Nadmierna ekspozycja na słońce powoduje nie tylko poparzenia skóry, ale też nadprodukcję reaktywnych form tlenu (RFT), w tym wolnych rodników. Ich długotrwałe działanie prowadzi do utleniania lipidów tworzących błony komórkowe, a także składników samych komórek, co skutkuje m.in. powstawaniem zmarszczek oraz mutacji DNA sprzyjających nowotworom. Do stresu oksydacyjnego dochodzi wtedy, gdy naturalne przeciwutleniacze nie nadążają z neutralizacją RFT.

Jednym z najważniejszych antyoksydantów jest witamina E, często dodawana do emulsji chroniących skórę przed promieniowaniem UV. W naturze występuje osiem jej form: α-, β-, γ-, δ-tokoferole i α-, β-, γ-, δ-tokotrienole, różniące się budową chemiczną. W kosmetykach używany jest jednak wyłącznie α‑tokoferol, który jest też homologiem witaminy E najlepiej przyswajalnym przez człowieka wraz z pożywieniem.

Nowe badania wskazują jednak na potencjał innych form witaminy E. Dr hab. Renata Szymańska, profesor na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej, podczas pracy doktorskiej na Uniwersytecie Jagiellońskim opisała dwie nowe: plastochromanol‑8 oraz jego hydroksylową pochodną, które pod względem struktury chemicznej są najbliższe γ-formom witaminy E. Kontynuując te badania, uczona wraz z zespołem – dr inż. Aleksandrą Orzechowską oraz mgr inż. Ewą Olbińską-Dudek (doktorantką Szkoły Doktorskiej AGH) postanowiła sprawdzić, czy plastochromanol-8 mógłbym zastąpić α‑tokoferol w kosmetykach chroniących przed promieniowaniem UV.

Efekty tych prac, zrealizowanych w ramach projektu „Analiza fotoprotekcyjnych właściwości preparatów zawierających kapsułkowane pochodne witaminy E”, finansowanego z grantu uczelnianego ze środków programu Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza, zespół opublikował na łamach prestiżowego czasopisma „International Journal of Pharmaceutics”.

Cztery związki pod lupą

W pracy poddano analizie cztery formy witaminy E – oprócz opisanego przez prof. Szymańską plastochromanolu-8, także α‑tokoferol, γ‑tokoferol i γ‑tokotrienol. Celem było uzyskanie nie tylko odpowiedzi na pytanie, które z nich wykazują najwyższą aktywność antyoksydacyjną in vitro, ale również czy same pozostają odporne na działanie promieniowania UV. Zbadano również, jak na te właściwości wpływa zamknięcie ich w liposomowych i niosomowych nanokapsułkach. Uzyskane wnioski zaskakują.

Okazało się, że powszechnie używany w kosmetykach α‑tokoferol w formie wolnej spośród badanych związków wykazywał najniższą zdolność do neutralizacji wolnych rodników. Co więcej, miał również najmniejszą fotostabilność. Po godzinie oświetlania promieniami UV-B, aktywność antyoksydacyjna związku spadła o około 40 proc., a jego zawartość zmniejszyła się o ponad 50 proc. w stosunku do poziomu wyjściowego. W przypadku γ‑tokoferolu, γ‑tokotrienolu i plastochromanolu-8 te wartości mieściły się w przedziale 5-30 proc.

W kolejnym kroku zespół sprawdził, jak na stabilność związków wpływa zamknięcie ich w nanokapsułkach –  liposomach oraz niosomach. Pierwsze mają organiczne pochodzenie, drugie są częściowo syntetyczne – ich zaletą jest natomiast niski koszt produkcji. Używanie takich kapsułkowanych form witaminy E przy produkcji kosmetyków jest standardową praktyką, ponieważ bardzo słabo rozpuszcza się ona w wodzie, która oprócz oleju wchodzi w skład emulsji kosmetycznych. Umieszczenie jej w nanonośnikach polepsza biodystrybucję w preparacie, umożliwiając jego skutecznie działanie na całej aplikowanej powierzchni, a do tego chroni samą witaminę E przed degradacją.

