Ricerca applicata
■ Guido Rovesti, Roberta Donadelli - CR&D, Milano
Acido jaluronico:
suoi oligomeri
e precursori
nell’idratazione
e penetrazione
transcutanea
L’acido jaluronico (HA) è un biopolimero con un’ ampia variabilità di viscosità in soluzione acquosa,
dipendente da suo peso molecolare, e presente in misura variabile nei vari strati della cute
C
ome è noto, l’acido Jaluronico,
e più generalmente i mucopolisaccaridi, sono costituenti della
sostanza fondamentale del connettivo, e i maggiori responsabili
del mantenimento dell’idratazione, ai vari livelli cutanei, sia in senso quantitativo che come presenza costante. Inoltre la presenza e la
quantità di HA influenzano, oltre a numerose
altre funzioni, la differenziazione e la motilità
cellulare, la riparazione di traumi, la cicatrizzazione, la lubrificazione delle giunture ossee.
L’acido jaluronico (HA) è formato da unità
molecolari costituite da N-Acetilglucosamina
e acido glucuronico (Fig.1) legati fra loro, e
con le altre unità da legami di tipo glucosidico. Dipendentemente dal numero di unità
costitutive della catena HA può essere idrosolubile, idrodispersibile come micelle colloidali, o insolubile in acqua. Quest’ultima tipologia
(peso molecolare da 20 a 2500 K Dalton) può
tuttavia essere facilmente solubilizzata come
sale sodico (Hyaluronan). Spazialmente HA
in soluzione diluita ha la forma di un’elica,
con i gruppi carbossilici situati all’esterno, e
a ciò è dovuta la proprietà di tenere legata
l’acqua: un grammo di HA può legare fino a
tre litri di acqua. Per questa ragione HA dona
turgidità, idratazione ed elasticità alla pelle.
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La sua polimerizzazione e le sue proprietà
idrofile sono fondamentali per le proprietà
meccaniche della pelle, delle quali l’elasticità
è componente fondamentale nei processi di
invecchiamento. L’elasticità delle strutture
cutanee è anche favorita direttamente da HA
diminuendo la trasformazione del collagene
da solubile (estensibile) a insolubile (rigido).
L’acido jaluronico fisiologico ha un peso molecolare variabile, in condizioni normali, da
800 a 8000 KDalton, ed è presente come sostanza gelatinosa a viscosità variabile,sia nella matrice extracellulare del derma che nell’epidermide. L’acido jaluronico, a questi livelli
di peso molecolare non solo ha la funzione
di trattenere l’acqua ma anche di garantire
gli scambi intracellulari nella sostanza fondamentale del connettivo. Le modificazioni
della pelle, dovute al crono invecchiamento,
al foto invecchiamento o a una serie di patologie cutanee abbastanza frequenti, possono variare il peso molecolare dell’ acido
jaluronico in alcune zone della pelle e quindi
variarne il livello di idratazione. Da un punto
di vista cosmetologico,pertanto, è importante ristabilire il giusto livello quantitativo di
acido jaluronico ai pesi molecolari adatti alle
funzioni richieste nei vari livelli cutanei. Non
Fig.1- L’acido jaluronico (HA) è formato da unità molecolari costituite da N-acetilglucosamina e
acido glucuronico.
Kosmetica • novembre 2012
Figura 2
è però possibile introdurre cosmetologicamente per via transcutanea l’acido jaluronico ai pesi molecolari fisiologici, a causa della
grandezza delle molecole. La solubilizzazione
in mezzo acquoso comporta, sempre ai pesi
molecolari considerati, la salificazione come
Sodio Jaluronato, che però non ha la possibilità di oltrepassare lo strato corneo, se non con
metodi propri della medicina (infiltrazione).
D’altra parte le esperienze condotte in questo
campo(1) mostrano che, in funzione del peso
molecolare variano la velocità e la quantità di
penetrazione dell’ acido jaluronico e delle sostanze derivate dalla sua idrolisi (HGAG – Glicosaminoglicani Idrolizzati). Un trattamento
cosmetologico con acido jaluronico o con
suoi precursori (HGAG) deve, a nostro parere, prevedere differenti livelli di penetrazione.
