Wykorzystanie prozdrowotnych związków fitochemicznych dla potrzeb opracowania kosmetyków pielęgnacyjnych z funkcją transdermalnej suplementacji skóry związkami magnezu przy udziale związków potasu

Najczęściej, kosmetyki naturalne i organiczne oraz wyroby biomedyczne są wybierane przez osoby świadome, nastawione proekologicznie, preferujące zdrowy i zrównoważony styl życia, cieszące się zdrowiem, ale także przez osoby o różnych problemach i dolegliwościach zdrowotnych np. o wrażliwej skórze, w chorobach autoimmunologicznych, w terapiach antynowotworowych, czy jako produkty dla kobiet w ciąży i dzieci.

W szeroko dystrybuowanych produktach pielęgnacyjnych do twarzy i ciała, zaraz po filtrach SPF (głównie bazujących na mineralnych związkach cynku lub tytanu) – konsumenci najczęściej poszukują aktywnych związków antyoksadycyjnych. Wśród najbardziej popularnych antyoksydantów aktualnie stosowanych w kosmetyce należą m.in. Witamina C, Witamina E, Resweratrol, Bakuchiol, Retinol, Niacynamid (wit. B3), czy Koenzym Q10. Ich główną funkcją jest ochrona skóry przed stresem oksydacyjnym, czyli stanem, w którym dochodzi do zaburzenia równowagi między wytwarzaniem, a zwalczaniem wolnych rodników. Cera jest szczególnie podatna na oddziaływanie wolnych rodników tlenowych, bardzo ważnych w procesach metabolicznych – jednakże uszkadzających białka, w tym włókna kolagenowe i elastynowe, a także lipidy. Ich nadmiar wpływa na obumieranie komórek skóry oraz naskórka, a co za tym idzie starzenia się skóry. Ze względu na działanie neutralizujące wpływają korzystnie na skórę: działają przeciwzapalnie i przeciwzmarszczkowo, chronią przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym, przyczyniają się do redukcji przebarwień oraz pobudzają produkcję kolagenu, odpowiedzialnego za jędrność skóry – a tym samym opóźniają procesy starzenia.

Z kolei w kosmetyce kolorowej oraz profesjonalnej dużą popularnością cieszą się preparaty bazujące na składnikach mineralnych. Surowce mineralne pojawiają się w kosmetykach w postaci kwasów, zasad lub soli, czyli w formach i układach naturalnych. W produktach do makijażu powszechnie wykorzystywane są mika, cynk, czy dwutlenek tytanu, zmieszane z odpowiednimi pigmentami, a w pielęgnacji i kosmetyce zabiegowej związki złota, krzemu, magnezu, miedzi, selenu, czy siarki. Ich wykorzystywanie jest ściśle związane z faktem, iż wywierają one korzystny wpływ nie tylko na nasze zdrowie, czy samopoczucie, ale także sprzyjają urodzie. Niektóre mikro- i makroelementy zawarte w odpowiednio opracowanej formule kosmetyku mają zdolność przenikania przez zewnętrzną, hydrofobową warstwę skóry do położonej poniżej skóry właściwej, bogatej w naczynia krwionośne i zdolnej do transportowania pobranych substancji po całym organizmie. Stosowane w kosmetykach nieorganiczne związki mineralne m.in. wpływają korzystnie na metabolizm kolagenu, wzrost włosów, paznokci i regenerację tkanek, posiadają własności antyoksydacyjne, przeciwzapalne, czy też chronią skórę przed promieniowaniem UV. W konsekwencji synergicznie wspomagają działanie organicznych związków naturalnych zawartych w preparatach kosmetycznych, wpływając korzystnie m.in. na zdrowy wygląd i koloryt skóry, jej elastyczność i sprężystość, czy zdolność do regeneracji.

