Пути проникновения веществ через роговой слой и их функционирование понимаются все лучше. Однако, несмотря на этот прогресс, понимание механизмов пенетрации косметических средств остается загадкой. В этом обзоре представлено текущее состояние знания о различных способах пенетрации, предполагающее оптимальное воздействие формул, даже если они не проникают глубже поверхности.
Пенетрация ингридиентов является темой нескончаемых дебатов в области разработки косметических средств. Как производителям удается обеспечить максимальное проникновение? Каково оптимальное проникновение? Как могут вода, липофильные молекулы, липосомы или наночастицы проникнуть через роговой слой и достигнуть эпидермиса? В этой статье представлен несколько другой подход к вопросу о пенетрации, в котором уделяется внимание самому роговому слою, на который и наносятся средства. Также исследуется способность молекул проникать через этот внешний барьер. Показано, что даже если они не проходят глубже, они играют существенную роль в оздоровлении и омоложении кожи, например окклюзионные увлажняющие композиции.
Роговой слой
Для того, чтобы понять динамику пенетрации, необходимо вспомнить основы биологии. Роговой слой – внешний слой кожи, состоящий из двух ярко выраженных структур: корнеоцитов и межклеточного липидного матрикса. Корнеоциты – это видоизмененные кератиноциты, т.е. клетки без внутриклеточных органелл, таких как ядра и митохондрии. Эти клетки поддерживают роговой слой и являются барьером против воздействий окружающей среды. Корнеодесмосомы связывают корнеоциты между собой так же, как десмосомы связывают кератиноциты в эпидермисе. Важные белки корнеодесмосом – десмоколлин и десмоглеин.
Межклеточный липидный матрикс находится между кератиноцитами и состоит из церамид, жирных кислот, холестерола и производных глюкозилцерамида. Эти липиды синтезируются кератиноцитами в верхней части зернистого слоя. Ковалентные связи между церамидами межклеточного матрикса и структурные протеины мембран корнеоцитов образуют густую сеть.
Вспомнив, что из себя представляет роговой слой, можно вернуться к нашему вопросу: как молекулы различных размеров и форм, обладающие разными физико-химическими свойствами проникают через него?
Пенетрация
Пенетрация вещества в кожу зависит от множества параметров, которые могут влиять друг на друга, включая биологические факторы, такие как состояние кожи и возраст, место нанесения и увлажненность кожи. Также имеют значение и физико-химические факторы, относящиеся к самому веществу, включая размер молекул и их совместимость с поверхностью кожи. Молекулы могут проникать в кожу посредством нескольких вариантов пассивной диффузии: интерцеллюлярный, трансцеллюлярный, межфолликулярной и через поры.
Таким способом могут проникать только маленькие молекулы, чей молекулярный вес ниже 500 Da. Транспортное вещество, несущее активные ингридиенты, также может способствовать их прохождению через роговой слой. Транспортные вещества могут вступать в различные взаимодействия с липидами и протеинами рогового слоя, изменяя его проницаемость и улучшая доставку веществ в кожу.
Межклеточная диффузия позволяет веществу проникать извилистым путем между корнеоцитами сквозь межклеточные липиды. Расстояния между межклеточными липидами составляют от 6 до 13 nm. Большинство липофильных и гидрофильных молекул проникает в роговой слой именно этим путем. Большинство энхансеров, таких как диметилсульфоксил, гликоли, ПАВы, воздействуют на межклеточные липидные бислои путем уменьшения диффузного барьера.
С другой стороны, трансцеллюлярный способ прохождения веществ осуществляется через корнеодесмосомы, которые создают связи между клетками и становятся достаточно амфифильными, чтобы обеспечить транспорт молекул. Молекулы, которые могут интегрироваться в фосфолипидный слой мембраны корнеоцитов, могут также проникать внутрь клеток, и проходить через них. Такое проникновение веществ происходит медленно, однако, это не так значимо в свете важности задействованных слоев.
