Trend směrem k fyziologickým složkám – fosfatidylserin v péči o pleť

V současné době probíhají dva vývojové trendy v péči o pleť. Na jedné straně se ustupuje od přísad poškozujících pokožku a stále více se používají fyziologické složky, tj. látky, které jsou endogenní nebo se v těle metabolizují bez vedlejších účinků. Za druhé se věnuje zvláštní pozornost harmonizaci jednotlivých látek a celkového složení s kožním mikrobiomem. Fosfatidylserin - dlouho známá složka ze skupiny fosfolipidů - se v péči o pleť prosazuje a naplňuje oba směry vývoje.

Fosfolipidy

Fosfolipidy (obrázek 1) jsou základními složkami buněčných struktur živých organismů. Tvoří jak membrány rozprostírající se mezi buňkami, tak intracelulární matrici pro mnoho metabolických procesů.

Jejich zastoupení v těle dospělého člověka je následující:

• - Fosfatidylcholin (PC): 45-55 %
• - Fosfatidyletanolamin (PE): 15-25 %
• - Fosfatidylinositol (PI): 10-15 %
• - Fosfatidylserin (PS): 5-10 %
• - Kyselina fosfatidová (PA): 1-2 %.

Fosfatidylserin

Fosfatidylserin (PS) zaujímá zvláštní postavení. Jeho celkové množství v těle se pohybuje v průměru kolem 60 g. Přibližně polovina z tohoto množství se nachází pouze v centrální nervové soustavě. Studie naznačují, že při perorálním užívání se zvyšuje výkonnost paměti a učení [2, 3] - proto je fosfatidylserin nabízen také jako doplněk stravy. Vyšší koncentrace se nacházejí ve studenovodních rybách, jako jsou sledi a makrely [4].
Fosfatidylserin je součástí lecitinu, který je vedlejším produktem extrakce mastných olejů ze sóji, slunečnice a dalších olejnin. Extrakcí z lecitinu se získávají frakce obohacené o PS, např. produkty s obsahem fosfatidylserinu 50-70 %; zbytek tvoří jiné fosfolipidy. Fosfatidylserin ze sóji je klasifikován FDA jako GRAS (Generally Recognised As Safe).
Na rozdíl od fosfatidylcholinu, který je typickým stavebním prvkem liposomů a tekutých, biologicky odbouratelných nanodisperzí i lamelárních krémových struktur (z hydrogenovaného fosfatidylcholinu) [5], je fosfatidylserin záporně nabitý, tj. aniontový fosfolipid (obrázek 2). Ve vodném prostředí má v kombinaci s kladně nabitým oxoniovým iontem (H3O+) formálně vlastnosti kyseliny (obrázek 1).

Stejně jako u lecitinu s vysokým podílem aniontových fosfolipidů (PI, PS, PA) nelze z fosfatidylserinu - s výjimkou speciálních kompozic - vytvořit buněčné liposomy nebo lamelární struktury analogické fosfatidylcholinu [6,7].
Do tohoto obrazu zapadá chování fosfatidylserinu během programované buněčné smrti (apoptózy): V tomto případě fosfatidylserin migruje ze svého místa na vnitřní straně buněčné membrány na povrch buňky, kde slouží jako signál pro makrofágy, aby danou buňku rozpustily a strávily [8].

Serin

Všechny fosfolipidy obsahují esenciální mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (R1-COOH, R2-COOH), které jsou vázány na glycerol ve formě esterů (obrázek 1) [9]. Mezi nimi hrají v organismech důležitou roli kyselina linolová (omega-6, dvojnásobně nenasycená) a α-linolenová (omega-3, trojnásobně nenasycená) a jejich metabolity. Při perorálním příjmu z nich vznikají lokální hormony, jako jsou prostaglandiny, tromboxany, prostacykliny a leukotrieny, abychom jmenovali jen ty nejdůležitější.
Aminokyselina serin, která je rovněž vázána ve fosfatidylserinu, hraje ústřední roli při tvorbě bílkovinných struktur. Historicky je název serin spojován s výrobou hedvábí. Při zpracování surového hedvábí se odstraňuje tzv. sericin, v němž je serin hojně zastoupen.
Kromě výskytu v bílkovinách, jako je kolagen, se serin nachází také v katalyticky aktivním centru speciálních proteáz, tj. enzymů, které rozkládají bílkoviny. Mezi tyto serinové proteázy patří například trypsin (trávení) a trombin (srážení krve).