Tralasciando i pesi molecolari superiori a 20
KDalton, che non hanno possibilità di penetrare sotto lo strato corneo con trattamenti
cosmetologici, e che comunque possono essere solubilizzati solo mediante salificazione
con sodio, prendiamo in considerazione solo
i pesi molecolari inferiori a 9 KDalton. Una
parte che si possa definire ancora acido jaluronico (e che quindi posa mantenere in buona
parte la caratteristica di legare l’acqua), pur
derivando da una idrolisi parziale di molecole più lunghe non deve essere inferiore ai 5
KDalton (circa 15 unità base). Dalle nostre
esperienze le molecole con pesi molecolari
fra 5 e 9 K Dalton, inseriti in un prodotto di
skin care, si distribuiscono fra i vari strati
dell’epidermide, con una relazione inversa fra
profondità di penetrazione e peso molecolare. È prevedibile che l’ acido jaluronico con
maggiore peso molecolare, che si stabilisce
fra lo strato corneo e lo strato lucido, non
svolga una vera e propria funzione fisiologica, ma serva a diminuire la TEWL (TransEpidermalWater Loss) e quindi favorisca indi-
Kosmetica • novembre 2012
Figura 3
rettamente il mantenimento dell’acqua legata
negli strati inferiori. La presenza in formula di
HGAG (Glicosaminoglicani Idrolizzati) a peso
molecolare più basso, e in particolare quelli
costituenti la unità molecolare base (Acido
Jalobiuronico) sono molto importanti per due
principali ragioni: la prima è il loro potere di
“carrier”, la seconda è la possibilità di essere
utilizzati direttamente dai fibroblasti per la
biosintesi di acido jaluronico nativo. Questa
funzione è particolarmente importante nelle pelli senescenti, nelle quali la quantità di
acido Jaluronico tende a diminuire, causando una minore ritenzione di acqua a livello
epidermico, e conseguente formazione di
rughe. Ovviamente, non è sufficiente fornire
la “materia prima” per ottenere un sensibile
aumento della formazione dell’acido Jaluronico da parte dei fibroblasti: è importante anche
una adeguata e mirata stimolazione cellulare,
che oggi è possibile ottenere in modo fisiologico (peptidi, estratti meristematici di alcune
piante come il Leontopodium Alpinum). Ma
sembra che anche gli HGAG stessi operino
sulla membrana cellulare una stimolazione
simile a quella dei peptidi per la biosintesi
delle fibre proteiche (collagene, elastina).
Nel derma HA, a grado di polimerizzazione
abbastanza elevato (1000 -2000 K Dalton),
oltre a legare e mantenere l’acqua, aiuta la
differenziazione e la stabilizzazione cellulare.
HA a medio peso molecolare è più presente
nell’epidermide dove favorisce la proliferazione dei cheratinociti. HA a basso peso molecolare favorisce invece la migrazione cellulare
ai vari livelli cutanei. HA diminuisce invece
fortemente la capacità di trattenere acqua
quando il peso molecolare della catena polimerica si avvicina o supera i 20’000 K Dalton
e forma strutture anche di tipo ramificato:
in questo caso può provocare a, causando il
rallentamento dei flussi linfatici a causa della
conseguente bassa permeabilità a livello delle
pareti interstiziali (come nel caso della PEFS
– Panniculopatia Edemato Fibro Sclerotica)
Influenza sull’idratazione
Uno studio di P.Rovesti e S.B.Curri degli anni’70 (1) già dimostrava l’influenza degli oligomeri di HA sul trasporto dell’acqua sotto
lo strato corneo fino all’epidermide, aumentando la trasmittanza elettrica della pelle. Il
meccanismo di questa penetrazione in presenza di piccole molecole come gli oligosaccaridi, gli HA oligomeri (HGAG), o l’urea, è
