosty eksperyment z recepturą zawierającą wazelinę i cholesterol wykazał wzrost zgodności substancji alifatycznych z macierzą lipidową12. Obecność cholesterolu w recepturze spowodowała wzrost przenikania wazeliny aż o ~33%12! Wynik ten potwierdza starą zasadę chemii organicznej: podobne rozpuszcza podobne. Można z tego wnioskować, że cholesterol będzie pomagać w tworzeniu struktur lamelarnych, podobnych do dwuwarstw w macierzy lipidowej skóry, a przez to może zapewniać lepszą wymianę składników lipidowych pomiędzy kosmetykiem i skórą. W uproszczeniu, poprawa nawilżenia skóry obserwowana po zastosowaniu kosmetyku zawierającego cholesterol wynika z jego udziału w uzupełnianiu bariery skórnej i zapobieganiu ucieczce wody.

Kosmetyki zawierające cholesterol można by uznać za bardziej skuteczne we wprowadzaniu do macierzy skórnej innych składników lipidowych i zwiększaniu ich aktywności. Zastosowanie cholesterolu w kosmetykach jest jak widać uzasadnione z wielu powodów. Wzrost stabilności emulsji za sprawą jego działania emulgującego, kondycjonowanie skóry, zwiększanie skuteczności innych składników lipidowych, a nawet uzupełnianie niedoborów bariery lipidowej skóry czynią z cholesterolu prawdziwy składnik „aktywny”.

Pochodne cholesterolu

Cholesterol może być przyswajany z pożywieniem lub syntezowany przez organizm. Proces biosyntezy nie kończy się jednak i jest on przetwarzany dalej, aby uzyskać cząsteczki o szczególnych funkcjach biologicznych, takie jak steroidy i hormony. Istnieje wiele pochodnych tego sterolu o biologicznym, a także kosmetycznym znaczeniu. Od naturalnych, niezbędnych dla skóry, prostych cząsteczek, jak siarczan cholesterolu, do pochodnych wielostopniowych, jak cholekalcyferol (witamina D3). Siarczan cholesterolu jest jednym z przykładów zmodyfikowanej cząsteczki cholesterolu wytwarzanej w sposób naturalny w komórkach, o potwierdzonym dla zdrowia skóry znaczeniu.

Jak już wspomniano, siarczan cholesterolu jest jednym ze składników zewnątrzkomórkowej macierzy lipidowej naskórka (stanowi ok. 5% wagowych)2,3. Sądzi się, że jego obecność zapewnia właściwą stabilność warstwy lamelarnej lipidów poprzez zmniejszenie upakowania jej struktury i zapewnienie ruchliwości układów dwuwarstwowych13. Ponadto zbyt niska zawartość siarczanu cholesterolu może destabilizować macierz lipidową i skutkować złuszczaniem się komórek13,14. Potwierdzono, że siarczan cholesterolu pobudza syntezę kwasów tłuszczowych w fibroblastach i keratynocytach15. Dlatego stosowanie siarczanu cholesterolu w kosmetykach przynosi potencjalne zalety w postaci tworzenia struktur dwuwarstwowych, które mogą się wbudowywać w macierz lipidową i ją stabilizować. Inne otrzymywane sztucznie pochodne cholesterolu również wykazują korzystne dla skóry zachowanie. Bursztynian cholesterolu jest przykładem syntetycznej pochodnej o aktywności biologicznej i pożądanych cechach fizycznych. Udowodniono, że w lipidowych strukturach dwuwarstwowych cząsteczka ta zachowuje się podobnie do naturalnego cholesterolu, ale ma wyższą rozpuszczalność w wodzie16. Czyni to z niej lepszy surowiec kosmetyczny zarówno ze względu na możliwość wyższego dozowania, jak i większą łatwość wprowadzania do receptur. Polarność bursztynianu cholesterolu wpływa również na wzrost stabilności warstw lamelarnych w obecności innych składników aktywnych. W jednym z opisanych przypadków liposomy z wbudowanym bursztynianem cholesterolu wpływały stabilizująco i wspierały dostarczanie trójterpenowych saikozosaponin17. Pochodna ta może być szczególnie skuteczna w stabilizacji struktur lipidowych, podobnych do zewnątrzkomórkowej macierzy lipidowej skóry, a potencjalnie dzięki temu również w dostarczaniu/stabilizowaniu innych kosmetycznych składników aktywnych.