Zprostředkovatel

Fosfatidylserin na jedné straně aktivuje makrofágy, jak bylo popsáno, na druhé straně jsou při tomto procesu potlačeny poselské látky vyvolávající zánět, jako jsou cytokiny, a dochází k produkci TGF-ß (transformující růstový faktor) a prostaglandinu E2 [10]. Fosfatidylserin je také stále více přítomen na povrchu buněk vnějších poranění a aktivuje koagulaci a proces hojení. Protizánětlivý účinek lze prokázat in vivo pomocí edému tlapky potkana [11].

Vyhlazení pleti

Zatímco liposomy a nanodisperze na bázi fosfatidylcholinu spontánně splývají s lipidovými dvojvrstvami kožní bariéry, snižují teplotu jejího fázového přechodu a usnadňují tak průnik a případně i prostup přenášených účinných látek, vodné, biologicky odbouratelné nanodisperze s fosfatidylserinem přilnou k vnějšímu povrchu kůže. Podobně se fosfatidylserin chová i na umělé kůži [12].
Výroba stabilních disperzí PS je prakticky možná pouze v kombinaci s poměrně vysokou koncentrací fosfatidylcholinu. Vzniklá mléka se snadno roztírají jako voda a jsou vhodná zejména pro péči o erytematózní, ekzematickou a atopickou pokožku. Afinita fosfatidylserinu k povrchu korneocytů vede k dlouhodobému vyhlazení pokožky.

Podpora kožní bariéry

Kritická koncentrace tvorby micel (CMC), např. pro didekanoylfosfatidylserin, je 0,096 mM [13] a označuje fosfatidylserin za aniontový emulgátor. Po použití v krémech pro péči o pokožku mají aniontové emulgátory obvykle vymývací účinek, tj. při následném čištění pokožky jsou emulgátory reaktivovány vodou a využívají této příležitosti k transportu lipidů a bariérových látek z pokožky. Tento negativní účinek syntetických aniontových emulgátorů u fosfatidylserinu zcela chybí.
Stejně jako fosfatidylcholin tvoří esenciální mastné kyseliny fosfatidylserinu protizánětlivé metabolity tím, že jsou odštěpovány fosfolipázami A1 a A2 a v kůži oxidovány 15-lipoxygenázou (15-LOX). Složky kyseliny linolové fosfatidylserinu a fosfatidylcholinu také tvoří substrát pro ceramid I obsahující kyselinu linolovou (tzv. ceramid EOS), a tím podporují bariérovou funkci lipidových dvojvrstev, stabilizují transepidermální ztrátu vody (TEWL) na fyziologické úrovni a přispívají ke schopnosti rohové vrstvy zadržovat vlhkost. Celkově to vede k výraznému regeneračnímu účinku.

Emulze

Emulze olej ve vodě (O/W) se očekávají od aniontového emulgátoru. Geometrické uspořádání nosičů náboje v molekule fosfatidylserinu však vede k emulzím typu voda v oleji (W/O), které obecně zanechávají na pokožce bohatší pocit - ten je navíc umocněn výše zmíněnou povrchovou adhezí. Fosfatidylserinové emulze se však hůře stabilizují - pokud se chcete zcela vyhnout dalším přísadám ve fyziologickém složení. Z tohoto důvodu se v praxi častěji používají výše zmíněné biologicky odbouratelné nanodisperze, které obsahují fosfatidylserin a fosfatidylcholin spolu s lipidy a účinnými látkami. Vyznačují se malou velikostí částic a vysokým obsahem vody.