connesso all’aumento del contenuto di acqua
fra lo strato corneo e la struttura epidermica
sottostante (penetrazione transepidermica)
(2), e, nel derma, all’interazione con le proteine intracellulari(3). Abbiamo sperimentato la
penetrazione transepidermica dell’acqua e la
conseguente idratazione utilizzando una miscela complessa di HGAG (Hydolyzed Glycosaminoglycans) in soluzione idroglicerica al
10%, con il nome commerciale di Glycacid
Eco, prodotto da CR&D, ottenuto da funghi
commestibili di origine cinese (Lentinus Edodes e Tremella Fuciformis). La sua composizione comprende la molecola base dell’HA
(Acido Jalobiuronico) e suoi multipli fino a
3. Come si può vedere dal grafico di figura 2
(elaborato da Farcoderm srl in collaborazione con l’Università di Pavia) un gel al 2% di
Glycacid Eco ha migliorato il parametro di
idratazione cutanea di circa 3,5 volte rispetto al blank (misurazioni in vivo con Corneometro Courage-Khazaka). Come si può poi
notare dal grafico di figura 3 l’idratazione
di tempo 0 si mantiene anche dopo 2h. Ciò
significa due cose: la prima è che la penetrazione dell’acqua è praticamente immediata, la
seconda è che gli HGAG hanno svolto la loro
funzione di precursori dell’HA favorendone la
biosintesi e quindi mantenendo l’idratazione
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Ricerca applicata
anche dopo un tempo ragionevolmente
lungo. Per oligomeri di HA superiori a
3 unità (cioè superiori a 1 K Dalton),
si ottiene certamente un effetto “carrier” operato dagli HGAG ma la penetrazione è meno profonda. Nella stessa
sperimentazione abbiamo notato che
aggiungendo il 10% di HA a basso peso
molecolare (5-9 K Dalton) il livello di
Epidermide.
idratazione profonda non cambia. Ciò
significa che la maggior parte di questo
risposta della pelle e quindi a un effetto finale
HA aggiunto rimane negli strati superiori
visibile. La cosmetogenomica è un efficace
dell’epidermide. Tuttavia questo preparato
strumento per la valutazione dell’attività di un
arricchito di HA, denominato Glycohyal LW
principio attivo; e d’altra parte la valutazione
(CR&D) prolunga il mantenimento dell’idradei Biomarkers valuta i cambiamenti dei getazione anche profonda, in quanto probabilni attraverso un protocollo sperimentale, e
mente contrasta la TEWL (TransEpidermal
mette in risalto l’efficacia del prodotto in un
Water Loss) trattenendo acqua legata e quindi
tessuto vitale e reattivo identica a un test “in
impedendo di fatto la migrazione dell’acqua
vivo”, e anche più sensibile. Tutto ciò per dire
dagli strati profondi verso l’esterno. Un effetche questo tipo di test è estremamente accuto accessorio dovuto a questa frazione è che
rato, e permette una precisa valutazione del
la maggiore quantità di acqua legata a livello
potere di “carrier” degli HGAG su molecole di
dello strato corneo favorisce una migliore
non facile penetrazione se utilizzate da sole.
distribuzione dei lipidi epidermici e quindi
I test sono stati effettuati confrontando una
una maggiore coesione fra i corneo citi e il
coltura di cellule meristematiche di Leontobilanciamento del mantello idrolipidico: il ripodium Alpinum (Leontopodium MCC) al 2%
sultato organolettico è il cosiddetto “effetto
contro Glycogem Leontopodium (Glycogem
vellutato” che si manifesta immediatamente
L) al 2% e Glycacid Eco (HGAG 10%)=CN al
ma anche è di lunga durata, proprio a causa
2%. I geni analizzati dopo il trattamento con
dell’acqua legata nello strato corneo.