W kontekście obserwowalnych trendów w zakresie stosowania w naturalnych kosmetykach pielęgnacyjnych szerokiego wachlarza różnych związków antyoksydacyjnych oraz związków mineralnych firma NoveltyUNIT zrealizowała projekt badawczo-rozwojowy, finansowany ze środków Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackie na lata 2014-2020, Działanie 1.2. Badania przemysłowe, prace rozwojowe oraz ich wdrożenia, mający na celu opracowanie formulacji dermokosmetyków pielęgnacyjnych, wykorzystujących w swym składzie pozyskiwane naturalnie związki taksyfoliny (dihydrokwercytyna) oraz mineralne związku magnezu i potasu.

Zasadniczym wyzwaniem projektu było wykorzystanie prozdrowotnych związków fitochemicznych, w szczególności taksyfoliny obecnej w drewnie bukowym dla potrzeb opracowania kosmetyków pielęgnacyjnych z funkcją transdermalnej suplementacji skóry związkami magnezu przy udziale związków potasu i uzyskanie zadowalających efektów pielęgnacyjnych.

Przesłanką przemawiającą za realizacją projektu były badania kory i wyciągu z drewna bukowego, przeprowadzone przez IUNG w Puławach na zlecenie NoveltyUNIT, w którym to stwierdzono występowanie wielu cennych i prozdrowotnych związków organicznych o potwierdzonych naukowo własnościach oraz szczególnie wysokim potencjale zastosowania w aplikacjach kosmetycznych. Wśród fitozwiązków obecnych w korze i drewnie bukowym zidentyfikowano m.in. taksyfolinę i jej pochodne. Taksyfolina (dihydroquercetin) to substancja o szerokim spektrum aktywności biologicznej. Dihydrokwercetynę zalicza się do flawonoidów, to jest organicznych, roślinnych związków pełniących funkcje przeciwutleniaczy i barwników, stanowiących ochronę przez atakiem ze strony owadów i grzybów. Taksyfolinę uznaje się za wzorcowy przeciwutleniacz, który działa na poziomie błon komórkowych – co ważne w zakresie antyoksydacyjnym jest kilkunastokrotnie silniejsza niż znane powszechnie witaminy A, C czy E. Szeroko zakrojone badania naukowe wykazały, że taksyfolina działa synergicznie z witaminą C, inaktywuje substancje cytotoksyczne, redukuje ilość i gęstość lipoprotein we krwi, chroni przed szkodliwym działaniem promieniowania jonizującego, normalizuje układ enzymatyczny komórek, stabilizuje kolagen oraz ma własności przeciwrodnikowe, przeciwnowotworowe, przeciwwirusowe i antyalergiczne.

Innym zagadnieniem badawczym projektu było uzyskanie w kosmetykach pożądanej rynkowo funkcji transdermalnej suplementacji dwoma makroelementami: tj. magnezem i potasem z funkcją antyoksydacyjną i konserwującą taksyfoliny. Ze względu na ogromne znaczenie obu pierwiastków dla organizmu człowieka oraz fakt, iż transdermalne przenikanie obu pierwiastków zostało udowodnione w niezależnych badaniach (badania dr Shealy, czy dr DH Waring Uniwersytet Birmingham) oraz fakt, że potas jest zatrzymywany w komórkach przez magnez, zdecydowano się w projekcie na jednoczesne zastosowanie mineralnych związków magnezu i potasu. Projekt miał także na celu potwierdzenie i wykazanie skuteczności tej formy aplikacji w badaniach użytkowych oraz objęcie uzyskanych wyników ochroną patentową.

W toku prowadzonego projektu opracowano i zoptymalizowano metody otrzymywania taksyfoliny i jej pochodnych z odpadów poprodukcyjnych branży przetwórstwa drewna bukowego – procedury ekstrakcyjne, umożliwiające redukcję ze związków balastowych, oraz techniki, sposoby i środki otrzymywania standaryzowanego produktu o jak największym stężeniu taksyfoliny i jej pochodnych zostały szczegółowo opisane w przyznanym i opublikowanym na stronach Urzędu patentowego RP zgłoszeniu patentowym (PL238714).