Межфолликулярная пенетрация осуществляется посредством волосяных фолликулов, которые составляют 1-2% от поверхности кожи. Поскольку пилосебационные фолликулы расположены в глубоких инвагинациях эпидермиса, они способны проводить вещества в ретикулярную дерму. Волосяные фолликулы не имеют плотного рогового слоя, что облегчает пенетрацию на этом уровне. Этим способом в кожу проникают крупные нерастворимые молекулы (например парабены). Более того, пилосебационные фолликулы очищают выделяющиеся наружу липофильные субстанции и себум и препятствуют проникновению веществ извне.
Наконец, способ полярного проникновения осуществляется через участки водной среды, окруженные полярными липидами, которые создают стенки микроканалов. Эти поры находятся между клетками и окружены полярными липидами, нарушающими последовательность организации липидов. По своей природе это гидрофильные участки, так что такие вещества как сахароза проникают в эпидермис именно этим способом.
Пенетрация воды
Роговой слой практически непроницаем для воды, за исключением того небольшого количества жидкости, которое доставляется в него из эпидермиса. Эта жидкость увлажняет внешние слои кожи, помогает ей оставаться пластичной и участвует в ферментативных реакциях и корнеодесмолизе. Прохождение воды из тела через кожу наружу в окружающую среду называется трансэпидермальная потеря влаги (ТЭПВ). На ТЭПВ влияет концентрация воды в эпидермисе, относительная влажность, диффузивность рогового слоя и его толщина. Способность кожи удерживать влагу зависит от организации корнеоцитов, состава и структуры межклеточных липидов и присутствия натуральных увлажняющих факторов (НУФ). НУФ состоит из водорастворимых компонентов, которые притягивают влагу из атмосферы. Обычно это аминокислоты или другие вещества, которые удерживают влагу и увлажняют роговой слой. НУФ образуются при эпидермальной дифференциации и составляют 10% от массы всех корнеоцитов.
Пенетрация липофильных молекул
Липофильные молекулы с низколмолекулярной массой проникают в роговой слой в основном через межклеточное пространство (т.е. между корнеоцитами, сквозь межклеточные липиды). Эти липиды обеспечивают эпидермальную дифференциацию. Они состоят из свободных и эстерифицированных стеролов, свободных жирных кислот, триглицеридов и сфинголипидов, организованных в бислои, связыващих липофильные и гидрофильные участки. Чем выше концентрация кожных липидов в бислоях, тем меньше скорость пенетрации гидрофильных молекул. Эта пенетрация усиливается путем увеличения текучести кожных липидов.
Пенетрация липосом
Липосомы - липидные везикулы, которые могут быть носителями гидрофильных компонентов, растворяющихся в водных средах и липофильных структур, растворяющихся в липидных мембранах. Эти коллоидные частицы формируются в виде концентрических бимолекулярных слоев фосфолипидов. Холестерол может улучшать бислойные характеристики липосом путем увеличения вязкости бислоев, уменьшения проницаемости мембраны для водорастворимых молекул, а также путем стабилизации мембраны и увеличения упругости везикулы. Липосомы могут способствовать улучшению прохождения веществ в кожу.
Существует пять механизмов проникновения липосом в роговой слой. Во-первых, липосомы могут проникать в кожу сами собой, при этом высвобождая активные компоненты. Также они могут абсорбироваться и встраиваться в поверхность кожи, изменяя структуру межклеточного пространства в глубине рогового слоя. В свою очередь это увеличивает проницаемость рогового слоя и способствует пенетрации инкапсулированных молекул.
Липосомы могут распределяться по поверхности рогового слоя, в таком случае инкапсулированные молекулы напрямую переходят из липосом к коже. Везикулы могут встраиваться в липидный матрикс рогового слоя, способствуя распределению молекул в коже.
Кроме того, липосомы могут проникать в кожу в неизменной форме. И хотя сейчас считается, что обыкновенные липосомы не проникают напрямую в кожу, данный механизм пенетрации был описан Cevc и ко. применительно к деформируемым липосомам, также известным как трансферсомы. Благодаря присутствию ПАВа в бислое этих везикул, они проявляют свойства, позволяющие им деформироваться и проходить через клетки рогового слоя в эпидермис. Такая пенетрация осуществляется благодаря наличию естественного трансэпидермального водного градиента, который создается гидрофильностью фосфолипидов. Липосомы движутся в более глубокие и более увлажненные слои кожи от более сухих, следуя градиенту увлажненности. И, наконец, липосомы проникают в кожу через такие образования, как волосяные фолликулы.