Prekursorzy biosyntezy

Jak już zaznaczono, cholesterol i jego pochodne pełnią istotne funkcje biologiczne i w ten sposób uczestniczą w zapewnieniu skórze dobrej kondycji. Dodatkowo substancje będące prekursorami cholesterolu mogą być również aktywne biologicznie i brać udział w wielu procesach biosyntezy, w tym w powstawaniu witamin. Pełnią w ten sposób istotną rolę w zachowaniu zdrowia skóry. Jednym z wielu bardzo ważnych biosyntetycznych substratów jest 7-dehydrocholesterol (7-DHC). Substancja ta jest bezpośrednim prekursorem witaminy D3 i cholesterolu. Po ekspozycji na promieniowanie UV, 7-DHC jest przekształcany fotochemicznie bezpośrednio w cholekalcyferol, czyli witaminę D3.

Ta ostatnia w keratynocytach naskórka może ulegać dalszym przekształceniom na drodze enzymatycznego hydroksylowania w 1,25-hydroxy-witaminę D3 (kalcytriol). Jak udowodniono, kalcytriol bierze udział w procesach powstawania i różnicowania keratynocytów18. Jego innym zadaniem jest regulacja stopnia odpowiedzi immunologicznej poprzez wydzielanie katelicydyny i produkcję peptydów o działaniu biobójczym. Widzi się w tym korzyść dla systemu obronnego skóry19. Inną pożyteczną rolą kalcytriolu w skórze jest regulowanie jej pigmentacji. Ilustrują to badania potwierdzające wzrost zawartości tyrozynazy i zwiększenie syntezy melaniny w modelach skóry w obecności kalcytriolu20. Wszystkie omówione powyżej mechanizmy i aktywności dotyczą cholesterolu, 7-DHC i witaminy D3 obecnych w skórze. Suplementacja i zastosowanie tych substancji w kosmetykach może przynieść wiele różnorodnych korzyści, poczynając od jednolitego wybarwienia skóry, po zwiększoną skuteczność jej mechanizmów obronnych.

Pozyskiwanie i zrównoważony rozwój

Pomimo wielu korzyści wynikających ze stosowania cholesterolu i jego pochodnych w kosmetykach, niektórzy producenci środków do pielęgnacji skóry mogą mieć wątpliwości związane z jego otrzymywaniem. Tradycyjnie cholesterol pochodzi z tkanki nerwowej zwierząt. Może to wywoływać wiele zastrzeżeń związanych z jego potencjalnym zanieczyszczeniem21.

Ostatnio podstawowym źródłem odzwierzęcego cholesterolu stał się tłuszcz z wełny owczej. Jest on izolowany z oczyszczonej lanoliny, która jest produktem ubocznym powstającym podczas pozyskiwania wełny22. Źródło to jest nie tylko bardzo zasobne i odnawialne, ale również nie wymaga śmierci zwierzęcia. Nadal jednak jest to pochodzenie odzwierzęce, dlatego też trwają intensywne poszukiwania alternatywnych możliwości pozyskiwania cholesterolu. Oczywiście izolowane z roślin sterole lub fitosterole mogą potencjalnie wykazywać działanie podobne do cholesterolu.

Niestety budowa cząsteczek fitosteroli nie jest identyczna z budową cholesterolu, zatem ich zastosowanie jest również ograniczone. W ostatnim czasie na szerszą skalę dostępny stał się półsyntetyczny cholesterol pochodzenia roślinnego21. Jest to substancja pod względem budowy identyczna z cholesterolem odzwierzęcym i dzięki temu może się ona stać optymalnym źródłem cholesterolu, jak i prekursorem jego wszystkich wspomnianych tutaj pochodnych.

Podsumowanie

W powszechnej i niezasłużonej opinii cholesterol uznawany jest za substancję szkodliwą dla człowieka. W rzeczywistości on sam i jego pochodne są niezbędne do życia oraz niezwykle ważne dla zachowania zdrowia, również zdrowia skóry. Zastosowane w kosmetykach sterole wykazują wiele pozytywnych działań zarówno wobec samych receptur, jaki i skóry jako takiej. Dodatkowo wartym rozważenia jest wykorzystanie tych substancji do wprowadzania innych składników aktywnych na bazie tłuszczy w struktury macierzy lipidowej skóry, a przez to zwiększanie ich dostępności i skuteczności. Cholesterol i jego pochodne to prawdziwi, choć wciąż niedocenieni bohaterowie kosmetyki pielęgnacyjnej.

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 2/2021