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(shù)最終目的是結(jié)合最新生物科學(xué)成就利用生物體或其組成部分,定向設(shè)計(jì)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(jìn)行生物材料的生產(chǎn)和加工來(lái)滿足人類日常和生產(chǎn)需求[1,2]。近年來(lái),隨著生物技術(shù)在分子生物學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的快速發(fā)展,生物技術(shù)逐漸成為化妝品行業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向之一。

2 生物技術(shù)在化妝品活性成分的篩選和生產(chǎn)中的應(yīng)用

得益于生物發(fā)酵技術(shù)、植物組培技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)、核酸技術(shù)等在化妝品行業(yè)的高效應(yīng)用,生物技術(shù)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(jī)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(shù)在化妝品中的應(yīng)用

與石油中提煉、合成的原料相比,來(lái)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(xué)合成所無(wú)法完成的特殊結(jié)構(gòu),在功能上有其獨(dú)到之處。1985年日本資生堂利用生物發(fā)酵技術(shù),對(duì)鏈霉菌進(jìn)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(lái)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(yīng)用于各種護(hù)膚品中[1-5]。

2.2 植物組培技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物是化妝品原料的重要來(lái)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(shù)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(xué)公司采用兩步法培養(yǎng)紫草細(xì)胞,成功實(shí)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(xì)胞技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

干細(xì)胞技術(shù),是指通過對(duì)于干細(xì)胞進(jìn)行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)、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(xì)胞、組織或器官,并最終通過細(xì)胞組織或器官的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床疾病的治療[9]。韓國(guó)成均館大學(xué)醫(yī)學(xué)院金垣錫教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從脂肪細(xì)胞中培養(yǎng)干細(xì)胞,并發(fā)現(xiàn)該干細(xì)胞的提取物能夠促進(jìn)皮膚細(xì)胞的生長(zhǎng)。2011年韓國(guó)FCB Pharmicell公司以骨髓干細(xì)胞培養(yǎng)液為核心原料開發(fā)出了人體干細(xì)胞培養(yǎng)液化妝品,在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)注入該培養(yǎng)液的皮膚成纖維細(xì)胞中生成的膠原蛋白量是對(duì)照組的5倍以上[10]。

2.4 核酸技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

核酸技術(shù)在化妝品上的應(yīng)用主要包括:核酸分子在化妝品上的應(yīng)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(yīng)用;利用重組DNA技術(shù)制備具高生物活性的細(xì)胞因子;利用基因芯片技術(shù)篩選特定活性成分,并將之應(yīng)用于化妝品中。

2.4.1 核酸分子在化妝品中的應(yīng)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(diǎn)而作為核酸物質(zhì)的常見原料。雅詩(shī)蘭黛的特潤(rùn)修護(hù)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(xì)胞的修復(fù)[11-14]。

2.4.2 重組DNA技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

細(xì)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(xué)效應(yīng)和生理功能,他們與皮膚細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂、分化、增殖和遷移有關(guān),可以有效地與皮膚細(xì)胞發(fā)生作用,發(fā)揮突出的美容護(hù)膚功效。目前比較常見的是表皮生長(zhǎng)因子、酸性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等細(xì)胞因子在化妝品中應(yīng)用相對(duì)較廣[14-16]。

這類細(xì)胞因子主要都是短肽類物質(zhì),利用重組DNA技術(shù),將編碼生長(zhǎng)因子的基因片段導(dǎo)入到分泌型宿主中表達(dá),結(jié)合發(fā)酵技術(shù)使生長(zhǎng)因子大量表達(dá),提取發(fā)酵產(chǎn)物并對(duì)其進(jìn)行純化,可作為化妝品中的添加成分使用。小銀狐集團(tuán)的美容護(hù)膚品系列是以表皮生長(zhǎng)因子為主要成分,該因子可以促進(jìn)細(xì)胞DNA、RNA、蛋白質(zhì)及細(xì)胞外大分子的生物合成,延緩肌膚衰老,促進(jìn)各種損傷組織的修復(fù)和再生[17]。含表皮生長(zhǎng)因子的化妝品能改善肌體細(xì)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(jìn)燒傷、燙傷患者肌膚愈合,正常人使用能使皮膚潔白、細(xì)嫩、富有彈性、控制老化[18-20]。

2.4.3 基因芯片技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

人類基因組計(jì)劃的研究表明,由于不同個(gè)體存在著核苷酸多態(tài)性,化妝品的使用效果也會(huì)顯示個(gè)體差異。通過基因組學(xué)手段研究基因多態(tài)性對(duì)化妝品的影響,以便對(duì)不同的基因型個(gè)人“量身定做”化妝,從而充分發(fā)揮化妝品的功效,同時(shí)把不良反應(yīng)減至最小?；蛐酒夹g(shù)用于化妝品開發(fā)的應(yīng)用方向包括:功效成分作用靶點(diǎn)研究、功效成分的篩選以及高通量帥選平臺(tái)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(hù)膚系列OLAY Professional ProX,通過基因芯片技術(shù)尋找肌膚老化根源,確認(rèn)老化肌膚是由于皮膚基因信號(hào)紊亂所引起,進(jìn)而甄選出有效重整信號(hào)的Pal-KT和Hexamidine等關(guān)鍵成分,從最根源處逆轉(zhuǎn)老化進(jìn)程[22]。

