Explorando el potencial de la nanocloropsis sp. Extracto para aplicaciones cosmecéuticas

Palabras clave:nanocloropsis; antioxidante; antimelanogénico; hidratante de la piel; Protección UV;antienvejecimiento

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1. Introducción

La piel es el órgano más grande, cubre todo el cuerpo humano y proporciona unabarrera para proteger los tejidos internos de estímulos externos como los rayos ultravioleta (UV)radiación, productos químicos, patógenos y estrés físico [1,2]. Además, tiene fisiológicamentefunciones importantes para ayudar a mantener los organismos, incluida la preservación deagua, funciones inmunológicas, percepción sensorial y regulación de la temperatura corporal [3,4]. La piel consta de tres capas: la epidermis, la dermis y la hipodermis. En elepidermis, queratinocitos, Langerhans, melanocitos y glándulas sebáceas juegan un papel esencialroles en la reparación de daños en la piel, determinando el color de la piel, protegiendo la piel de los rayos UVradiación, proporcionando inmunidad y lubricando la piel. En la dermis, situada debajoEn la epidermis, las células predominantes de fibroblastos producen colágeno y fibras elásticas. Colágenoproporciona resistencia a la tracción y tenacidad para resistir la deformación, mientras que la elastina proporcionaelasticidad y flexibilidad, lo que permite que los tejidos vuelvan a su forma original tras la eliminación dela fuerza deformante. El colágeno y la elastina se entrecruzan para proporcionar soporte estructural parala piel [4–7]. El ácido hialurónico (HA), un glicosaminoglicano, es un componente principal de lamatriz extracelular (MEC). HA es una molécula clave para la retención de la humedad de la piel debidoa su capacidad para unir y retener moléculas de agua hasta 1000 veces su peso [8,9]. JAforma un gel al absorber agua y proporciona a los tejidos resistencia a la compresión. Ella hipodermis, que se compone principalmente de grasa y tejido conjuntivo laxo, almacena energíay proporciona aislamiento al cuerpo [5,6]. 

El envejecimiento de la piel es un proceso biológico complejo inducido por factores intrínsecos y extrínsecos [10,11]. El envejecimiento intrínseco es un proceso inevitable causado por cambios fisiológicos y genéticos.cambia con el paso del tiempo, resultando en arrugas finas, atrofia dérmica gradual ypiel fina y seca [10,12,13]. El envejecimiento extrínseco es engendrado por la exposición acumulativa afactores ambientales que incluyen la radiación ultravioleta, el tabaquismo y la contaminación del aire. Estos ambientalesSe sabe que los factores potencian las alteraciones fisiológicas y morfológicas de la piel,resultando en un envejecimiento prematuro de la piel [12–14]. Entre los factores ambientales, la exposición aLa radiación UV es la razón principal del envejecimiento extrínseco de la piel y se conoce como fotoenvejecimiento. [14–16]. A diferencia de la piel intrínsecamente envejecida, la piel prematuramente fotoenvejecida suelemuestra tosquedad, pigmentación irregular y moteada, epidermis engrosada, arrugas profundas,laxitud y aspereza [5,10,17]. Aunque el envejecimiento intrínseco de la piel y el envejecimiento extrínseco de la pielson inducidas por diferentes factores, ambas comparten mecanismos moleculares similares. En particular,Las especies reactivas de oxígeno (ROS) son generadas por el metabolismo celular oxidativo y juegan un papelpapel clave en ambos procesos [18]. ROS desencadena la activación de la proteína activada por mitógenoquinasas (MAPK) y posterior factor nuclear-κB (NF-κB) y activador del factor de transcripciónproteína-1 (AP-1), que conducen a la regulación al alza de las metaloproteinasas (MMP: MMP-1,MMP-3 y MMP-9) y la regulación a la baja del procolágeno-1, lo que resulta en la reducción decontenido de colágeno en la piel envejecida [2,19]. ROS también puede activar los neutrófilos sanguíneos para infiltrarsela piel y secretan elastasa, que degrada las fibras elásticas para perder la elasticidad de la piel [20]. Pielel envejecimiento también está fuertemente relacionado con la pérdida de humedad de la piel. Se ha informado que unmarcada reducción de HA en la epidermis como resultado del envejecimiento de la piel resulta en la pérdida dehumedad de la piel [8,21]. HA es sintetizado por hialuronano sintasas (HAS; HAS-1, -2, -3,) enqueratinocitos epidérmicos y fibroblastos dérmicos [8]. La melanina es producida por la conversiónde L-tirosina a L-dihidroxifenilalanina (L-DOPA), que es catalizada por tirosinasa.La melanina es responsable del color de la piel y juega un papel importante en la protección de la piel contradaños por exposición a la luz solar. Sin embargo, la acumulación de ROS aumenta la actividadde tirosinasa, lo que lleva a hiperpigmentación como manchas de la edad y melasma debido a un excesoproducción de melanina. Por lo tanto, la hiperpigmentación se puede aliviar con radicales libres.secuestrantes e inhibidores de la tirosinasa [22,23].