Opracowano i wielokierunkowo zwalidowano receptury dla 5-ciu dermokosmetyków zawierających w składzie taksyfolinę, z jednoczesną funkcją transdermalnej suplementacji związkami magnezu i potasu. W toku prac zostały także poddane analizie różne prekursory makroelementów magnezu i potasu wraz z ich medium/nośnikiem umożliwiającym – w obecności taksyfoliny określić ich przenikalność przez skórę.

Dla potrzeb oceny stopnia transdermalnej przenikalności różnych związków magnezu przeprowadzono badanie wśród 60 ochotników – mężczyzn podzielonych na 3 równe grupy w wieku od 27 – 67 lat, wykorzystując metodę oznaczania zawartości magnezu z włosów pochodzących z miejsc aplikacji uprzednio przygotowanych preparatów magnezowych przez okres 12 tygodni, a dla referencyjnego porównania poddano analizie na obecność magnezu włosy probantów z miejsc nie objętych badaniem aplikacyjnym. Po 12 tygodniach aplikacji preparatów pobrano od każdego probanta ok. 150 – 200 mg włosów z potylicy w miejscu przejścia okolicy owłosionej w nieowłosioną (z miejsc objętych aplikacją i bez aplikacji). Do analizy pobierano tylko pierwsze 1,5 – 2,0 cm włosa mierząc od skóry głowy. Włosy nie mogły być farbowane, musiały być umyte bez użycia środków służących do stylizacji włosów (odżywki, lakiery itp.) i bez zastosowania szamponów przeciwłupieżowych lub typu 2 w 1.

Do oznaczania magnezu we włosach probantów wykorzystano spektrofotometryczną metodę żółcieni tytanowej. Podstawą tej metody są barwne związki adsorpcyjne, jakie tworzy wodorotlenek magnezu z barwnikiem organicznym. W celu przygotowania próbki wykorzystano mineralizację z użyciem kwasu azotowego z dodatkiem nadtlenku wodoru (tzw. mineralizacja mokra). Suche włosy ważono w zlewce i dodawano do nich 10 cm3 stężonego kwasu azotowego (V). Zawartość zlewek ogrzewano do całkowitego roztworzenia próbki i zaniku wydzielania się tlenków azotu. Po ochłodzeniu roztworów dodawano ok. 5 cm3 30% nadtlenku wodoru i ogrzewano ponownie do uzyskania bezbarwnego roztworu próbki. Po ochłodzeniu pobierano 5 cm3 roztworu uzyskanego po roztworzeniu próbki stałej i wprowadzano do kolby o pojemności 50 cm3. Dodawano 5 cm3 roztworu żółcieni tytanowej, 1 cm3 1 % roztworu alkoholu poliwinylowego i ok. 10 cm3 wody. Do kolby dodawano kroplami 6 M roztwór NaOH do zmiany zabarwienia, a następnie jeszcze 5 cm3 roztworu 1 M NaOH. Równocześnie w ten sam sposób przygotowano ślepą próbę. Absorbancję roztworu mierzono przy l=545 nm.

Do wyznaczenia stężenia magnezu wykorzystano metodę krzywej wzorcowej. Do 6 kolb miarowych o pojemności 50 cm3 wprowadzono kolejno: 0; 50; 100; 150; 200 i 250 ml wzorcowego roztworu soli magnezu o stężeniu 1000 ppm. Następnie do każdej kolby dodano 5,0 cm3 roztworu żółcieni tytanowej, 1,0 cm3 1 % roztworu alkoholu poliwinylowego i ok. 25 cm3 wody. Wymieszano i dodano do każdej kolby 5,0 cm3 1,0 M NaOH. Uzupełniono kolby wodą do kreski i dokładnie wymieszano. Absorbancję roztworu mierzono przy l=545 nm. Z krzywej zależności absorbancji od stężenia odczytano wartości stężenia jonów magnezu w badanej próbce i ślepej próbie.

Oznaczenia wykonano za pomocą spektrofotometru VIS SPECTROPHOTOMETER model V – 5100.

