Naukowcy z Northwestern University stworzyli syntetyczny krem z melaniną, który chroni i leczy skórę przed działaniem promieni słonecznych i szkodliwym działaniem środowiska, eliminując wolne rodniki. Ma potencjalne zastosowania w ochronie przeciwsłonecznej, gojeniu ran i obronie przed toksynami środowiskowymi, a badania kliniczne na horyzoncie. Powyżej przedstawiono stan zapalny skóry. Wolne rodniki (zielone) w skórze. ROS to „reaktywne formy tlenu” lub wolne rodniki. Źródło: Yu Chen, Northwestern University
Syntetyczny krem zapewnia także ochronę skóry przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych.
Wyobraź sobie krem do skóry, który leczy uszkodzenia spowodowane codzienną ekspozycją na słońce i toksynami środowiskowymi. Naukowcy z Northwestern University opracowali syntetyczną melaninę, która właśnie to potrafi.
Wykazano, że ta syntetyczna melanina, zaprojektowana tak, aby naśladować naturalną melaninę ludzkiej skóry, przyspiesza gojenie się ran po zastosowaniu miejscowym na dotkniętą skórę. Efekty te występują w samej skórze i ogólnoustrojowo w całym organizmie.
Naukowcy stwierdzili, że syntetyczna melanina zastosowana w kremie może chronić skórę przed ekspozycją na słońce i leczyć skórę zniszczoną przez uszkodzenia słoneczne lub oparzenia chemiczne. Technika ta działa poprzez eliminację wolnych rodników wytwarzanych przez uszkodzoną skórę, taką jak oparzenie słoneczne. Pozostawienie aktywności wolnych rodników bez kontroli uszkadza komórki i może ostatecznie prowadzić do starzenia się skóry i raka skóry.
Wyniki badania opublikowano niedawno w czasopiśmie npj medycyna regeneracyjna.
Melanina występująca u ludzi i zwierząt zapewnia pigmentację skóry, oczu i włosów. Materiał chroni komórki przed uszkodzeniami słonecznymi, jednocześnie zwiększając pigmentację w odpowiedzi na światło słoneczne – proces powszechnie nazywany opalaniem. Ten sam pigment w Twojej skórze w naturalny sposób usuwa wolne rodniki w odpowiedzi na szkodliwe zanieczyszczenia środowiska ze źródeł przemysłowych i spalin samochodowych.
„Ludzie nie myślą, że ich codzienne życie to uszkodzenie skóry” – powiedział współautor dr Kurt Lo, profesor dermatologii Eugene i Gloria Bauer na Uniwersytecie Eugene. Uniwersytet Północno-Zachodni Feinberg School of Medicine i dermatolog w Northwestern Medicine. „Jeśli codziennie chodzisz na słońcu bez ubrania, jesteś bombardowany ciągłym promieniowaniem UV o niskiej jakości. Problem ten nasila się w godzinach szczytu w południe i w sezonie letnim. Wiemy, że skóra wystawiona na działanie słońca starzeje się w porównaniu ze skórą chronioną przez odzież, która nie wykazuje starzenia się prawie tak bardzo.
B-roll z laboratorium dermatologicznego autora badania, dr Kurta Lo. Źródło: Uniwersytet Northwestern
Skóra starzeje się również pod wpływem starzenia i czynników środowiskowych, w tym zanieczyszczeń środowiska.
„Wszystkie te uszkodzenia skóry powodują powstawanie wolnych rodników, które powodują stany zapalne i rozkładają kolagen” – powiedział Lu. „To jeden z powodów, dla których starzejąca się skóra wygląda inaczej niż młodsza skóra”.
Kiedy naukowcy stworzyli syntetyczne nanocząsteczki zawierające melaninę, zmodyfikowali strukturę melaniny, aby miała większą zdolność do wychwytywania wolnych rodników.
Na zmienioną zapalnie skórę nakłada się sztuczną melaninę. Tuż pod powierzchnią skóry znajdują się zielone wolne rodniki, znane również jako ROS, czyli „reaktywne formy tlenu”. Źródło: Yu Chen, Northwestern University
„Syntetyczna melanina jest w stanie usunąć więcej rodników na gram niż melanina ludzka” – powiedział współautor Nathan Giannishi, profesor chemii, inżynierii i inżynierii materiałowej, inżynierii biomedycznej i farmakologii na Northwestern University. „Jest jak super melanina. Jest biokompatybilna, biodegradowalna, nietoksyczna i przejrzysta po wcieraniu w skórę. W naszych badaniach działa jak skuteczna gąbka, usuwająca szkodliwe czynniki i chroniąca skórę.”
Po nałożeniu na skórę melanina pozostaje na powierzchni i nie wchłania się do warstw poniżej.
„Syntetyczna melanina stabilizuje skórę i kieruje ją na ścieżkę gojenia, co widzimy w górnych warstwach i na całym ciele” – powiedział Giannishi.
Przejście na nową teorię
Naukowcy, którzy badają melaninę od prawie 10 lat, najpierw przetestowali syntetyczną melaninę jako filtr przeciwsłoneczny.
„Chronił skórę i komórki skóry przed uszkodzeniem” – powiedział Giannici. „Następnie zastanawialiśmy się, czy syntetyczna melanina, która pełni przede wszystkim funkcję pochłaniacza rodników, może być stosowana miejscowo po urazach skóry i mieć na nią działanie gojące? Okazuje się, że dokładnie tak działa.”
Lu przewiduje, że syntetyczny krem z melaniną będzie stosowany jako wzmacniacz filtra przeciwsłonecznego dla dodatkowej ochrony oraz jako wzmacniacz w kremie nawilżającym, który wspomaga regenerację skóry.