Пенетрация наночастиц
Пенетрация наночастиц осуществляется двумя путями: межклеточным и внутриклеточным. Наночастицы проникают через волосяные фолликулы быстрее, чем иными способами. Было подтверждено, что микрочастицы с оптимальным размером 1,5 микрона проникали через волосяные фолликулы на 55%. Хотя данный способ проникновения играет ключевую роль в изучении пенетрации наночастиц, пока остается неясным, проникают ли эти частицы внутрь самих волосяных фолликул или остаются в их поверхностном слое.
Умные капсулы
Умные «нацеливающиеся» капсулы отличаются содержанием в них фибробластов, меланоцитов и адипоцитов, необходимых для доставки антивозрастных, отбеливающих или антицеллюлитных активов прямиком к специфическим клеткам. Матрикс капсулы состоит из полимолочной-со-гликолевой кислоты (ПМГК), а оболочка из поливинилового спирта с добавлением пантотенового пептида. Лиганд ковалентно соединен с поверхностью капсулы. Эти лиганды, состоящие в основном из пептидов, «узнаются» рецепторами на поверхности клеток- мишеней, которые затем связывают частицы путем эндоцитоза (проникновения). Эти частицы проходят эндосомную область (мембрану), затем распадаются и таким образом доставляют активы к цитоплазме. Круз предположил, что капсулы из ПМГК, используемые в качестве умных «нацеливающихся» капсул усиливают действие инкапсулированных активных ингредиентов за счет концентрации последних только в тех местах, где они могут проявить свою биологическую активность. Это представляет интерес в производстве ухаживающих средств с антивозрастным, отбеливающим или антицеллюлитным эффектом.
Влияние транспортного вещества
Кожная абсорбция может быть усилена транспортным веществом формулы, поскольку доставка активов осуществляется благодаря взаимодействиям носителя и кожи. В частности, транспортное вещество изменяеться после нанесения и в процессе пенетрации. Составляющие компоненты кожи, такие как межклеточные липиды, могут идти в составе веществ типа пропилен гликоля, усиливающего впитывание, который испаряется после контакта с кожей. Вещества-носители могут варьироваться и оптимизироваться от случая к случаю, но для создания комплексной формулы производитель должен учесть все эти варианты.
Пенетрация vs защита
До сих пор до конца не установлено, что компоненты косметических формул действительно проникают in vivo. В то время как многие исследователи делают вывод, что это свидетельствует о низкой эффективности средств, однако, если мыслить логически, отсутствие пенетрации активных ингридиентов не является отрицательной характеристикой. Действительно, эти ингридиенты способны защищать роговой слой от влияния окружающей среды и от повреждений, важно учитывать это при составлении формулы.
Несмотря на то, что роговой слой составляет только 10% от всей кожи, он обеспечивает до 80% защитной функции кожного покрова. Поэтому защита рогового слоя исключительно важна. Например, антиоксиданты в косметических средствах способствуют регенерации рогового слоя, который в свою очередь обеспечивает регенерацию и защиту эпидермиса и дермы от вредного УФ-излучения и токсинов окружающей среды.
Выводы
В настоящее время становятся более понятны отдельные процессы пенетрации воды, липофильных молекул, липосом и наночастиц, а также функционирование различных транспортных путей. Несмотря на эти успехи, механизмы пенетрации косметических компонентов требуют дальнейших исследований. В этом обзоре представлено актуальное знание о различных путях пенетрации веществ через роговой слой. Также высказывается предположение, что несмотря на то, что компоненты не проникают глубже, их воздействие все равно может быть благоприятным. В самом деле, роговой слой выполняет барьерную функцию кожи, и должен защищаться от воздействий окружающей среды. Регенерируя и защищая роговой слой, активные ингридиенты также защищают эпидермис и дерму.
Чтобы больше узнать о системах доставки, рекомендую к прочтению:
1. СИСТЕМЫ ПЕРЕНОСЧИКОВ В СОВРЕМЕННЫХ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
2. Трансдермальная доставка активов. Энхансеры в косметике.
