生物技術在化妝品中的應用

高合意 鐘娜 陳正珍

(廣州棟方日化有限公司 廣東廣州 510800)

1 前言

生物技術最終目的是結(jié)合最新生物科學成就利用生物體或其組成部分,定向設計組建具有特定性狀的新物種、新品系,利用發(fā)酵和生化原理進行生物材料的生產(chǎn)和加工來滿足人類日常和生產(chǎn)需求[1,2]。近年來,隨著生物技術在分子生物學、醫(yī)藥等領域的快速發(fā)展,生物技術逐漸成為化妝品行業(yè)未來發(fā)展的方向之一。

2 生物技術在化妝品活性成分的篩選和生產(chǎn)中的應用

得益于生物發(fā)酵技術、植物組培技術、干細胞技術、核酸技術等在化妝品行業(yè)的高效應用,生物技術主要用于生產(chǎn)科技含量比較高的化妝品活性添加劑如蛋白質(zhì)及多功能多肽類、氨基酸類、脂質(zhì)類、酶類、多糖類、有機酸類、維生素類和植物活性成分類等生物制劑。

2.1 生物發(fā)酵技術在化妝品中的應用

與石油中提煉、合成的原料相比,來源于微生物發(fā)酵產(chǎn)物的化妝品原料具有高安全性和微生物分解性、用很少的能源就可以生產(chǎn),是一環(huán)保型的“可持續(xù)性原料”,而且這種原料還具有化學合成所無法完成的特殊結(jié)構(gòu),在功能上有其獨到之處。1985年日本資生堂利用生物發(fā)酵技術,對鏈霉菌進行突變處理篩選出了透明質(zhì)酸高產(chǎn)菌株,通過發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)透明質(zhì)酸。2012年日本佳麗寶闡明了來源于裸藻發(fā)酵產(chǎn)物的高分子保濕劑和微生物界面活性劑SFNa的物理特性,并將其成功應用于各種護膚品中[1-5]。

2.2 植物組培技術在化妝品中的應用

植物的次級代謝產(chǎn)物是化妝品原料的重要來源,但從天然植物資源特別是一些名貴稀有品種中提取有效成分存在資源消耗、環(huán)境影響和成本較高等諸多不利因素,因此植物組培技術是化妝品原料的“可持續(xù)發(fā)展”方法之一。紫草提取物在化妝品中用作收斂劑,其中紫草寧可用作生物色素。1983年日本三井石油化學公司采用兩步法培養(yǎng)紫草細胞,成功實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),并于次年利用紫草寧研制出了生物口紅[1,6-8]。

2.3 干細胞技術在化妝品中的應用

干細胞技術,是指通過對于干細胞進行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導、甚至基因修飾等過程,在體外繁育出全新的、正常的甚至更年輕的細胞、組織或器官,并最終通過細胞組織或器官的移植實現(xiàn)對臨床疾病的治療[9]。韓國成均館大學醫(yī)學院金垣錫教授領導的研究小組從脂肪細胞中培養(yǎng)干細胞,并發(fā)現(xiàn)該干細胞的提取物能夠促進皮膚細胞的生長。2011年韓國FCB Pharmicell公司以骨髓干細胞培養(yǎng)液為核心原料開發(fā)出了人體干細胞培養(yǎng)液化妝品,在試驗中發(fā)現(xiàn)注入該培養(yǎng)液的皮膚成纖維細胞中生成的膠原蛋白量是對照組的5倍以上[10]。

2.4 核酸技術在化妝品中的應用

核酸技術在化妝品上的應用主要包括:核酸分子在化妝品上的應用,主要是核酸分子及其衍生物作為活性添加物在化妝品中的應用;利用重組DNA技術制備具高生物活性的細胞因子;利用基因芯片技術篩選特定活性成分,并將之應用于化妝品中。

2.4.1 核酸分子在化妝品中的應用

核酸因其具有抗紫外、保濕、抗衰老等特性而作為一種功效性原料添加到化妝品中。制備核糖核酸及其衍生物的最常用方法是從天然物料中提取,酵母、青霉素菌等微生物因其具有核酸含量高、培養(yǎng)容易、適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)等特點而作為核酸物質(zhì)的常見原料。雅詩蘭黛的特潤修護露中含有核糖核酸鈉,核糖核酸鈉提供的核酸原料有助于受損或衰老細胞的修復[11-14]。