Przeprowadzone badanie wykazało, że uwięzienie w liposomach poprawiło fotostabilność badanych związków. W przypadku α‑tokoferolu, odnotowany spadek aktywności antyoksydacyjnej był mniejszy niż w przypadku formy wolnej, ale wciąż istotny – wynoszący około 27 proc. Największe korzyści udało się natomiast osiągnąć w przypadku γ‑tokoferolu i plastrochromanolu-8, które po godzinie ekspozycji na promieniowanie UV wykazywały praktycznie niezmienioną aktywność antyoksydacyjną.

Znacznie gorzej z wyznaczonej im roli wywiązały się niosomy, w przypadku których zaobserwowano silniejszy spadek stabilności wszystkich badanych związków.

Można sobie wyobrazić to ten sposób, że jakaś pula związków zostaje wbudowana w wewnętrzną strukturę niosomów, a inna pozostaje luźniej związana z ich powierzchnią. Wydaje się, że ta słabiej związana część zostaje zużyta jako pierwsza, a pozostała potrzebuje znacznie więcej czasu na uwolnienie. Taka dwufazowa odpowiedź związków wbudowanych w niosomy jest opisywana w literaturze – komentuje uzyskane wyniki prof. Szymańska.

Jaka forma zapewnia najwyższy SPF?

Na koniec zespół podjął się oszacowania powszechnie używanego w przypadku kosmetycznych filtrów UV wskaźnika ochrony przeciwsłonecznej (SPF, ang. Sun Protection Factor). Wszystkie badane związki w formie wolnej wykazały niskie właściwości fotoprotekcyjne, mieszące się w przedziale około 1,1-2-2,7 SPF (w przypadku tego wskaźnika za niskie uznaje się już wartości w przedziale 2-6, a za bardzo wysokie 30-50). Najlepiej w tym teście znowu wypadły γ‑tokoferol i plastochromanol-8, dla których SPF wynosił około 2,7.

Sytuacja zmieniła się diametralnie, gdy testom poddano te same związki zamknięte w liposomowych nanokapsułkach. W przypadku α‑tokoferolu odnotowano kilkukrotny wzrost wartości wskaźnika, natomiast dla γ‑tokoferolu i plastochromanolu-8 progres ten był odpowiednio 10-krotny i 15-krotny. To oznacza, że zwłaszcza kapsułkowany plastochromanol-8 daje podobną ochronę jak kosmetyczne preparaty z tzw. wysokim filtrem.

W przypadku testów dopuszczających preparaty do użytku w krajach Unii Europejskiej, wyznaczenie wskaźnika SPF wymaga badań in vivo. W opisanym badaniu zespół posłużył się natomiast zoptymalizowaną metodą in vitro bazująca na analizie spektrofotometrycznej w celu precyzyjnego wyznaczenia współczynnika SPF. 

 Udało nam się tę metodę dodatkowo zmodyfikować, co spotkało się z uznaniem – relacjonuje badaczka.

Bezpieczeństwo dla skóry 

Obecnie zespół opracowuje wyniki kolejnego badania przeprowadzonego we współpracy z zespołem dr hab. Pauliny Koczurkiewicz-Adamczyk z Collegium Medicum UJ, które uzupełnia wiedzę uzyskaną w wyniku wcześniejszych prac. Jego celem było sprawdzenie, czy wolne oraz kapsułkowane formy witaminy E są bezpieczne dla komórek skóry. Testom laboratoryjnym zostały poddane linie ludzkich fibroblastów i keratynocytów. Ich wstępna analiza wskazuje, że i w tym przypadku α‑tokoferol wypada słabiej niż γ-formy witaminy E.

Sprawdzałyśmy różne stężenia, rozcieńczenia itd., badając ich wpływ na przeżywalność komórek. Na tej podstawie szacuje się, czy związki są bezpieczne dla komórek skóry. Wszystkie uzyskane wyniki mieściły się w uznanych przez ekspertów normach, jednak w przypadku α‑tokoferolu był on znacznie gorszy niż dla γ-form. Jesteśmy więc bliższe stwierdzenia, że są one bardziej biokompatybilne w tym układzie niż α‑tokoferol – podsumowuje prof. Szymańska. 

Wkrótce zespół planuje powtórzyć dotychczasowe badania, tym razem dla wolnych i kapsułkowanych związków witaminy E rozpuszczonych w przygotowanej specjalnie do tego celu przez siebie emulsji oraz sprawdzić ich skuteczność pod wpływem UV.