i tre prodotti hanno permesso di valutare
l’azione sulla attivazione enzimatica e la sua
HGAG come carriers
differenziazione. La rapidità e la crescita deldi penetrazione transepidermica
la attività dimostra che gli oligomeri dell’HA
I Glicosaminoglicani idrolizzati (HGAG) nelhanno forti capacità di carrier nei confronti
la loro forma di Glycacid Eco (10% HGAG),
dei Fenilpropanoidi delle cellule MCC di Lesono stati da noi testati come mezzo di estraontopodium, con un aumento medio dei valozione e miglioratori di penetrazione per un
ri di circa quattro volte per la Ciclina D1; Altre
estratto di coltura meristematica di Leontoesperienze similari, con molecole più piccole
podium Alpinum (Stella Alpina) contenente
(es.Carnitina, p.m. 161)e quindi di più facile
principalmente un complesso di Fenilpropapenetrazione, hanno mostrato comunque una
noidi a peso molecolare variabile da 0,18 a
accresciuta rapidità di penetrazione, che va
0,80 K Dalton. Questo estratto è presente sul
a favore della cosiddetta “biodisponibilità”,
mercato con il nome di Glycogem Leontopocioè la capacità di fare arrivare una sostanza
dium (CR&D). La valutazione è stata fatta su
attiva nel poso giusto e il più possibile inaltemodelli di pelle “in vitro” in situazioni fisiolorata. Infatti una penetrazione veloce impedigiche e permette di evidenziare gli effetti biosce di fatto una eventuale degradazione della
logici del prodotto in un tempo prefissato e il
sostanza, biologica,enzimatica o ossidativa, o
suo meccanismo di azione a livello dermico
una “cattura” da parte del microcircolo o del
ed epidermico (test effettuati da Vitroscreen
flusso linfatico.
srl). L’approccio sperimentale è basato sul
concetto di “cosmetogenomica”:l’azione cosmetica sulla pelle è studiata sulla base di riHGAG come precursori
sultati puramente biologici: dal nucleo, il cuodell’acido jaluronico (HA)
re della cellula responsabile dell’espressione
HA è sintetizzato, a livello cellulare, da una
di gran parte dei geni porta a una cascata di
classe di enzimi definite Hyaluronan Syneventi che stanno alla base di una effettiva
thases: Questi enzimi allungano la catena
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di HA addizionando ripetutamente la
sequenza delle due molecole base Acetilglucosamina e Acido Glucuronico per
formare il polimero, che viene estruso,
attraverso la membrana cellulare, nello spazio extracellulare. L’utilizzo di
HGAG, nella forma di Glycacid Eco
(che comprende da 1 a 3 unità)trasporta facilmente queste piccole molecole base fino ai fibroblasti, per essere
elaborate dalla membrana cellulare in
catene di lunghezza variabile fino a qualche migliaio di K Dalton. Questa biosintesi
può essere influenzata, per quanto riguarda
la lunghezza della catena, da alcune sostanze, come i peptidi, alcuni fenilpropanoidi e
altre sostanze attive sulla stimolazione dei
fibroblasti. I test da noi condotti, come anche evidenziato dal grafico di fig.2, relativo
all’aumento di idratazione cutanea, mostrano
che la presenza di HGAG influenza anche la
quantità di HA prodotto, a sua volta collegata
alla quantità di acqua legata da HA a livello
dermico ed epidermico. La lunghezza della
catena può invece essere poi influenzata,
dopo il processo di biosintesi, dall’enzima
Hyaluronidase, che può ridurre, anche in
modo radicale, la lunghezza della catena.
Per questa ragione l’utilizzo cosmetologico
di sostanze (come l’estratto di cellule meristematiche di Echinacea o di Centella Asiatica)
che possano ridurre l’attività della Hyaluronidase, è molto interessante quando si vuole ottenere una idratazione di lunga durata.
D’altra parte la produzione di catene di HA
di media dimensione può essere influenzata
anche dall’apporto, per via cosmetologica, di
oligomeri HGAG, come dimostrato dagli studi
sulla PEFS di G.Rovesti e S.B.Curri (4) che
dimostrano la sostanziale diminuzione del’HA
di grandi dimensioni a livello delle pareti interstiziali sostituito, attraverso un processo
metabolico, da catene più corte che ristabiliscono la permeabilità delle pareti stesse.
© RIPRODUZIONE RISERVATA
Bibliografia
- Ankush I.Shembale & coll., International Journal
of Pharm.Research&Development online www.
ijprd.com.
- Inayat Bashir Pathan, Mallikarjuna Setty – Tropical
Journal of Pharmaceutical Research, 8, April 2009,
173-179.
Kosmetica • novembre 2012