Oleogely

Alternativou vodných nanodisperzí jsou bezvodé oleogely, známé také jako lipogely. Fyziologické, biologicky odbouratelné oleogely jsou založeny na triglyceridech, voscích a strukturotvorných složkách, které se rovněž vyskytují v lipidových dvojvrstvách kožní bariéry - jako jsou mastné kyseliny s dlouhým řetězcem, cholesterol nebo jemu příbuzné fytosteroly (obsažené například v bambuckém másle) [14]. Aniontový charakter fosfatidylserinu přirozeně nehraje v oleogelech žádnou roli. Jsou možné kosmetické a/nebo farmaceutické kompozice, které lze přizpůsobit prakticky jakémukoli stavu pokožky nebo lékařské indikaci. Stejně jako u liposomů a nanodisperzí se fosfatidylcholin přidává jako látka zvyšující penetraci.

Díky absenci vodní fáze v oleogelech je mnoho kontraproduktivních složek, jako jsou konzervační látky, emulgátory (tzv. povrchově aktivní látky), komplexotvorné látky a alkoholy (rozpouštědla), zbytečných. Je v povaze fosfatidylserinu a fosfatidylcholinu do jisté míry stabilizovat polární a hydrofilní účinné látky - jako je močovina - v lipofilní matrici. Vyšších koncentrací lze dosáhnout mikronizovanými účinnými látkami, zejména ve farmaceutických přípravcích.
U oleogelů se povrchová koncentrace ve vodě rozpustných složek eliminuje při odpařování vody obsažené v emulzích na kůži. Je známo, že vzniklé hypertonické podmínky způsobují dočasné, ale neškodné podráždění (zarudnutí, pálení), zejména u O/W emulzí a citlivé pokožky. Rozhodující výhodou oleogelů pro lokální léčivé přípravky je vysoká fyzikální a chemická stabilita požadovaná pro léčivé přípravky při výrobě viskózních až polotuhých přípravků, včetně mastí a čípků. Vhodnými nosiči pro léčivé přípravky jsou také nanoolegely, což jsou tubulární struktury tvořené fosfatidylserinem a vápenatými ionty [15].

Kompatibilita mikrobiomu

Zatímco běžné oleogely vyrobené z parafínů jsou trvale okluzivní, oleogely obsahující triglyceridy a fosfolipidy jsou vysoce dočasně okluzivní. To má jednoduchý důvod. Stejně jako epidermis je i kožní mikrobiom ve své rozmanitosti vybaven zástupci všech tříd enzymů a je schopen mnoha biochemických reakcí: [16].

• Oxidoreduktázy provádějí oxidace a redukce.
• Transferázy přenášejí funkční skupiny z jedné látky na druhou. Mimo jiné se podílejí na odbourávání mastných kyselin β-oxidací.
• Hydrolasy rozkládají molekuly s vodou, např. triglyceridy na glycerol a kyseliny.
• Lyázy štěpí vazby nebo celé molekuly.
• Isomerázy mění sterickou strukturu molekul.
• Ligázy spojují dvě molekuly dohromady.

Enzymy umožňují rozklad i větších molekul. To platí i pro triglyceridy a nativní fosfatidylserin (> 800 daltonů). Vzhledem k tomu, že mikrobiom je přizpůsoben epidermis, lze použitím fyziologicky rozložitelných složek v přípravcích pro péči o pokožku a v mastech do značné míry zabránit kontraproduktivním poruchám - za předpokladu, že koncentrace jsou rovněž v tolerovatelném rozmezí. Například velmi vysoké koncentrace antioxidantů, jako je kyselina askorbová (vitamin C), bývají pro mikrobiom kontraproduktivní, protože brání oxidaci a tvorbě mastných kyselin, která je důležitá pro kyselý plášť.
Fosfatidylserin a oleogely z něj vyrobené splňují podmínky kompatibility s mikrobiomem, zatímco farmaceutické oleogely a základní krémy na bázi parafínů podporují růst populací anaerobních mikroorganismů díky svému dlouhodobému okluzivnímu účinku, což vede ke zvýšené náchylnosti k zánětům a recidivám například v případech periorální dermatitidy nebo rosacey.