Перевод для Vitazone Elf, редактирование - Agomeda
Пенетрация ингридиентов является темой нескончаемых дебатов в области разработки косметических средств. Как производителям удается обеспечить максимальное проникновение? Каково оптимальное проникновение? Как могут вода, липофильные молекулы, липосомы или наночастицы проникнуть через роговой слой и достигнуть эпидермиса? В этой статье представлен несколько другой подход к вопросу о пенетрации, в котором уделяется внимание самому роговому слою, на который и наносятся средства. Также исследуется способность молекул проникать через этот внешний барьер. Показано, что даже если они не проходят глубже, они играют существенную роль в оздоровлении и омоложении кожи, например окклюзионные увлажняющие композиции.
Роговой слой
Для того, чтобы понять динамику пенетрации, необходимо вспомнить основы биологии. Роговой слой – внешний слой кожи, состоящий из двух ярко выраженных структур: корнеоцитов и межклеточного липидного матрикса. Корнеоциты – это видоизмененные кератиноциты, т.е. клетки без внутриклеточных органелл, таких как ядра и митохондрии. Эти клетки поддерживают роговой слой и являются барьером против воздействий окружающей среды. Корнеодесмосомы связывают корнеоциты между собой так же, как десмосомы связывают кератиноциты в эпидермисе. Важные белки корнеодесмосом – десмоколлин и десмоглеин.
Межклеточный липидный матрикс находится между кератиноцитами и состоит из церамид, жирных кислот, холестерола и производных глюкозилцерамида. Эти липиды синтезируются кератиноцитами в верхней части зернистого слоя. Ковалентные связи между церамидами межклеточного матрикса и структурные протеины мембран корнеоцитов образуют густую сеть.
Вспомнив, что из себя представляет роговой слой, можно вернуться к нашему вопросу: как молекулы различных размеров и форм, обладающие разными физико-химическими свойствами проникают через него?
Пенетрация
Пенетрация вещества в кожу зависит от множества параметров, которые могут влиять друг на друга, включая биологические факторы, такие как состояние кожи и возраст, место нанесения и увлажненность кожи. Также имеют значение и физико-химические факторы, относящиеся к самому веществу, включая размер молекул и их совместимость с поверхностью кожи. Молекулы могут проникать в кожу посредством нескольких вариантов пассивной диффузии: интерцеллюлярный, трансцеллюлярный, межфолликулярной и через поры.
Таким способом могут проникать только маленькие молекулы, чей молекулярный вес ниже 500 Da. Транспортное вещество, несущее активные ингридиенты, также может способствовать их прохождению через роговой слой. Транспортные вещества могут вступать в различные взаимодействия с липидами и протеинами рогового слоя, изменяя его проницаемость и улучшая доставку веществ в кожу.
Межклеточная диффузия позволяет веществу проникать извилистым путем между корнеоцитами сквозь межклеточные липиды. Расстояния между межклеточными липидами составляют от 6 до 13 nm. Большинство липофильных и гидрофильных молекул проникает в роговой слой именно этим путем. Большинство энхансеров, таких как диметилсульфоксил, гликоли, ПАВы, воздействуют на межклеточные липидные бислои путем уменьшения диффузного барьера.
С другой стороны, трансцеллюлярный способ прохождения веществ осуществляется через корнеодесмосомы, которые создают связи между клетками и становятся достаточно амфифильными, чтобы обеспечить транспорт молекул. Молекулы, которые могут интегрироваться в фосфолипидный слой мембраны корнеоцитов, могут также проникать внутрь клеток, и проходить через них. Такое проникновение веществ происходит медленно, однако, это не так значимо в свете важности задействованных слоев.
Межфолликулярная пенетрация осуществляется посредством волосяных фолликулов, которые составляют 1-2% от поверхности кожи. Поскольку пилосебационные фолликулы расположены в глубоких инвагинациях эпидермиса, они способны проводить вещества в ретикулярную дерму. Волосяные фолликулы не имеют плотного рогового слоя, что облегчает пенетрацию на этом уровне. Этим способом в кожу проникают крупные нерастворимые молекулы (например парабены). Более того, пилосебационные фолликулы очищают выделяющиеся наружу липофильные субстанции и себум и препятствуют проникновению веществ извне.