2.4.2 重組DNA技術在化妝品中的應用

細胞因子在人體內(nèi)含量極少,但生物活性極高,具有很多重要的生物學效應和生理功能,他們與皮膚細胞的生長、分裂、分化、增殖和遷移有關,可以有效地與皮膚細胞發(fā)生作用,發(fā)揮突出的美容護膚功效。目前比較常見的是表皮生長因子、酸性成纖維細胞生長因子、堿性成纖維細胞生長因子、角質(zhì)細胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子等細胞因子在化妝品中應用相對較廣[14-16]。

這類細胞因子主要都是短肽類物質(zhì),利用重組DNA技術,將編碼生長因子的基因片段導入到分泌型宿主中表達,結(jié)合發(fā)酵技術使生長因子大量表達,提取發(fā)酵產(chǎn)物并對其進行純化,可作為化妝品中的添加成分使用。小銀狐集團的美容護膚品系列是以表皮生長因子為主要成分,該因子可以促進細胞DNA、RNA、蛋白質(zhì)及細胞外大分子的生物合成,延緩肌膚衰老,促進各種損傷組織的修復和再生[17]。含表皮生長因子的化妝品能改善肌體細胞的內(nèi)在生成能力,而且輔以外部保養(yǎng),因此能防止和消除皮膚皺紋、褐斑、干裂、皮膚瘙癢,促進燒傷、燙傷患者肌膚愈合,正常人使用能使皮膚潔白、細嫩、富有彈性、控制老化[18-20]。

2.4.3 基因芯片技術在化妝品中的應用

人類基因組計劃的研究表明,由于不同個體存在著核苷酸多態(tài)性,化妝品的使用效果也會顯示個體差異。通過基因組學手段研究基因多態(tài)性對化妝品的影響,以便對不同的基因型個人“量身定做”化妝,從而充分發(fā)揮化妝品的功效,同時把不良反應減至最小?；蛐酒夹g用于化妝品開發(fā)的應用方向包括:功效成分作用靶點研究、功效成分的篩選以及高通量帥選平臺的建立、開發(fā)特定的化妝品[21]。目前玉蘭油公司已經(jīng)推出專業(yè)護膚系列OLAY Professional ProX,通過基因芯片技術尋找肌膚老化根源,確認老化肌膚是由于皮膚基因信號紊亂所引起,進而甄選出有效重整信號的Pal-KT和Hexamidine等關鍵成分,從最根源處逆轉(zhuǎn)老化進程[22]。

3 生物技術在化妝品的功效、安全評價中的應用

3.1 生物技術在化妝品功效評價中的應用

生物技術在化妝品功效評價上的應用主要包括美白功效評價、抗衰老功效評價、抗敏性功效評價和抗紅血絲功效評價。

黑素瘤細胞具有能夠多次傳代、生長快、培養(yǎng)條件相對較低等優(yōu)點,早期黑色素瘤細胞是篩選美白劑的首選細胞。20世紀70年代初, Eisinger采用人體正常黑色素細胞的體外培養(yǎng)技術來評價美白功效的方法得到了越來越廣泛的應用。Regnier等構(gòu)建表皮模型來研究黑色素生成機理,該模型中可以清楚地觀測到黑色素的產(chǎn)生及其向臨近角朊細胞的轉(zhuǎn)移[4,23,24]。清除自由基能力的測定和成纖維細胞體外增殖能力檢測室常見體外評價體系。Ander-Frei等評估抗衰老化妝品的活性成分時,采用了類似真皮和皮膚的模型來考察該產(chǎn)品對成纖維細胞和角朊細胞的激活程度。Kim和Won在人體真皮成纖維細胞培養(yǎng)液中添加一定量的果酸發(fā)現(xiàn)成纖維細胞有明顯的激活作用。Song等發(fā)現(xiàn)維生素A衍生物對膠原蛋白生成具促進作用[1,2,4,23,25]。

透明質(zhì)酸酶體外抑制實驗作為研究抗過敏作用的一個指標,此外一些檢測抗敏物質(zhì)效果的實驗方法如肥大細胞組胺釋放實驗、被動皮膚實驗、β-己糖胺酶抑制實驗、免疫細胞復活法以及血清中IgE抗體抑制實驗等都可用來對化妝品原料及產(chǎn)品的抗過敏功效進行評價。

血管內(nèi)皮生長因子在一些病理情況下會過量表達產(chǎn)生表觀可見的紅血絲,評價防治紅血絲效果的標準檢測方法一般通過測試血管內(nèi)皮因子抑制率、彈性硬蛋白酶活性抑制率、增加血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性、降低激肽酶的活性等實驗反映相關化妝品或添加劑的防治效果[1]。