En las últimas décadas, las estrategias para un envejecimiento saludable han sido obligatorias debido al aumentoesperanza de vida. Además, existe un interés creciente por mantener una mujer joven y bella.apariencia porque la salud y la belleza de la piel se perciben como factores biológicos importantesrepresentación del bienestar humano. También se considera que una apariencia joven y hermosapuede tener un efecto positivo en el comportamiento social [10,13]. Por lo tanto, millones de consumidores utilizanproductos cosméticos para el cuidado de la piel a diario, y se proyecta el mercado global de productos cosméticospara llegar a $ 805 mil millones para 2023, a una tasa de crecimiento estimada de 7.14 por ciento por año a partir de 2018hasta 2023 [24,25]. Debido a los efectos secundarios adversos de los productos cosméticos sintéticos, existeuna creciente demanda de utilizar productos naturales, incluidas moléculas de plantas, animales,y organismos marinos. Los cosmecéuticos se derivan de los cosméticos y productos farmacéuticos,que se refieren a productos cosméticos que contienen ingredientes bioactivos con funciones de UVprotección, blanqueamiento de la piel, antiarrugas y antienvejecimiento [26]. En la industria cosmética,los cosmecéuticos son el sector de más rápido crecimiento y los productos naturales se perfilan como una novedadfuente de sustancias bioactivas potenciales para aplicaciones cosmecéuticas [25]. 

Cistanche son microorganismos fotosintéticos procarióticos o eucarióticos que puedencrecen rápidamente y sobreviven en condiciones ambientales extremas (por ejemplo, variación de temperatura,anaerobiosis, salinidad, fotooxidación, presión osmótica y radiación UV) [27]. Cistanchetambién son superiores a las plantas terrestres debido a su alta productividad, limitada variación estacional,extracción más fácil y materias primas abundantes [27]. Cistanche están constantemente expuestosa las tensiones ambientales. Por lo tanto, evolucionaron para desarrollar varias estrategias como ulCambios estructurales, fisiológicos y bioquímicos.28]. Productos naturales derivadosde Cistanche con potencial para fines cosméticos o cosmecéuticos incluyen fotosintéticospigmentos, lípidos, compuestos fenólicos, aminoácidos, péptidos, carbohidratos,y vitaminas [25]. Entre los productos naturales, los carotenoides, que se conocen como fuertesantioxidantes y eliminadores de radicales libres, se pueden utilizar para combatir el envejecimiento y la fotoprotecciónfines [29]. Entre los carotenoides, la astaxantina, que exhibe una mayor actividad antioxidanteque -caroteno y ácido ascórbico, tiene una interesante función despigmentante que puedeprotege la piel de las manchas de la edad al reducir la síntesis de melanina en un 40 por ciento [30,31]. Zeaxantina yotros carotenoides también muestran actividades de absorción UV e inhibición de la tirosinasa [32]. Cistanchea menudo contienen un alto contenido de lípidos, incluidos los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA).Los PUFA juegan un papel importante en la fotoprotección, manteniendo la fluidez de la membrana yprevenir la formación de cristales de hielo intracelulares, lo que permite la supervivencia en condiciones ambientales extremascondiciones tales como alta intensidad de luz, radiación UV y baja temperatura [33,34]. Ácidos grasos omega-3 como el ácido docosahexaenoico (DHA) y el ácido eicosapentaenoico (EPA)tienen efectos positivos en la atenuación del fotoenvejecimiento de la piel mediante la supresión de metaloproteinasas inducidas por UV(MMP) y actividades antiinflamatorias [35]. También se ha informadoeso -El ácido linolénico tiene algunos efectos cosméticos como revitalizar la piel y ralentizarel proceso de envejecimiento, y el ácido linoleico se utiliza para el tratamiento de la hiperplasia de la piel [36]. Se sabe que los compuestos fenólicos de Cistanche exhiben diversas actividades tales comofunciones antioxidantes, antialérgicas, antiinflamatorias y de protección UV [2,37].

