Nanocząstkowy parasol

We wcześniejszych epokach opalenizna uważana była za cechę właściwą niższym stanom społecznym, a alabastrowa cera stanowiła nieodłączny element kanonu piękna, będąc równocześnie synonimem przynależności do elit. Przedstawicielki wyższych stanów tak bardzo dbały o zachowanie jasnej karnacji, że powszechne było stosowanie tzw. bielideł – mączek służących do bielenia skóry, zaś przed ekspozycją na promieniowanie słoneczne chroniły parasole (warto nadmienić, iż temu pierwotnemu przeznaczeniu parasol zawdzięcza swą nazwę – włoski termin parasole oznacza dosłownie słońcochron). Co ciekawe, moda na jasną cerę znajdowała uzasadnienie medyczne, powstawanie opalenizny jest bowiem reakcją obronną skóry na uszkodzenia powstające pod wpływem działania promieniowania UV. Uszkodzeniu ulegają włókna kolagenu i elastyny (odpowiedzialne za jędrność i młody wygląd skóry) oraz włókna ścian naczyń krwionośnych [1,2]. W odpowiedzi organizm produkuje ochronny pigment – melaninę, nadającą skórze brązową barwę. Powodem do niepokoju są statystki związane z zachorowalnością na nowotwory skóry, spośród których najgroźniejszym jest czerniak złośliwy (melanoma malignum). Według Krajowego Rejestru Nowotworów rocznie na świecie odnotowuje się ponad 100 tysięcy nowych zachorowań.

Dynamiczny rozwój cywilizacji spowodował głęboką degradację stratosferycznej warstwy ozonowej – naturalnego parasola chroniącego powierzchnię Ziemi przed promieniowaniem nadfioletowym, będącym częścią widma światła słonecznego. Promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez Słońce dzieli się na trzy zakresy: UV-A (o długościach fali w przedziale 320-400 nm), UV-B (290-320 nm) oraz UV-C (200-290 nm). Atmosfera ziemska pochłania całkowicie zakres UV-C oraz dzięki warstwie ozonowej, częściowo UV-B. W konsekwencji 97% promieniowania, które dociera do powierzchni Ziemi należy do zakresu UV-A [1]. Skóra człowieka, dzięki powierzchniowej warstwie zrogowaciałego naskórka, warstwie lipidowej oraz wytwarzanej melaninie, w naturalny sposób chroni przed negatywnym wpływem promieniowania słonecznego. Niemniej jednak nie jest to pełna ochrona, dlatego obecnie na rynku kosmetycznym znajduje się bogata gama preparatów zapobiegających negatywnym skutkom opalania. Kosmetyki zapewniające ochronę zewnętrzną dzieli się ze względu na różnice w mechanizmach ochrony skóry przed ekspozycją na szkodliwy wpływ promieniowania UV. Wyróżnia się zatem preparaty zawierające filtry fizyczne (mineralne) oraz kosmetyki na bazie filtrów chemicznych. Działanie filtrów chemicznych, do których zalicza się np. estry kwasu cynamonowego, oktokrylen, benzofenony, fenylobenzotriazole [1], polega na absorpcji promieniowania UV. Na ogół filtry chemiczne są substancjami o niskiej stabilności, ponadto istnieją doniesienia dowodzące ich szkodliwości dla organizmu człowieka, np. wysokiej przenikalności do mleka matki. Mechanizm działania filtrów fizycznych, zwanych także mineralnymi, (m.in. ditlenek tytanu oraz tlenek cynku), opiera się na odbiciu i rozpraszaniu promieni UV z zakresu UV-A i UV-B [3,4]. Filtry mineralne charakteryzują się transparentnością dla światła widzialnego i niską adhezyjnością, nie powodują podrażnień skóry oraz nie ulegają one rozkładowi pod wpływem promieni słonecznych [5], co stanowi o ich przewadze nad filtrami chemicznymi. Zasadniczym mankamentem filtrów fizycznych jest jednak niebezpieczeństwo związane z formowaniem na ich powierzchni reaktywnych form tlenu (reactive oxygen species, ROS) podczas ekspozycji na światło UV. Powstające indywidua o wysokim potencjale utleniającym (rodniki hydroksylowe (OH•), ponadtlenkowe (O2•-), nadtlenek wodoru (H2O2) oraz tlen singletowy (1O2)) są czynnikami o potwierdzonym działaniu cytotoksycznym i mutagennym [6]. Mogą uczestniczyć w procesach utleniania organicznych zarówno komponentów kosmetyku, jak i składników skóry, powodując fotouszkodzenia białek i lipidów skóry oraz DNA [7]. W związku z tym badania nad opracowywaniem receptur nowoczesnych i biologicznie obojętnych filtrów UV ukierunkowane są na poszukiwania rozwiązań, które z jednej strony zapewnią skuteczną barierę dla promieniowania UV, z drugiej zaś będą wykazywać możliwie najmniej negatywnych efektów wynikających z reakcji fotokatalitycznych.