3.2 生物技術在化妝品安全評價中的應用

Draize Test一直是評價化妝品刺激性的主要方法,在有色物質(zhì)和刺激性較小的物質(zhì)的刺激評價中其結(jié)果差異大,且隨著“3R”運動的興起,現(xiàn)代生物技術實驗開始替代傳統(tǒng)動物實驗,紅細胞溶血實驗表征試劑的刺激性[26-31];血紅蛋白變性試驗是替代眼刺激試驗的一種[26,27];雞胚尿囊膜絨毛膜實驗(HET-CAM)在實驗效能和實際應用上完全可以替代兔眼刺激性試驗方法[33];細胞毒性試驗主要分為特殊細胞毒性試驗和一般細胞毒性試驗兩種,前者用來自靶器官的原代培養(yǎng)細胞作為實驗模型來研究其特殊細胞功能,如已建立的兔眼角膜上皮細胞SIRC(established rabbit corneal cell)模型,SIRC細胞毒性試驗分為中性紅吸收法和結(jié)晶紫染色法;后者檢測細胞增殖、膜完整性和細胞形態(tài)學的變化,用非眼組織細胞,主要有HeLa-MTT法和BALB/c3T3法[26,32];。

單細胞凝膠電泳可用于表征試劑對細胞的毒害作用,通過該技術,可快速檢測細胞內(nèi)DNA損傷程度,廣泛用于細胞凋亡、毒理學、致癌機理等方面的研究[34,35]。

測試化妝品對痤瘡丙酸桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、白色念珠菌和表皮葡萄球菌六種菌種的殺菌作用,可以對化妝品的抗粉刺功效進行評價[1]。金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌是中國、日本、歐洲化妝品中不能含有的特定微生物(GB7918.1-5.87)[36-41]。

4 生物技術在我國化妝品行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及改進措施

隨著生物制劑生產(chǎn)加工技術和工藝的提高,已有許多具有不同確切功效的生物制劑化妝品相繼研發(fā)成功上市,但總體水平上我國生物技術及生物制劑在化妝品的應用方面仍明顯滯后。主要體現(xiàn)在生物制劑生產(chǎn)工藝、生物制劑的應用研究、生物制劑應用方面法規(guī)、生物制劑安全及功效評價第三方檢測機構(gòu)建設等的滯后上[2]。

生物制劑應用研究平臺、設施和專業(yè)人才,各種生物制劑成分分析和產(chǎn)品質(zhì)量標準的檢測手段、生物活性成分的功效評估方法的缺乏都制約了生物技術在化妝品行業(yè)中的利用?；瘖y品中生物制劑應用的相關法規(guī)也明顯滯后,導致生物制劑的添加無法可依,產(chǎn)品宣傳模糊其詞,不利于行業(yè)的正常發(fā)展。生物制劑安全及功效評價第三方檢測機構(gòu)建設滯后導致目前國內(nèi)化妝品功效及安全評價的結(jié)果國際市場認可度小[1-5]。

鑒于此, 建議國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)加大生物制劑研究開發(fā)力度,提高加工能力并積極與科研院所、第三方檢測機構(gòu)合作培養(yǎng)專業(yè)人才、建立和完善生物制劑研發(fā)平臺,縮小與國外同行的差距。同時也鼓勵企業(yè)積極參與行業(yè)標準制定過程和政府法規(guī)政策制定過程中,對化妝品現(xiàn)行法規(guī)進行修改和完善,促進行業(yè)的進一步發(fā)展。

5 展望

生物技術的發(fā)展對化妝品科學起到了極大的促進作用。生物科學的發(fā)展讓人們對某些生命現(xiàn)象如對皮膚的老化現(xiàn)象、色素形成過程、光毒性機理、飲食對皮膚的影響等有了科學的認識,使人們可以依據(jù)皮膚的內(nèi)在作用機制,通過適當?shù)捏w外模型有針對性地篩選原料、設計新型配方、改善或抑制某些不良過程;利用大腸桿菌、酵母菌、動植物細胞等來生產(chǎn)一些昂貴、高效的物質(zhì)作為化妝品的原料。同時以分子生物學為基礎的現(xiàn)代皮膚生理學、干細胞技術、核酸技術的發(fā)展必然會為化妝品行業(yè)帶來新的理念、新的技術、新的原料、新的服務模式,從而開啟化妝品行業(yè)新的時代。

6 致謝

該論文得到花都區(qū)“棟方綠色化妝品”工程技術研究開發(fā)中心項目(HD12GCYF04)、綠色化妝品生物防腐體系的研制與應用(HD13GY2008)、廣州市花都區(qū)專利技術實施計劃項目(14-HDZL-02)的資助,在此一并表示感謝。

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