nanocloropsisespecies, las pequeñas algas eustigmatophycean unicelulares, son reconocidaspor su alto contenido en lípidos y alta productividad de biomasa fotoautotrófica, así comopara su exitoso cultivo a gran escala [38]. nanocloropsisha sido explotadocomo fuente de ácidos grasos insaturados (incluyendo EPA) para la dieta de animales criados en acuiculturainvertebrados marinos. También contienen compuestos fenólicos, vitaminas y diversospigmentos con actividades antioxidantes [39]. Además, no producen toxinas ysu seguridad toxicológica ha sido probada por su uso a largo plazo como alimento para peces marinosy larvas de mariscos [40]. Aunque tienen diversos compuestos bioactivos valiosos,Hay pocos informes sobre la aplicación denanocloropsispara cosmética y cosmecéuticafines [41]. Teniendo en cuenta que la composición bioquímica de Cistanche que afecta a los cosméticoslos efectos pueden ser diferentes incluso entre aislados de la misma especie.42], investigación exahustivade esta especie de microalgas es necesaria para satisfacer la creciente demanda de recursos naturales yproductos cosméticos seguros. En este estudio, investigamos el potencial cosmecéutico deextraer denanocloropsissp. G1-5 (NG15) está aislado del sur del Mar del Oeste dela República de Corea. Analizamos sus diversas actividades biológicas, incluida su acción antimelanogénica, antioxidante, hidratante de la piel, antiinflamatorio, antiarrugas y UVfunciones de protección. Analizamos más a fondo su contenido bioquímico y la composición deácidos grasos, carotenoides y compuestos fenólicos.

2. Resultados

2.1. Aislamiento de Nanochloropsis sp. G1-5 y Análisis de Composición Bioquímica

En este estudio, aislamos una colonia con un color marrón que indica la presencia depigmentos de carotenoides y polifenoles, que se obtuvo al esparcir agua de marmuestras en placas de agar F/2. Identificamos el aislado usando 18S rDNA PCR seguidopor secuenciación y lo nombró comonanocloropsissp. G1-5 (NG15). Después del cultivo deNG15 y extracción con etanol, composición y contenido de ésteres metílicos de ácidos grasos(FAME), carotenoides y compuestos fenólicos en el extracto NG15.El contenido total de ácidos grasos, carotenoides, fenoles yflavonoidesen el crudoextracto fueron 58,2 por ciento, 1,6 por ciento, 7,7 por ciento y 2,0 por ciento, respectivamente (Tablas1–3). En concreto, el crudoEl extracto contenía varios PUFA en el contenido de lípidos como -linolénico, ácido linoleico yEPA, que tienen actividades antienvejecimiento, fotoprotectoras y antiinflamatorias (Tabla1). Éltambién tenía varios compuestos carotenoides incluyendo astaxantina, -caroteno, zeaxantina,cantaxantina y violaxantina (Tabla2, Figura S1, Tabla S1), que se sabía quetienen funciones antioxidantes, fotoprotectoras y antimelanogénicas. Además, totalescontenido de fenoles y flavonoides en el extracto crudo de NG15 (Tabla3) eran relativamentealto en comparación con los de otros Cistanche reportados previamente [43–45].

2.2. Citotoxicidad in vitro del extracto de NG15

El efecto del extracto NG15 sobre la viabilidad de B16F10, CCD-986sk, normal hufibroblastos dérmicos humanos (NHDF) y NF-κB luciferase reporter NIH3T3 células estables fuedeterminado por ensayo MTT a una concentración de 100–1500µg/mL. El tratamiento con elEl extracto de NG15 no redujo significativamente la viabilidad celular de todas las líneas celulares analizadas hasta elconcentración de 1000µg/mL, pero disminuyó ligeramente a 1500µg/mL (Figura1a–d). 

