The scientist

Красота, Наука-Глубоко

Косметические компании используют передовые технологии геномики и технологии в лаборатории, чтобы кожа выглядела молодой и яркой.  

Эмбер Данс

31 августа 2013 г.

   Тон модный взгляд для косметики лаборатории этом сезоне высокотехнологичных инструментов и инструменты. Исследователи используют генные микрочипы, чтобы понять, что делает молодую кожу подтянутой и ровной, и выяснить, почему старшее эпидермис провисает, морщит или образует пятна. Затем они могут охотиться за молекулами, которые активируют те же гены в стареющей или поврежденной солнцем коже. Ряд средств по уходу за кожей, таких как продукты Olay, уже содержат ингредиенты на основе микрочипов.

Еще один способ, которым производители косметики разрабатывают новые продукты, - это изучение метаболизма клеток кожи. Здоровая клетка с активными митохондриями - это приятная клетка. Старые клетки с меньшим количеством или неправильно функционирующими митохондриями выглядят старыми. Современные устройства могут определять скорость метаболизма на основе потребления кислорода и кислотных побочных продуктов, выделяемых клеточными культурами в среду, в которой выращиваются клетки.

Искусственная кожа имеет решающее значение для исследований средств личной гигиены в лаборатории. Неудивительно, что одна из лучших имитаторов человеческого покрова сделана из кожи человека. Эпидермальные клетки от плановой хирургии, диссоциированные и восстановленные, распространены в косметических лабораториях, где ученые смазывают новые соединения и проверяют безопасность различных составов.

На самом деле, в наши дни тестирование безопасности продукта часто проводится в блюде. Редко используют методы, включающие использование животных, которые десятилетиями были не в моде, отмечает Майкл Инграссия, старший менеджер по биологии кожи и доставке лекарств в Dow Pharmaceutical Sciences в Петалуме, Калифорния, где он работает над линией увлажняющих средств CeraVe. На самом деле, стремление ограничить эксперименты на животных привело к разработке многих современных методов тестирования косметики.

Одна из общих целей среди исследователей косметики - сделать кожу свежей и молодой. Признаки старения варьируются в зависимости от оттенка кожи. Светлокожие потребители стремятся свести к минимуму морщины, самые ранние признаки старения у людей с низким уровнем меланина в коже. Покупатели с темной, меланиновой кожей часто ищут продукты, чтобы уменьшить потемневшие пятна, которые появляются на их коже до появления морщин.

Для разработки кремов и других средств против старения исследователи, работающие в компаниях, выпускающих средства личной гигиены, используют многие из тех же инструментов, что и их коллеги в фундаментальных исследованиях и фармацевтике. Здесь Ученый описывает четыре современных метода макияжа.

РНК Data Galore

Микрочипы для экспрессии генов являются распространенными инструментами в индустрии средств личной гигиены. Фактически, Procter & Gamble (P & G) является одним из крупнейших пользователей генных чипов Affymetrix , обрабатывающих десятки тысяч чипов в год, говорит Джей Тизман, руководитель группы геномики P & G , базирующейся в Мейсоне, штат Огайо. Пользователи косметической и фармацевтической промышленности могут захотеть найти желаемые профили транскриптома, а затем сканировать химические библиотеки на наличие соединений, которые толкают клетки в этом направлении.

«Вместо того, чтобы просто ковыряться в темноте - пробовать ингредиенты и смотреть, какие из них работают - [технология микрочипов] дает нам реальное, фундаментальное понимание биологии кожи», - говорит Тизман. Например, команда сравнила старые и молодые образцы кожи на предплечьях женщин, где повреждение солнцем является проблемой, и их ягодицах, где его, вероятно, нет ( Br J Dermatol, 166 Suppl 2: 9-15, 2012 ). Они обнаружили, что путь биосинтеза липидов, связанный с выработкой холестерина, снижается с возрастом и воздействием солнца. Работа привела к включению гексамидина, который усиливает этот путь, в продукты Olay Professional Pro-X. 

Метод: Биопсии кожи снимаются с лица или других мест с помощью соскоба бритвой или скальпелем или в виде круглого выреза, сделанного маленькой иглой или ударным устройством, немного похожим на длинную формочку для печенья. Исследователи выделяют РНК и гибридизуют ее с стеклянными чипами размером с ноготь, которые содержат миллионы зондов нуклеиновых кислот. Лаборатория Тизман использует столько микросхем, что использует 96-чиповый формат с высокой пропускной способностью. 

• Плюсы: Генные чипсы обеспечивают непредвзятый подход. Важно быть непредубежденным в отношении того, куда могут привести данные, советует Уильям Суинделл из Мичиганского университета в Анн-Арборе, который использует чипы для изучения псориаза.
• Поскольку это уже устоявшаяся технология, существует множество общедоступных данных микрочипов, которые можно сравнить с вашими.
• Минусы: Генные чипы включают только зонды для известных мРНК; они не могут помочь вам открыть новые варианты.
• Образцы кожи будут включать более одного типа клеток, что затрудняет анализ.

Совет: «Найдите хорошего статистика и слушайте его или ее с самого начала», - говорит Тизман. Вклад статистиков важен как для дизайна исследования, так и для анализа. 