Наконец, способ полярного проникновения осуществляется через участки водной среды, окруженные полярными липидами, которые создают стенки микроканалов. Эти поры находятся между клетками и окружены полярными липидами, нарушающими последовательность организации липидов. По своей природе это гидрофильные участки, так что такие вещества как сахароза проникают в эпидермис именно этим способом.
Пенетрация воды
Роговой слой практически непроницаем для воды, за исключением того небольшого количества жидкости, которое доставляется в него из эпидермиса. Эта жидкость увлажняет внешние слои кожи, помогает ей оставаться пластичной и участвует в ферментативных реакциях и корнеодесмолизе. Прохождение воды из тела через кожу наружу в окружающую среду называется трансэпидермальная потеря влаги (ТЭПВ). На ТЭПВ влияет концентрация воды в эпидермисе, относительная влажность, диффузивность рогового слоя и его толщина. Способность кожи удерживать влагу зависит от организации корнеоцитов, состава и структуры межклеточных липидов и присутствия натуральных увлажняющих факторов (НУФ). НУФ состоит из водорастворимых компонентов, которые притягивают влагу из атмосферы. Обычно это аминокислоты или другие вещества, которые удерживают влагу и увлажняют роговой слой. НУФ образуются при эпидермальной дифференциации и составляют 10% от массы всех корнеоцитов.
Пенетрация липофильных молекул
Липофильные молекулы с низколмолекулярной массой проникают в роговой слой в основном через межклеточное пространство (т.е. между корнеоцитами, сквозь межклеточные липиды). Эти липиды обеспечивают эпидермальную дифференциацию. Они состоят из свободных и эстерифицированных стеролов, свободных жирных кислот, триглицеридов и сфинголипидов, организованных в бислои, связыващих липофильные и гидрофильные участки. Чем выше концентрация кожных липидов в бислоях, тем меньше скорость пенетрации гидрофильных молекул. Эта пенетрация усиливается путем увеличения текучести кожных липидов.
Пенетрация липосом
Липосомы - липидные везикулы, которые могут быть носителями гидрофильных компонентов, растворяющихся в водных средах и липофильных структур, растворяющихся в липидных мембранах. Эти коллоидные частицы формируются в виде концентрических бимолекулярных слоев фосфолипидов. Холестерол может улучшать бислойные характеристики липосом путем увеличения вязкости бислоев, уменьшения проницаемости мембраны для водорастворимых молекул, а также путем стабилизации мембраны и увеличения упругости везикулы. Липосомы могут способствовать улучшению прохождения веществ в кожу.
Существует пять механизмов проникновения липосом в роговой слой. Во-первых, липосомы могут проникать в кожу сами собой, при этом высвобождая активные компоненты. Также они могут абсорбироваться и встраиваться в поверхность кожи, изменяя структуру межклеточного пространства в глубине рогового слоя. В свою очередь это увеличивает проницаемость рогового слоя и способствует пенетрации инкапсулированных молекул.
Липосомы могут распределяться по поверхности рогового слоя, в таком случае инкапсулированные молекулы напрямую переходят из липосом к коже. Везикулы могут встраиваться в липидный матрикс рогового слоя, способствуя распределению молекул в коже.
Кроме того, липосомы могут проникать в кожу в неизменной форме. И хотя сейчас считается, что обыкновенные липосомы не проникают напрямую в кожу, данный механизм пенетрации был описан Cevc и ко. применительно к деформируемым липосомам, также известным как трансферсомы. Благодаря присутствию ПАВа в бислое этих везикул, они проявляют свойства, позволяющие им деформироваться и проходить через клетки рогового слоя в эпидермис. Такая пенетрация осуществляется благодаря наличию естественного трансэпидермального водного градиента, который создается гидрофильностью фосфолипидов. Липосомы движутся в более глубокие и более увлажненные слои кожи от более сухих, следуя градиенту увлажненности. И, наконец, липосомы проникают в кожу через такие образования, как волосяные фолликулы.