Aplikace

Oleogely by se měly používat šetrně, protože koncentrace lipidů je přibližně 3-4krát vyšší než v nejčastěji používaných O/W emulzích, což je skutečnost, kterou uživatelé při každodenní péči o pleť obvykle neznají. Fosfatidylserinové oleogely jsou díky výše popsanému vyhlazujícímu účinku na pokožku vhodné i pro masáže. Pokud jde o další rozmanité vlastnosti fosfatidylserinu, které zde nejsou uvedeny, je třeba na tomto místě odkázat na přehled v disertační práci z univerzity v Halle. [17]

Závěr

Stejně jako v potravinářském odvětví i v péči o pleť existují různé trendy, které kladou důraz na původ jednotlivých složek. Pozitivní pojmy jako přírodní kosmetika, organická kosmetika a biologická odbouratelnost na jedné straně a syntetické ("chemické") složky na straně druhé hrají svou roli. Kromě toho, že reklama je často nekorektní a zdůrazňuje zejména ten či onen aspekt, například přídatné látky používané ve výrobcích se téměř vůbec nezmiňují a je známo, že příroda, stejně jako chemický průmysl, obsahuje mnoho látek, které mají alergický nebo dráždivý účinek, se tyto termíny míjejí s podstatou péče o pleť.
Pro udržitelnou péči o pleť je důležité, aby jejím používáním bylo dosaženo dobrého stavu pleti, ale aby nedocházelo k dlouhodobým vedlejším účinkům. Původ použitých látek není důležitý. Nejdůležitějším kritériem je fyziologická kompatibilita, tj. aby složky jako celek bez problémů zapadaly do biochemických vztahů pokožky a mikrobiomu. Fosfatidylserin je složka, která tyto požadavky splňuje.

