Малгожата Гронвальд-Челковская
Вступление
Аминокислоты и белки используются в косметике очень давно. Еще Клеопатра принимала молочные ванны для увлажнения и смягчения кожи, а в рецепты красоты наших бабушек обязательно входили белки растительного происхождения. Сегодня с этой целью используют “high-tech протеины” – биотехнологичсски полученные компоненты белковой природы.
Многие аминокислоты, пептиды и белковые ингредиенты косметики относят к биологически активным веществам, способным оказывать влияние на различные физиологические процессы, протекающие в коже. Так называемая белковая косметика, в которой содержатся белковые компоненты, особенно рекомендуется для сухой и увядающей кожи. Вместе с тем очевидно, что для того, чтобы оказать какое-либо воздействие на клетки кожи, эти компоненты должны до них дойти. А для этого им нужно пересечь главный барьер кожи – роговой слой. Несмотря на то, что белковая косметика очень популярна, экспериментов, изучающих пенетрации аминокислот и пептидов, было проведено не так много.
Аминокислоты и пептиды: действие при нанесении на кожу
После того как было установлено, что аминокислоты входят в состав натурального увлажняющего фактора (Natural Moisturizing Factor, NMF) их стали включать в косметические рецептуры в качестве увлажняющих агентов. Некоторые аминокислоты в экспериментах in vitro проявляют биологическую активность. Высокомолекулярные пептиды, используемые в косметических средствах, как правило, слишком велики для того, чтобы проникнуть в кожу по какому-либо из возможных путей пенетрации. При нанесении на кожу они остаются на ее поверхности, образуя увлажняющий и защитный слой.
Многие низкомолекулярные пептиды, встречающиеся в косметических препаратах, использованы как вещества с биологической активностью. Например, пептид, состоящий из 2-7 чередующихся остатков аргинина и лизина, проявляет себя как ингибитор образования внутри – и межмолекулярных сшивок коллагена, и поэтому его рекомендуют включать в состав средств для увядающей кожи. Другой пример – липопептид пальмитоил-Gly-His-Lys, стимулирующий синтез коллагена и гликозамингликанов и рекомендованный для восстановления дермального матрикса (косметика с укрепляющим и разглаживающим действием).
Действительно ли необходима пенетрация аминокислот и пептидов в кожу?
Аминокислоты и пептиды выполняют в коже столько разнообразных функций, что неудивительно, что их включают в косметику. Кремы, лосьоны, бальзамы, средства для снятия макияжа, гели для душа и даже декоративная косметика – все эти косметические средства часто содержат белковые компоненты. Однако самым главным вопросом остается вопрос о том, действительно ли аминокислоты и пептиды проходят в/через роговой слои.
Пенетрация аминокислот через роговой слой крайне незначительна. Но все же она есть. Согласно закону Фика, движущей силой транспорта веществ в ту или иную сторону является градиент концентрации. Следовательно, многие биологически активные компоненты (в том числе аминокислоты и пептиды), нанесенные на поверхность кожи (особенно в очень высокой концентрации), могут пройти в эпидермис и дерму. Более того, аминокислоты и пептиды по идее могут сорбироваться на корнеоцитах, концентрируясь в роговом слое.
И все же количество аминокислот и пептидов, проникших в эпидермис и дерму извне, чрезвычайно мало. Конечно, бывают ситуации, когда активность компонентов очень велика, и даже незначительного их количества достаточно для достижения необходимого эффекта. Проблемой является то, что в большинстве случаев мы не знаем пороговых концентраций, при которых аминокислоты и пептиды оказывают биологическое действие.
Пенетрация ионогенных соединений – аминокислот и пептидов
Несмотря на распространенное мнение, что аминокислоты проходят через роговой слой, есть много возражений против такого утверждения. Прежде всего, это их ионная структура. На самом деле, аминокислоты – это цвиттер-ионы, и именно благодаря этому они остаются в ионизированном виде при любом значении рН.
Ионы очень плохо проходят через роговой слой. Коэффициент проникновения заряженных соединений почти в 100 раз ниже, чем незаряженных. Аминокислоты гидрофильны, и многие из них хорошо растворимы в воде. Так что аминокислоты не имеют сродства к липидам, входящим в состав липидного барьера рогового слоя. Вот почему проникновение аминокислот в роговой слой по межклеточным промежуткам или напрямую через корнеоциты практически невозможно.
Для заряженных аминокислот и низкомолекулярных пептидов наиболее вероятный путь пенетрации – трансфолликулярный, т.е. по протокам кожных желез. Однако плотность желез в коже невысока (они занимают не более 0,1 % поверхности тела), следовательно, площадь проникновения очень мала. Поэтому прохождение аминокислот и пептидов этим путем также минимально.
Исследования пенетрации аминокислот и пептидов
Использование аминокислот и пептидов в косметике так распространено, а заявления о том, что они увлажняют и питают кожу, встречаются так часто, что трудно поверить в то, что исследования пенетрации этих веществ в составе косметических препаратов стали проводиться относительно недавно. Надо признаться, что до сих пор полной информации относительно пенетрации аминокислот и пептидов и их поведения после нанесения косметики на кожу у нас нет.