Мониторы метаболизма

  В дополнение к деталям экспрессии генов ученые-косметологи хотят понять все тонкости клеточного метаболизма. Старение клеток замедляет метаболизм, говорит Мэри Джонсон, главный ученый в P & G. «Общее старение, которое мы испытываем, во многом обусловлено клеточной энергетикой», - говорит она. Ингредиенты в антивозрастных кремах и сыворотках способствуют здоровому обмену веществ, что выражается в молодости.

Джонсон использует анализатор внеклеточного потока Seahorse XF для мониторинга клеточного метаболизма при изучении новых ингредиентов для ухода за кожей. Анализатор Seahorse заменил утомительные эксперименты, в которых исследователи должны были изолировать отдельные митохондрии или использовать специальные электроды для измерения потребления кислорода. По словам Джонсона, простота системы Seahorse привела к взрыву исследований клеточной биоэнергетики в последнее десятилетие. 

Метод: Анализатор XF измеряет две характеристики скорости метаболизма с помощью датчиков, погруженных в каждую лунку одноразового 24- или 96-луночного картриджа для микропланшетов. Он отслеживает выработку кислого лактата, последний этап гликолиза, а также поглощение кислорода при дыхании клетки. Вместе эти меры служат прокси для производства АТФ. Соединения, которые способствуют дыханию и гликолизу, заставляют клетки увеличивать свой метаболизм и могут сделать клетки кожи более здоровыми и привлекательными.

• Плюсы: Измерения в реальном времени
• Клетки остаются нетронутыми; Вы не должны изолировать митохондрии.
• Нет меток, таких как флуорофоры или радиоизотопы, которые могли бы мешать нормальным клеточным процессам.

Минусы:

• Система Seahorse не может исследовать потенциал мембраны митохондрий, ключевой показатель здоровья митохондрий, отмечает Джон Облонг, главный ученый, работающий с Джонсоном в P & G.
• Облонг говорит, что это дорого с точки зрения долларов, а также времени, чтобы научиться правильно его использовать.

Совет: убедитесь, что клетки образуют хороший монослой, рекомендует Евгения Трушина , которая использует анализатор XF для изучения митохондриальной дисфункции при заболевании в клинике Мэйо в Рочестере, штат Миннесота. Глыбы или пустые места будут мешать хорошим результатам. 

Кожи в сосуде

В лаборатории модели эпидермиса являются еще одним распространенным инструментом в косметической промышленности. MatTek Corporation из Ашленда, штат Массачусетс, продает несколько вариантов кожи в сосуде. «Это единственный человеческий орган, который может быть восстановлен в лаборатории без особых трудностей», - говорит Менхард Херлин, биолог по опухолям, который делает свои собственные реконструированные культуры кожи для исследований меланомы в Институте Вистар в Филадельфии, Пенсильвания.

В косметических лабораториях исследователи могут использовать культуры для проверки того, насколько хорошо кремы или сыворотки проникают в кожу, измеряя количество ингредиентов, которые попадают в жидкие среды на нижней стороне культуры кожи. Ученые также могут экспериментировать с осветляющими кожу веществами и проверять токсичность новой формулы, не используя животных. Например, типичный тест на токсичность включает нанесение тетразолиевого красителя на кожу или другие клеточные культуры. Активные, здоровые клетки меняют цвет красителя, что наблюдается после извлечения красителя из обработанных тканей. 

Метод: Для Херлина реконструированная человеческая кожа является критически важным инструментом, потому что ни у одного животного нет кожи, подобной нашей, кроме свиней - и это довольно крупные, дорогие животные для работы. Херлин делает свою культуру из крайней плоти младенцев, которая была удалена во время обрезания. Он смешивает кератиноциты и меланоциты и выращивает их на основе коллагена и фибробластов. Когда он подвергает культуру воздействию воздуха, кератиноциты движутся вверх, а меланоциты остаются ниже, образуя реалистичную трехмерную ткань ( J Vis Exp, 54: e2937, 2011 ). Меланоциты затем перекачивают пигмент к поверхности. При хорошем освещении «вы можете дать им настоящий средний загар», говорит Херлин.

Если вы предпочитаете покупать готовую кожу, MatTek изготавливает свои модели из диссоциированной крайней плоти младенческой или взрослой кожи, удаленной во время сокращения груди и подтяжки живота. «Это более тонкая, уменьшенная версия человеческой кожи», - говорит Инграссия, которая регулярно использовала модели компании, когда работал в Estée Lauder. 

Плюсы:

• Трехмерные ткани имитируют реальные вещи лучше, чем однослойные культуры.
• Пользователи MatTek предлагают очень воспроизводимые результаты, говорят пользователи.
• «Раздражающие соединения можно идентифицировать в течение дня, а не недели, если проводить тестирование с людьми или животными, кожа которых может проявить признаки раздражения, - отмечает Брайан Джонс, директор по образованию и пропаганде в Институте естественных наук (IIVS). в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Кроме того, исследования человека требуют одобрения со стороны надзорных органов, что увеличивает время и расходы.

Минусы:

• Кожа имеет конечную продолжительность жизни в культуре - около недели для EpiDerm MatTek и до 5 недель для моделей Herlyn.
• «Реконструированные ткани, такие как MatTek, не образуют такого прочного барьера, как целая кожа, полученная непосредственно от людей, - говорит Инграссия. Поэтому соединения, которые быстро проникают в реконструированную кожу, могут занять больше времени, чтобы проникнуть в реальную ткань.

Совет: поскольку толстые косметические средства могут быть трудно пипетировать на кожных культурах, Инграссия рекомендует широкопрофильную пипетку с положительным смещением.