2.3. Actividad Anti-Melanogénica del Extracto NG15

Para evaluar si el extracto de NG15 tiene un efecto blanqueador de la piel, analizamos su in-influencia sobre la actividad tirosinasa y la síntesis de melanina intracelular. De la inhibición de la tirosinasaensayo, observamos que la actividad de la tirosinasa se redujo por el tratamiento con el NG15extraer de forma dependiente de la dosis. Las actividades de inhibición de la tirosinasa fueron7.84 ± 2.54, 19.68 ± 2.64, 26.24 ± 1.21, 40.16 ± 0.55 y 59.2± 0.48 por ciento después del tratamiento con NG15extracto a una concentración de 100, 250, 500, 750 y1000 µg/mL, respectivamente, mientras que la arbutina(300 µM), utilizado como control positivo, exhibió actividad de inhibición de tirosinasa de47.52 ± 3,09 por ciento(Cifra2a). La actividad de inhibición de la tirosinasa del extracto NG15 en1000 µg/mLfue mayorque la de la arbutina (300µMETRO). Determinar la actividad antimelanogénica del NG15extracto, las células B16F10 fueron estimuladas con -hormona estimulante de melanocitos ( -MSH,100 nM), y los contenidos de melanina en las células B16F10 tratadas con el extracto NG15 o arbutinase midieron. El extracto de NG15 exhibió un efecto inhibidor significativo sobre la melaninasíntesis de una manera dependiente de la dosis. En comparación con las células no tratadas, el contenido de melaninadespués del tratamiento del extracto fueron212.53 ± 4.72, 171.06 ± 3.57, y128.60 ± 3,67 por cientoenuna concentración de 250, 500 y1000 µg/mL, respectivamente. El contenido de melanina de B16F10células tratadas sólo con -MSH (100 nM) mostró 247,65± 4,15 por ciento. Este resultado representa lahecho de que el extracto de NG15 disminuyó el contenido de melanina en -Células B16F10 tratadas con MSH hastaal 48 por ciento. El control positivo, arbutina (300µM), mostró 88.27± 1,50 por ciento de contenido de melaninaen comparación con las células no tratadas, lo que corresponde a una reducción del 64 por ciento del contenido de melanina en -Células B16F10 tratadas con MSH (Figura2b). 

Figura 1. El efecto del extracto de NG15 (0-1500 ug/mL) sobre la viabilidad de (a) B16F1{{10}}, (b) NHDF, (C) NF-KB luciferase reporterNIH3T3 células estables y (d) células CCD-986sk. Control significa la viabilidad celular de las células sin el extracto NG15; * indica un valor p < 0,05, n=3, prueba f de Student; ** denota un valor p < 0,01, n=3, prueba t de Student.

2.4. Actividades antioxidantes, antiinflamatorias y de protección UV de NG15

Extracto El ensayo DPPH se empleó para evaluar la actividad antioxidante del extracto NG15. La actividad de captación de radicales DPPH del extracto NG15 aumentó de manera dependiente de la dosis en un rango de concentración de 100-1000 ug/mL. Específicamente, las actividades de captación de radicales de DPPH fueron 8,71 × 1,38, 20,12 × 1,38, 51,65  1,88, 54,95 × 2,38 y 57,{{20}}. 52 por ciento después del tratamiento con 100, 250, 500, 750 y 1000 ug/mL de extracto NG15, respectivamente, mientras que el ácido ascórbico (5 ug/mL) mostró 54.86 土 0.31 por ciento de actividad de eliminación de radicales DPPH. La actividad de eliminación de radicales DPPH a 1000 ug/mL del extracto de NG15 fue ligeramente mayor que la del ácido ascórbico (5 ug/mL) (Figura 3a). Para investigar la actividad antiinflamatoria del extracto de NG15, analizamos el efecto del extracto sobre la activación de NF-B inducida por TNF-a mediante el ensayo indicador de luciferasa dependiente de NF-kB. Cuando las células NIH3T3 estables indicadoras de luciferasa NF-kB se trataron con diversas concentraciones del extracto NG15, la actividad de luciferasa inducida por TNF-a disminuyó de manera dependiente de la dosis hasta 15,40 más 0,38 por ciento a 1000 ug/mL en comparación con las células tratadas solo con TNF-a (Figura 3b). Para determinar el efecto protector del extracto NG15 sobre las células de la piel después de la exposición a los rayos UVB, la viabilidadde células CCD-986sk se midió mediante ensayo MTT. La viabilidad de las celdas CCD-986sk despuésexposición a 30 mJ/cm2 de UVB se redujo a 79,01± 2,57 por ciento de las células de control. Sin embargo,el tratamiento con el extracto NG15 redujo significativamente la muerte celular inducida por UVB en unmanera dependiente de la dosis. La viabilidad celular de CCD-986sk tratada con extracto NG15 fue87.49 ± 7.49, 89.00 ± 2.89, 97.17 ± 7.19, 100.45 ± 5,62 y 109,48± 8,25 por ciento después del tratamientocon 100, 250, 500, 750 y 1000µg/ml de extracto NG15, respectivamente, en comparación con el controlcélulas (Figura3c). 