3 生物技術(shù)在化妝品的功效、安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

3.1 生物技術(shù)在化妝品功效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

生物技術(shù)在化妝品功效評(píng)價(jià)上的應(yīng)用主要包括美白功效評(píng)價(jià)、抗衰老功效評(píng)價(jià)、抗敏性功效評(píng)價(jià)和抗紅血絲功效評(píng)價(jià)。

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

透明質(zhì)酸酶體外抑制實(shí)驗(yàn)作為研究抗過敏作用的一個(gè)指標(biāo),此外一些檢測(cè)抗敏物質(zhì)效果的實(shí)驗(yàn)方法如肥大細(xì)胞組胺釋放實(shí)驗(yàn)、被動(dòng)皮膚實(shí)驗(yàn)、β-己糖胺酶抑制實(shí)驗(yàn)、免疫細(xì)胞復(fù)活法以及血清中IgE抗體抑制實(shí)驗(yàn)等都可用來(lái)對(duì)化妝品原料及產(chǎn)品的抗過敏功效進(jìn)行評(píng)價(jià)。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子在一些病理情況下會(huì)過量表達(dá)產(chǎn)生表觀可見的紅血絲,評(píng)價(jià)防治紅血絲效果的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法一般通過測(cè)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(shí)驗(yàn)反映相關(guān)化妝品或添加劑的防治效果[1]。

3.2 生物技術(shù)在化妝品安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

Draize Test一直是評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)中其結(jié)果差異大,且隨著“3R”運(yùn)動(dòng)的興起,現(xiàn)代生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)開始替代傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),紅細(xì)胞溶血實(shí)驗(yàn)表征試劑的刺激性[26-31];血紅蛋白變性試驗(yàn)是替代眼刺激試驗(yàn)的一種[26,27];雞胚尿囊膜絨毛膜實(shí)驗(yàn)(HET-CAM)在實(shí)驗(yàn)效能和實(shí)際應(yīng)用上完全可以替代兔眼刺激性試驗(yàn)方法[33];細(xì)胞毒性試驗(yàn)主要分為特殊細(xì)胞毒性試驗(yàn)和一般細(xì)胞毒性試驗(yàn)兩種,前者用來(lái)自靶器官的原代培養(yǎng)細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)研究其特殊細(xì)胞功能,如已建立的兔眼角膜上皮細(xì)胞SIRC(established rabbit corneal cell)模型,SIRC細(xì)胞毒性試驗(yàn)分為中性紅吸收法和結(jié)晶紫染色法;后者檢測(cè)細(xì)胞增殖、膜完整性和細(xì)胞形態(tài)學(xué)的變化,用非眼組織細(xì)胞,主要有HeLa-MTT法和BALB/c3T3法[26,32];。

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

測(cè)試化妝品對(duì)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(duì)化妝品的抗粉刺功效進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌是中國(guó)、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(shù)在我國(guó)化妝品行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

隨著生物制劑生產(chǎn)加工技術(shù)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(guó)生物技術(shù)及生物制劑在化妝品的應(yīng)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(yīng)用研究、生物制劑應(yīng)用方面法規(guī)、生物制劑安全及功效評(píng)價(jià)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)建設(shè)等的滯后上[2]。

生物制劑應(yīng)用研究平臺(tái)、設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)手段、生物活性成分的功效評(píng)估方法的缺乏都制約了生物技術(shù)在化妝品行業(yè)中的利用。化妝品中生物制劑應(yīng)用的相關(guān)法規(guī)也明顯滯后,導(dǎo)致生物制劑的添加無(wú)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(píng)價(jià)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)建設(shè)滯后導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)化妝品功效及安全評(píng)價(jià)的結(jié)果國(guó)際市場(chǎng)認(rèn)可度小[1-5]。

鑒于此, 建議國(guó)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(cè)機(jī)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(tái),縮小與國(guó)外同行的差距。同時(shí)也鼓勵(lì)企業(yè)積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定過程和政府法規(guī)政策制定過程中,對(duì)化妝品現(xiàn)行法規(guī)進(jìn)行修改和完善,促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

5 展望

生物技術(shù)的發(fā)展對(duì)化妝品科學(xué)起到了極大的促進(jìn)作用。生物科學(xué)的發(fā)展讓人們對(duì)某些生命現(xiàn)象如對(duì)皮膚的老化現(xiàn)象、色素形成過程、光毒性機(jī)理、飲食對(duì)皮膚的影響等有了科學(xué)的認(rèn)識(shí),使人們可以依據(jù)皮膚的內(nèi)在作用機(jī)制,通過適當(dāng)?shù)捏w外模型有針對(duì)性地篩選原料、設(shè)計(jì)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(dòng)植物細(xì)胞等來(lái)生產(chǎn)一些昂貴、高效的物質(zhì)作為化妝品的原料。同時(shí)以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代皮膚生理學(xué)、干細(xì)胞技術(shù)、核酸技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)為化妝品行業(yè)帶來(lái)新的理念、新的技術(shù)、新的原料、新的服務(wù)模式,從而開啟化妝品行業(yè)新的時(shí)代。

6 致謝

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

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