Ilustracja przedstawiająca syntetyczną warstwę melaniny na skórze objętej stanem zapalnym. Źródło: Yu Chen, Northwestern University
„Możesz go nosić przed wyjściem na słońce i po nim” – powiedział Lu. „W obu przypadkach wykazaliśmy zmniejszenie uszkodzeń i stanów zapalnych skóry. Jednocześnie chronisz i naprawiasz skórę. To ciągła naprawa”.
Lu powiedział, że krem można również stosować do leczenia pęcherzy i otwartych ran.
Krem do stosowania miejscowego, który uspokaja układ odpornościowy
Giannishi i Lu odkryli, że krem z syntetycznej melaniny, absorbując wolne rodniki po urazie, uspokaja układ odpornościowy. Warstwa rogowa naskórka, zewnętrzna warstwa dojrzałych komórek skóry, łączy się z znajdującym się pod nią naskórkiem. Jest to warstwa powierzchniowa, która odbiera sygnały z ciała i świata zewnętrznego. Uspokajając niszczycielski stan zapalny na tej powierzchni, ciało może zacząć się leczyć, zamiast popadać w większy stan zapalny.
„Skóra i górne warstwy komunikują się z całym ciałem” – powiedział Lu. „Oznacza to, że stabilizacja tych górnych warstw może prowadzić do aktywnego procesu gojenia”.
Jak wypadł eksperyment?
Naukowcy użyli substancji chemicznej, aby wywołać gwałtowną reakcję na próbkę ludzkiej skóry umieszczoną w naczyniu. Owrzodzenia pojawiły się, gdy górne warstwy skóry oddzieliły się od siebie.
„To był bardzo stan zapalny, jak reakcja na trujący bluszcz” – powiedział Law.
Skóra jest teraz zregenerowana po leczeniu sztuczną melaniną. Zapalenie skóry. Źródło: Yu Chen, Northwestern University
Odczekaj kilka godzin, a następnie nałóż miejscowo krem z melaniną na dotkniętą skórę. Przez pierwsze kilka dni krem wspomagał odpowiedź immunologiczną, najpierw pomagając w regeneracji enzymów wychwytujących wolne rodniki w skórze, a następnie zatrzymując produkcję białek zapalnych. Zapoczątkowało to kaskadę reakcji, w których zauważono znaczny wzrost wskaźników wyleczeń. Obejmuje to utrzymanie zdrowych warstw skóry pod spodem. W próbkach, które nie zostały poddane działaniu kremu z melaniną, owrzodzenia utrzymywały się.
„Zabieg powoduje rozpoczęcie cyklu gojenia i naprawy skóry, regulowanego przez układ odpornościowy” – powiedział Lu.
Melanina może chronić ludzi przed toksynami, w tym gazami nerwowymi
Giannici i Lo badają melaninę w ramach programów badawczych finansowanych przez Departament Obrony USA (DOD) i Instytut Narodowy Instytut Zdrowia (Narodowy Instytut Zdrowia). Obejmowało to spojrzenie na melaninę jako pigment odzieżowy, który działałby również jako pochłaniacz toksyn w środowisku, zwłaszcza gazów nerwowych. Pokazali, że można zafarbować mundury wojskowe na czarno melaniną, która pochłania gaz paraliżujący.
Melanina pochłania również metale ciężkie i toksyny. „Chociaż może to działać w ten sposób w sposób naturalny, zaprojektowaliśmy go w celu poprawy wchłaniania tych toksycznych cząsteczek za pomocą naszej syntetycznej wersji” – powiedział Giannishi.
Rolka B z laboratorium chemicznego autorstwa autora badania Nathana Giannishiego. Źródło: Uniwersytet Northwestern
Naukowcy pracują nad tłumaczeniem klinicznym i testowaniem skuteczności syntetycznego kremu z melaniną. Na wstępnym etapie naukowcy zakończyli niedawno eksperyment wykazujący, że syntetyczna melanina nie powoduje podrażnień ludzkiej skóry.
Ponieważ zaobserwowali, że melanina chroni tkanki biologiczne przed promieniowaniem wysokoenergetycznym, uważają, że może to być skuteczny sposób leczenia oparzeń skóry spowodowanych ekspozycją na promieniowanie.
Obiecujące prace mogą zapewnić możliwości leczenia przyszłym pacjentom chorym na raka poddawanym radioterapii.
Odniesienie: „Miejscowe zastosowanie syntetycznej melaniny wspomaga naprawę tkanek” Dauren Biyashev, Zofia E. Siwicka, Ummiye V. Onay, Michael Demczuk, Dan Xu, Madison K. Ernst, Spencer T. Evans, Cuong V. Nguyen, Florencia A. Syn, Navjeet K. Paweł, Naniki C. McCallum, Omar K. Joy, Stephen D. Millera, Nathana C. Giannishi i Kurt Q. Low, 2 listopada 2023 r., npj medycyna regeneracyjna.
doi: 10.1038/s41536-023-00331-1
Inni autorzy z Northwestern to: Doreen Biashev, Zofia Siwicka, Omi Onai, Michael Demchuk, Madison Ernst, Spencer Evans, Cuong Nguyen, Florencia Son, Navjit Paul, Naniki McCallum, Omar Farha, Stephen Miller i Dan Shaw.
Badania zostały wsparte grantem U54 AR079795 z Narodowego Instytutu Zapalenia Stawów oraz Chorób Mięśniowo-szkieletowych i Skóry, National Institutes of Health oraz grantem FA9550-18-1-0142 z Departamentu Obrony.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