Termíny a zkratky

Atopická kůže– Citlivá pleť, která opakovaně reaguje na různé endogenní a exogenní faktory zarudnutím, šupinatěním, svěděním nebo zánětem – často označované jako synonymum neurodermatitida nebo atopický ekzém.
Ceramidy – jsou různorodou rodinou amidů, které jsou výsledkem acylace aminoalkoholu sfingosinu s dlouhými, částečně funkcionalizovanými mastnými kyselinami. Ceramid I tvoří spolu s cholesterolem a mastnými kyselinami s dlouhým řetězcem, jako je kyselina palmitová, lipidové dvojvrstvy kožní bariéry.
CMC – CMC udává koncentraci látky ve vodě, nad kterou se tvoří aglomeráty ve formě micel. Vzhledem k symetrickému uspořádání rozložení náboje mají obvykle kulový tvar. Pokud to náboje a geometrie molekul dovolí, mohou se tvořit i liposomy a lamelární struktury, jako u fosfatidylcholinu.
Ekzém – Zánětlivá kožní reakce, obvykle vyvolaná vnějšími (pracovními) látkami s alergenním nebo dráždivým účinkem. Často chronické, například v důsledku opakovaného kontaktu s vodnými médii, která obsahují malé množství detergentů (prostředek na mytí nádobí) a trvale poškozují kožní bariéru.
Erytém – kožní podráždění různého původu, které způsobuje zarudnutí kůže. Příklad: Sluneční erytém
Pomocné látky poškozující pokožku – Emulgátory, konzistenční látky, konzervační látky, antioxidanty, komplexotvorné látky, vůně, barviva a pigmenty slouží jako pomocné látky v produktech péče o pleť. Konzervační látky a mnohé vonné složky se vyznačují alergenními nebo dráždivými vlastnostmi. Nebiologicky odbouratelné emulgátory typu olej ve vodě (W/O) způsobují vyplavování látek z kožní bariéry během čištění pleti. Antioxidanty a komplexotvorné látky ovlivňují oxidoreduktázy dermálního mikrobiomu a epidermis.
Korneocyty – je název pro rohovinové buňky umístěné na povrchu kůže. Jsou součástí vnější kožní bariéry (stratum corneum).
Lecitin – surový olej získaný extrakcí olejnatých semen obsahuje fosfolipidy, glykolipidy, steroly, volné mastné kyseliny a sacharidy, které se oddělují a suší jako vodnatý kal (surový lecitin), který také obsahuje triglyceridy. Čistý lecitin se získává ze surového lecitinu ve formě hnědožlutých granulí odolejováním a dalšími čistícími procesy. Naprostá většina lecitinu pochází z výroby sójového oleje a dále se zpracovává jako potravinářský emulgátor. Malé množství se získává z kuřecích vajec (vaječný lecitin); Fosfolipidy vaječného lecitinu se liší od rostlinných fosfolipidů z hlediska obsahu mastných kyselin na glycerolu.
Liposomy– jsou fyzikálně a chemicky podobné buňkám živých organismů svou velikostí a stavbou jejich dvouvrstvých membrán (dvojvrstev).
Okluzivita – okluzivní přípravky péče o pleť nebo topické léky vytvářejí na kůži povrchový film, který je nepropustný pro vodní páru a kyslík a má vlastnosti srovnatelné s lékařskou lepicí páskou (náplastí).
Edém krysí tlapky – Jedná se o in vivo test, při kterém je zánět vyprovokován injekcí karagenanu nebo jiných látek do krysí tlapky [18].
TEWL – transepidermální ztráta vody.

Souhrn

Dostupnost, účinek a snášenlivost složek kosmetických přípravků a lokálních farmaceutických přípravků odráží spolupráci epidermis a mikrobiomu kůže. Fyziologické složky ve vhodných dávkách proto nabízejí nejlepší předpoklad pro (dlouhodobé) aplikace bez vedlejších účinků.
Přípravky pro péči o pokožku obsahující vodu, včetně emulzí typu olej ve vodě (O/W) a voda v oleji (W/O), vyžadují pomocné látky, které zajišťují mikrobiologickou, fyzikální a chemickou stabilitu přípravků. Pomocné látky zatěžují jak pokožku, tak mikrobiom.
Bezvodé oleogely vyrobené z fyziologicky kompatibilních a biologicky odbouratelných složek se do značné míry obejdou bez pomocných látek. Fosfatidylserin, fyziologická složka rostlinných a lidských buněčných membrán, je vhodný pro kosmetickou péči o pokožku kompatibilní s mikrobiomy a indikacemi.