Z przeprowadzonych badań wynika, że największa i najistotniejsza jest przyswajalność magnezu, którego źródłem jest roztwór wodny chlorku magnezu. W stosunku do roztworów cytrynianu– i mleczanu magnezu w wyniku 12-tygodniowej aplikacji praktycznie nie zaobserwowano istotnej przenikalności magnezu i jego obecności w składzie poddanych analizie włosów. Badania porównawcze na zawartość magnezu z włosów pobranych z miejsc, na które aplikowano wodny roztwór chlorku magnezu wykazały 50,7% wzrost zawartości magnezu w komórkach włosów w stosunku do włosów pobranych z miejsc nie poddanych ekspozycji roztworu chlorku magnezu.

Na podstawie badań przenikalności jako prekursor magnezu w projektowanych dermokosmetykach wybrano chlorek magnezu, a prekursorem potasu – chlorek potasu. W ramach projektu opracowano 5 produktów:

1. Balsam do twarzy i ciała z Mg i K, taksyfolina
2. Olejek do ciała z Mg i K, taksyfolina
3. Olejek do kąpieli z Mg i K, taksyfolina
4. Dezodorant roll-on z Mg i K, taksyfolina
5. Krem do rąk z Mg i K, taksyfolina;

Zaprojektowane kosmetyki zostały zweryfikowane zarówno pod kątem fizyko-chemicznym, organoleptycznym/sensorycznym, mikrobiologicznym oraz bezpieczeństwa stosowania. przeprowadzone badania dermatologiczne pod nadzorem lekarza dermatologa na grupie 20 probantów, potwierdziły brak objawów, które świadczyłyby o szkodliwym, tj. alergicznym lub toksyczno-drażniącym wpływie testowanych kosmetyków na skórę probantów. Żaden z probantów nie zgłaszał występowania dolegliwości podmiotowych, tj. uczucia świądu, pieczenia, ściągania lub innych, mogących świadczyć o ujemnym wpływie na skórę ludzką w stosunku do któregokolwiek kosmetyku.

Dodatkowo w laboratorium dermatologicznym NoveltyUNIT z wykorzystaniem urządzeń przeprowadzono badania aplikacyjne produktu Balsam do twarzy i ciała z Mg, K i taksyfoliną na 20 probantach i probantkach w wieku 25-65 lat, którego celem była ocena skuteczności pielęgnacyjnej i tolerancji kosmetyku podczas aplikacji na skórę twarzy i okolic oczu. Preparat był dedykowany dla osób posiadających skórę twarzy o profilu: przesuszonym, wrażliwym, jak również mieszanym i normalnym – skłonnej do przebarwiania się oraz do występowania obrzęków w okolicach oczu.

Badanie miało na celu wykazanie różnic w poszczególnych parametrach skóry w obszarze okolic oczu, powodowanych aplikacją preparatu w 3 cyklach pomiarowych tj. przed procesem aplikacji, po 2 tygodniach aplikacji oraz po 4 tygodniach aplikacji.

Dla celów badawczych i pomiarowych wykorzystano urządzenia na wyposażeniu laboratorium NoveltyUNIT tj:

• aparat DermaLab Combo do wielowymiarowej oceny i analizy parametrów skóry,
• aparat VISIA do wielowymiarowej analizy i oceny parametrów skóry twarzy.

Aparat DermaLab Combo to kompaktowe urządzenie do analizy skóry wyposażone w ekran dotykowy oraz zespół głowic pomiarowych. Budowa aparatu oparta jest na wieloletnim doświadczeniu duńskiej firmy Cortex Technology w budowie i rozwijaniu nowych technologii dotyczących zagadnień związanych z dermatologią. Urządzenie pozwala na badanie skóry
w zakresie: elastyczności, wilgotności i nawilżenia, poziomu natłuszczenia, pigmentacji, przezskórnej utraty wody.

Aparat VISIA wraz z zaawansowanym oprogramowaniem do analizy jest obecnie najnowocześniejszym kompaktowym urządzeniem do analizy skóry twarzy. Urządzenie amerykańskiej firmy CANFIELD jako jedyne na rynku umożliwia multispektralne obrazowanie, które umożliwia pomiar i analizę zarówno powierzchniowych, jak
i podpowierzchniowych parametrów skóry twarzy. Urządzenie umożliwia liczbową diagnozę kondycji skóry, w tym porównywanie efektów ,,przed” i ,,po” zastosowaniu danego czynnika np. kosmetyk, zabieg. Urządzenie umożliwia także trójwymiarowe obrazowanie fragmentu skóry.