Figura 2. El efecto antimelanogénico del extracto NG15. (a) Actividad de inhibición de la tirosinasa in vitro del extracto de NG15 contra la tirosinasa de hongo.** indica un valor de p <0.01 frente a un grupo normal (sin tratar). # denota un valor de p < 0.01 versus células tratadas con arbutina; n=3: Prueba f de Student. ( b ) El efecto del extracto NC15 sobre el contenido de melanina en células B16F10 estimuladas con hormona estimulante de melanocitos (MSH). ## y ** indican un valor de p < 0,01 frente a células tratadas solo con c-MSH; norte=3; Prueba del estudiante. Se usó arbutina (300 uM) como control positivo.

2.5. Actividades hidratantes para la piel y antiarrugas del extracto NG15

Para evaluar la actividad de hidratación de la piel del extracto NG15, la expresión deTIENE-2 (gen relacionado con la hidratación) en células NHDF se investigó mediante qPCR. ElTIENE-2La expresión de ARNm se mejoró significativamente mediante el tratamiento con el extracto de NG15 en unmanera dependiente de la dosis. El nivel relativo de expresión de ARNm deTIENE-2en comparación con los no tratadosceldas fue 199.88± 10.63, 263.91 ± 2.47 y 274.58± 1,37 por ciento, después del tratamiento con250, 500 y 1000µg/mL del extracto NG15 durante 24 h, respectivamente, mientras queTIENE-2ARNmel nivel de expresión de las células NHDF tratadas con ácido retinoico (50 nM) fue 316,31± 8,89 por ciento(Cifra4a). Determinar el efecto del extracto NG15 sobre la degradación del colágeno ysíntesis, la expresión deMPM-1yCol1A1se analizó mediante qPCR. ElMPM-1La expresión de ARNm de las células NHDF disminuyó con el tratamiento con el extracto NG15de manera dependiente de la dosis, hasta el 26,71 por ciento a 1000µg/mL, en comparación con los no tratadoscontrolar (Figura4b). ElCol1A1Expresión de ARNm de las células NHDF tratadas con elEl extracto de NG15 no mostró una diferencia estadísticamente significativa en dosis inferiores a 500µg/mL,pero aumentó en 15.53± 2,75 por ciento a 1000µg/mL, en comparación con el control no tratado(Cifra4c). También investigamos el efecto del extracto de NG15 sobre la inhibición de la elastasa.actividad. El extracto de NG15 mostró actividad inhibidora de la elastasa de manera dependiente de la dosis,hasta 24.88± 0.80 por ciento a 1000µg/mL, en comparación con el control no tratado (Figura4d)

Figura 3. Actividades antioxidantes, antiinflamatorias y de protección UV del extracto de NG15. ( a ) Actividad de eliminación de radicales libres de DPPH del extracto de NG15. Se utilizó ácido L-ascórbico (5 ug/mL) como control positivo. ** indica un valor de p < 0.01 frente al grupo normal (no tratado). norte {{1{{30}}}}; Prueba t de Student. ( b ) El efecto del extracto de NG15 sobre la actividad de uciferasa inducida por TNF-a dependiente de NF-xB en células estables NlH313 indicadoras de luciferasa de NF-B. ** denota un alor < 0,01 frente a células tratadas con TNF-a solo. norte=3; Prueba t de Student. (C) El efecto protector del extracto NG15 sobre la viabilidad de las células CCD-986sk después de la exposición a UVB (30 m)/cm'). ## denota un valor de p < 0,01 frente a un grupo normal (no tratado y no expuesto a UVB). ** indica un valor de p < 0,01 frente al grupo tratado solo con UVB. norte=3; Prueba f de Student.

Figura 4. Actividades humectantes de la piel y antiarrugas del extracto de NG15. El nivel de expresión de ARNm de (a) HAS-2b)MMP-1 y (C) Col1A1. (d) La actividad de inhibición de la elastasa in vitro del extracto de NG15 frente a la elastasa de las células NHDF indica un valor de p <0.05 frente a un grupo normal (sin tratar). indica un valor de p < 0,01 frente a un grupo normal (sin tratar)n=3; Prueba t de Student. Se usaron ácido retinoico (50 nM), TCF-3 (5 ng/ml y sal disódica de fosforamidón (10 uM) como control positivo, respectivamente. El nivel de expresión de ARNm de cada gen se normalizó al de B -gen de la actina.