Пенетрация наночастиц
Пенетрация наночастиц осуществляется двумя путями: межклеточным и внутриклеточным. Наночастицы проникают через волосяные фолликулы быстрее, чем иными способами. Было подтверждено, что микрочастицы с оптимальным размером 1,5 микрона проникали через волосяные фолликулы на 55%. Хотя данный способ проникновения играет ключевую роль в изучении пенетрации наночастиц, пока остается неясным, проникают ли эти частицы внутрь самих волосяных фолликул или остаются в их поверхностном слое.
Умные капсулы
Умные «нацеливающиеся» капсулы отличаются содержанием в них фибробластов, меланоцитов и адипоцитов, необходимых для доставки антивозрастных, отбеливающих или антицеллюлитных активов прямиком к специфическим клеткам. Матрикс капсулы состоит из полимолочной-со-гликолевой кислоты (ПМГК), а оболочка из поливинилового спирта с добавлением пантотенового пептида. Лиганд ковалентно соединен с поверхностью капсулы. Эти лиганды, состоящие в основном из пептидов, «узнаются» рецепторами на поверхности клеток- мишеней, которые затем связывают частицы путем эндоцитоза (проникновения). Эти частицы проходят эндосомную область (мембрану), затем распадаются и таким образом доставляют активы к цитоплазме. Круз предположил, что капсулы из ПМГК, используемые в качестве умных «нацеливающихся» капсул усиливают действие инкапсулированных активных ингредиентов за счет концентрации последних только в тех местах, где они могут проявить свою биологическую активность. Это представляет интерес в производстве ухаживающих средств с антивозрастным, отбеливающим или антицеллюлитным эффектом.
Влияние транспортного вещества
Кожная абсорбция может быть усилена транспортным веществом формулы, поскольку доставка активов осуществляется благодаря взаимодействиям носителя и кожи. В частности, транспортное вещество изменяеться после нанесения и в процессе пенетрации. Составляющие компоненты кожи, такие как межклеточные липиды, могут идти в составе веществ типа пропилен гликоля, усиливающего впитывание, который испаряется после контакта с кожей. Вещества-носители могут варьироваться и оптимизироваться от случая к случаю, но для создания комплексной формулы производитель должен учесть все эти варианты.
Пенетрация vs защита
До сих пор до конца не установлено, что компоненты косметических формул действительно проникают in vivo. В то время как многие исследователи делают вывод, что это свидетельствует о низкой эффективности средств, однако, если мыслить логически, отсутствие пенетрации активных ингридиентов не является отрицательной характеристикой. Действительно, эти ингридиенты способны защищать роговой слой от влияния окружающей среды и от повреждений, важно учитывать это при составлении формулы.
Несмотря на то, что роговой слой составляет только 10% от всей кожи, он обеспечивает до 80% защитной функции кожного покрова. Поэтому защита рогового слоя исключительно важна. Например, антиоксиданты в косметических средствах способствуют регенерации рогового слоя, который в свою очередь обеспечивает регенерацию и защиту эпидермиса и дермы от вредного УФ-излучения и токсинов окружающей среды.
Выводы
В настоящее время становятся более понятны отдельные процессы пенетрации воды, липофильных молекул, липосом и наночастиц, а также функционирование различных транспортных путей. Несмотря на эти успехи, механизмы пенетрации косметических компонентов требуют дальнейших исследований. В этом обзоре представлено актуальное знание о различных путях пенетрации веществ через роговой слой. Также высказывается предположение, что несмотря на то, что компоненты не проникают глубже, их воздействие все равно может быть благоприятным. В самом деле, роговой слой выполняет барьерную функцию кожи, и должен защищаться от воздействий окружающей среды. Регенерируя и защищая роговой слой, активные ингридиенты также защищают эпидермис и дерму.
Чтобы больше узнать о системах доставки, рекомендую к прочтению:
1. СИСТЕМЫ ПЕРЕНОСЧИКОВ В СОВРЕМЕННЫХ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
2. Трансдермальная доставка активов. Энхансеры в косметике.
Перевод для Vitazone Elf, редактирование - Agomeda
этож сколько веществу надо пройти до точки назначения...ужс, сразу вспоминаю "Спасти рядового Райна".
Комментарий