В 1991 г. A. Ruland и J. Kreuter, проводя эксперименты на изолированной коже мышей, показали, что аминокислоты имеют низкий коэффициент проникновения через кожу. Однако их пенетрация существенно повышается, если использовать химические энхансеры или провести ионофоретическую обработку кожи. В более поздних работах было высказано предположение, что даже если аминокислоты проникают в очень малой степени, их концентрации в пределах рогового слоя может быть достаточно для того, чтобы оказать увлажняющее действие. Однако возникает вопрос, насколько велика вероятность их проникновения и действительно ли увлажняющее действие связано с пенетрацией.
Методы повышения пенетрации аминокислот и пептидов
Для того чтобы оказать действие в дермальном слое, аминокислоты и пептиды должны до него дойти. Трансдермальное прохождение аминокислот имеет ряд преимуществ. Прежде всего, увлажняющее действие аминокислот, прошедших в роговой слой, длится дольше, чем аминокислот, остающихся на поверхности кожи. С другой стороны, биологически активные аминокислоты могут оказывать действие только тогда, когда достигнут мишени. Поскольку аминокислоты и пептиды с трудом проходят через роговой слой, для улучшения их пенетрации используют ряд методов.
Структурные изменения аминокислот и пептидов
Одной из причин того, что аминокислоты и пептиды не проходят через роговой слой, является их гидрофильность. Потому в косметике используют их липофильные производные, например, пальмитат гидроксипролина, октаноат глицина, пальмитоил-олигопептиды (пальмитоил-Gly-His-Lys, пальмитоил-Val-Gly-Val-Ala-Pro-Gly, пальмитоил-Lys-Thr-Thr-Lys-Ser). Повышение липофильности путем прикрепления жирнокислотной цепи к пептиду существенно повышает и его способность проникать через роговой слой.
Другая причина, по которой аминокислоты и пептиды не могут легко проходить через роговой слон, заключается в том, что многие из них являются заряженными молекулами. Чтобы нейтрализовать заряд, добавляют липофильный противоион. В результате образуется ионная пара, скрепленная электростатическими и гидрофобными взаимодействиями. Такая ионная пара достаточно липофильна для того, чтобы проникнуть в липидный матрикс рогового слоя.
Модификация рогового слоя
Гидратация рогового слоя увеличивает скорость пенетрации большинства ингредиентов. Использование компонентов, которые меняют структуру барьера, улучшает пенетрацию аминокислот и пептидов. Вот некоторые наиболее распространенные примеры веществ-энхансеров: вода, жирные кислоты, спирты (например, этанол), ПАВ (анионные, катионные, неионогенные), амиды (в т.ч. мочевина – компонент NMF), полиолы (глицерин, пропилен гликоль).
Энхансеры, встраиваясь в липидные пласты рогового слоя, нарушают их организацию. Некоторые растворители (например, этанол) и мицеллярные растворы могут экстрагировать липиды из межклеточного пространства, делая роговой слой более проницаемым даже для заряженных молекул – аминокислот и пептидов.
Удаление рогового слоя
Поскольку роговой слой является основным барьером, то вполне логично предположить, что его удаление (даже неполное) откроет доступ косметическим компонентам вглубь кожи. С этой целью в косметических салонах проводят химические и физические пилинги, микродермабразию.
Инструментальные методы
Наиболее популярный физический метод для улучшения пенетрации аминокислот и пептидов, часто используемый в косметологической практике, – это ионофорез. Ионофорез заключается в электрическом введении заряженных молекул в кожу с помощью слабого гальванического тока (примерно 0,5 мА/см²) при наложении активного электрода на поверхность кожи.
Еще один инструментальный метод – использование ультразвука (фонофорез или сонофорез) – пришел в косметологию из физиотерапии. Ультразвуковая волна может нарушить организацию липидов рогового слоя путем акустической кавитации, в результате чего увеличивается расстояние между липидными слоями, доля водной фазы возрастает и, следовательно, улучшается диффузия водорастворимых компонентов по межклеточным промежуткам. Популярность фонофореза стремительно растет. Некоторые исследователи предлагают сочетанный способ введения аминокислот и пептидов в кожу с одновременным использованием ионофореза и фонофореза.
Заключение
Итак, без “посторонней помощи” аминокислоты и пептиды через роговой слой не пройдут. Так что ответ на вопрос, возможна ли трансэпидермальная доставка этих соединений, до недавнего времени был отрицательным. Сегодня у нас есть много способов заставить аминокислоты и пептиды все же пройти через роговой слой. Разработчики косметических препаратов и косметологи, знакомые с достижениями косметической науки и экспериментальной дерматологии, могут желаемое сделать действительным и “помочь” этим в общем-то очень полезным веществам реализовать себя во благо нашей красоте.
Статья печатается в сокращении. Полную версию можно прочитать в книге «Липидный барьер кожи и косметические средства»