W ramach badania aplikacyjnego preparatu kosmetycznego ocenie były poddane wybrane parametry skóry twarzy i okolic oczu:

Koloryt skóry (DermaLab Combo)

• TEWL – transepidermalna utrata wody (DermaLab Combo)
• Nawilżenie/Hydration (DermaLab Combo)
• Przebarwienia skóry (VISIA)
• Ukrwienie i stan naczynek (VISIA)
• Przebarwienia brązowe (VISIA)

Na podstawie przeprowadzonych badań aplikacyjnych oraz wywiadów zebranych od probantów należy stwierdzić, że badany produkt był bardzo dobrze tolerowany przez skórę w miejscu stosowania u wszystkich 50 testujących osób.

U wszystkich probantów na podstawie pomiarów z wykorzystaniem urządzeń DERMALAB oraz VISIA zaobserwowano pozytywny wpływ balsamu, w szczególności:

• Koloryt skóry (DermaLab Combo) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano rozjaśnienie skóry twarzy i skóry w okolicach oczu średnio o 12,97% w stosunku do kolorytu skóry przed aplikacją
• TEWL – trans-epidermalna utrata wody (DermaLab Combo) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano wzrost barierowości skóry twarzy na utratę wody średnio o 18,46%w stosunku do pomiaru przed aplikacją
• Nawilżenie (DermaLab Combo) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano wzrost nawilżenia skóry pod twarzy średnio o 15,10% w stosunku do pomiaru przed aplikacją
• Przebarwienia płytkie skóry (VISIA) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano redukcję ilości i intensywności przebarwień płytkich skóry twarzy średnio o 15,38% w stosunku do pomiaru przed aplikacją
• 
• Ukrwienie i stan naczynek (VISIA) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano redukcję przekrwienia naczynek skóry twarzy średnio o 26,22% w stosunku do pomiaru przed aplikacją
• 
• Przebarwienia brązowe (VISIA) – w wyniku 4-ro tygodniowej aplikacji balsamu zaobserwowano redukcję ilości i intensywności brązowych plamek w średnich i głębokich warstwach skóry twarzy średnio o 7,46% w stosunku do pomiaru przed aplikacją
• 

Dodatkowo zdecydowana większość probantów  na podstawie subiektywnych ocen stanu skóry twarzy przed- i po stosowaniu Balsamu zaobserwowała pozytywny wpływ na :

• Działanie regenerujące skórę twarzy (92% pozytywnych wskazań),
• Zmniejszenie widoczności obrzęków i opuchlizny pod oczami (92% pozytywnych wskazań),
• Rozjaśnienie przebarwień skórnych 74% pozytywnych wskazań),
• Redukcję niekorzystnego kolorytu skóry (72% pozytywnych wskazań),

W opinii probantek i nadzorujących badanie, kompozycja użytych składników w ocenianym preparacie intensywnie pielęgnuje i regeneruje skórę twarzy i okolic oczu. Probanci potwierdzili, iż balsam posiada właściwości redukcji obrzęków i niekorzystnego kolorytu skóry. Wskazali ponadto, że balsam jest bardzo praktyczny w użyciu, dobrze się rozprowadza na skórze i szybko wchłania, pozostawiając delikatną i wygładzoną powierzchnię skóry.

Dodatkowo u wszystkich probantek wielokrotna aplikacja (przez 4-tygodniowy okres stosowania produktu) nie wywołała odczynów kontaktowych typu: świąd, mrowienie, pieczenie, zaczerwienienie, obrzęk.

Wyniki przedstawionych prac, stanowią podstawę do wdrożenia komercyjnego nowej lini kosmetyków BIOnly elements.

Autor: Krzysztof Ciepluch

Właściciel NoveltyUNIT