Literatura

[1] P. van Hoogevest, Phospholipids – Properties, manufacturing and use, 5^th International Symposium on Phospholipids in Pharmaceutical Research, Heidelberg 2017.
[2] H-Y. Kim, B. X. Huang und A. A. Spector, Phosphatidylserine in the Brain: Metabolism and Function, Progress in Lipid Research 2014, 56, 1-18. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4258547/, abgerufen am 6.7.2023.
[3] H. Dannert, Einfluss von Phosphatidylserin auf den durch Glycolipidtransferprotein katalysierten Gluco- und Galactocerebrosidtransfer zwischen Liposomen, Dissertation Eberhard-Karls-Universität Tübingen 2005, S. 11-14. https://bibliographie.uni-tuebingen.de/xmlui/bitstream/handle/10900/44743/pdf/Doktorarbeit_Hans_8112005_Druckversion.pdf?sequence=1, abgerufen am 6.7.2023.
[4] S. W. Souci, E. Fachmann und H. Kraut, Food Composition and Nutrition Tables, Medpharm Scientific Publishers Stuttgart 2008.
[5] H. Lautenschläger, Cosmeceuticals – Phospholipide, medical Beauty Forum 2018, 2, 14-18.
[6] M. Babincová und E. Machová, Dextran Enhances Calcium-Induced Aggregation of Phosphatidylserine Liposomes: Possible Implications for Exocytosis, Physiol. Res. 1999, 48, 319-321.
[7] F. Miere et al., Preparation and Characterization of Two Different Liposomal Formulations with Bioactive Natural Extract for Multiple Applications, Processes 2021, 9, 432 (https://doi.org/10.3390/pr9030432).
[8] R. B. Birge et al., Phosphatidylserine is a global immunosuppressive signal in efferocytosis, infectious disease, and cancer, Cell Death and Differentation 2016, 23, 962-978.
[9] Aus Soja isoliertes Phosphatidylserin enthält ca. 60% mehrfach ungesättigte Fettsäuren, etwa 20% einfach- und ungefähr 20% gesättigte Fettsäuren (Datenblatt PS P 70 vom 17.8.2015, Lipoid GmbH, Frigenstr. 4, D-67065 Ludwigshafen).
[10] P. M. Henson und D. L. Bratton, Antiinflammatory effects of apoptotic cells, The Journal of Clinical Investigation 2013, 123, 2773-2774.
[11] K. Mäder, M. Klein, S. Mauch, G. Ramos, U. Hofmann und A. Meister, Phosphatidylserine enriched phospholipids as anti-inflammatory agents, 5^th International Symposium on Phospholipids in Pharmaceutical Research, Heidelberg 2017.
[12] S Zellmer, D. Reissig und J. Lasch, Reconstructed human skin as model for liposome-skin interaction, J Control Release 1998, 55, 271-279.
[13] Reproduzierbare CMC-Werte sind nur von synthetischen Phosphatidylserinen verfügbar. Das aus Lecithin gewonnene native Phosphatidylserin variiert hinsichtlich der Fettsäurebesetzung und enthält gegebenenfalls noch Beimengungen anderer Phospholipide. Der Wert des Didecanoylphosphatidylserins stammt von Avanti polar Lipids, https://avantilipids.com/tech-support/physical-properties/cmcs, abgerufen: 8.12.2022.
[14] H. Lautenschläger, Vorteile von Produkten ohne Wasser und Hilfsstoffe, Kosmetik International 2017, 6, 56-58.
[15] A. Lipa-Castro, F. X. Legrand und G. Barratt, Cochleate Drug Delivery systems: An Approach to their Characterisation. International Journal of Pharmaceutics 2021, 610, 121225 (https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.121225).
[16] H. Lautenschläger, Kooperation ist alles – Kosmetika und Hautmikrobiom, Medical by Beauty Forum 2022, 6, 8-11.
[17] M. E. Klein, Phosphatidylserin- (PS) und Phosphatidylglycerol- (PG) angereicherte nanoskalige Formulierungen als antiinflammatorische Agentien: Herstellung und umfassende Charakterisierung. Dissertation Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg 8.4.2021.
[18] N. Shejawal, S. Menon und S. Shailajan, A simple, sensitive and accurate method for rat paw volume measurement and its expediency in preclinical animal studies, Human & Experimental Toxicology 2014, 33 (2), 123-129.

*) Publikováno v: Copyright © 2023 Wiley-VCH GmbH: Hans Lautenschläger, Trend towards physiological ingredients - Phosphatidylserine in skin care, Chemie in unserer Zeit 2024, 58 (2), 93-97. Reprodukováno se svolením. Konečná verze: https://doi.org/10.1002/ciuz.202300005; první zveřejnění: 11. srpna 2023.

Dr Hans Lautenschlager

https://dermaviduals.de/deutsch/publikationen/spezielle-wirkstoffe/trend-zu-physiologischen-inhaltsstoffen-phosphatidylserin-in-der-hautpflege.html