W odpowiedzi na przedstawiony problem naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali wielofunkcyjny nanokompozyt tlenku cynku i polimeru, który może stanowić aktywny składnik kremów przeciwsłonecznych. Materiał zawiera nanocząstki tlenku cynku (ZnO) pokryte biokompatybilnym polimerem jakim jest chitozan (CS). Zaprojektowany materiał dzięki zastosowanej powłoce polimerowej umożliwia zachowanie właściwości absorpcyjnych (UV) i właściwości antybakteryjnych tlenku cynku przy jednoczesnej eliminacji problemu związanego z fotoaktywnością podczas ekspozycji na promieniowanie UV. Zmodyfikowany materiał nie wykazuje również efektu cytotoksycznego, który jest obserwowany w przypadku stosowania cząstek o rozmiarach poniżej 100 nm mogących wnikać w głąb skóry przez jej warstwę rogową naskórka. Głównymi zaletami prezentowanego nanokompozytu, oprócz wysokiej absorpcji promieniowania UV-A i UV-B i niskiego współczynnika załamania światła, jest stabilność chemiczna, wysoka aktywność antybakteryjna wobec opornych szczepów bakterii (Staphylococcus aureus, Escherichia coli) oraz brak cytotoksyczności względem komórek naskórka. Ze względu na właściwości absorpcyjne i brak aktywności fotokatalitycznej zaprezentowany materiał wykazuje duży potencjał aplikacyjny jako aktywny składnik kremów/filtrów przeciwsłonecznych.

Prezentowana technologia jest objęta ochroną patentową. Centrum Transferu Technologii CITTRU poszukuje podmiotów zainteresowanych dalszym komercyjnym wykorzystaniem opisanego rozwiązania oraz partnerów do współpracy B+R obejmujących przedstawioną tematykę badawczą.


Źródła:

  • [1] – E. Skórska, Oddziaływanie słonecznego promieniowania ultrafioletowego na organizm człowieka, KOSMOS. Problemy Nauk Biologicznych, 65 (2016) 657-667.
  • [2] – R. Dębowska, K. Bazela, I. Eris, Fotoliza i endonukleoza w ochronie skóry przed fotostarzeniem, Dermatol. Estet, 10 (2008) 90-96.
  • [3] – K. Kosmala, R. Szymańska, Nanocząstki tlenku tytanu (IV). Otrzymywanie, właściwości i zastosowanie, KOSMOS. Problemy Nauk Biologicznych, 65 (2016) 235-245.
  • [4] – M. Buchalska, G. Kras, M. Oszajca, W. Łasocha, W. Macyk, Singlet oxygen generation in the presence of titanium dioxide materials used as sunscreens in suntan lotions, J Photochem Photobiol A, 213 (2010) 158-163.
  • [5] – A. Kołodziejczak-Radzimska, T. Jesionowska, Zinc Oxide—From Synthesis to Application: A Review, Materials, 7 (2014) 2833-2881.
  • [6] – A. Jańczyk, A. Wolnicka-Głubisz, K. Urbanska, H. Kisch, G. Stochel, W. Macyk, Photodynamic activity of platinum(IV) chloride surface-modified TiO2 irradiated with visible light, Free Radic Biol Med, 44 (2008) 1120-1130.
  • [7] – P.J. McHugh, J. Knowland, Characterization of DNA damage inflicted by free radicals from a mutagenic sunscreen ingredient and its location using an in vitro genetic reversion assay, J Photochem Photobiol, 66 (1997) 276-281.

Autor: Paula Janus – pa.janus@uj.edu.pl

Paula Janus – doktor nauk chemicznych, broker technologii, odpowiedzialna za współpracę i komercjalizację innowacji powstałych na Wydziale Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska

PODZIEL SIĘ