Пептиды и синтез коллагена: новые косметические возможности
Количество и качество
Одним из наиболее популярных подходов к омоложению кожи в косметологии является ремоделирование. Это метод, при котором происходит стимуляция процессов, ведущих сначала к разрушению изношенных и поврежденных структур, а затем – к восстановлению и обновлению кожи. Важным элементом ремоделирования считается усиление синтеза коллагена – белка, образующего упругую основу нашей кожи. Принято считать, что с возрастом скорость производства коллагена в коже снижается, откуда логически следует, что стимуляция его синтеза является самым верным путем к восстановлению упругости кожи.
Тем не менее, исследования, проведенные в последние годы, показали, что в стареющей коже синтез коллагена нередко сохраняется на достаточно высоком уровне, а общее количество коллагена далеко не всегда снижается, а порой, напротив, повышается. Чем же тогда объяснить снижение упругости кожи и появление первых морщин?
Оказывается, количество коллагена – это еще не все. Значительно большую роль играет его качество. А вот оно-то с возрастом неизбежно понижается. Отчасти это происходит из-за того, что коллаген повреждается внешними факторами, такими как УФ-излучение и свободные радикалы. Но существуют еще и внутренние причины снижения качества коллагена. Одна из них – нарушение процесса сборки коллагена, в результате чего происходит накопление дефектных волокон, не обладающих нужной упругостью.
Форма и содержание
Коллаген является основным структурным белком нашего тела. Именно из него состоят сухожилия и хрящи, а также плотные листы соединительной ткани, поддерживающие внутренние органы. Кости и зубы состоят, в основном, из коллагена, насыщенного кристаллами кальция. Но для косметологов интерес представляет, главным образом, коллаген, формирующий опорную сетку в дермальном слое, и обеспечивающий коже упругость и плотность. Уберите коллаген - и кожа немедленно обвиснет и соберется в складки.
Коллаген синтезируется клетками дермального слоя – фибробластами. Существует несколько типов коллагена, которые принято обозначать римскими цифрами Основную массу коллагена в коже составляет коллаген I типа, представляющий собой волокна, сплетенные из множества более мелких нитей – фибрилл.
В процессе синтеза сначала образуются одиночные нити коллагена, представляющие собой цепочки, каждая из которых состоит примерно из 1400 аминокислот. Затем эти нити сплетаются в спирали, состоящие из трех нитей, закрученных друг вокруг друга.
Прочность спирали придает последовательность из трех аминокислот, которая повторяется на всем протяжении цепочки – глицин, пролин и гидроксипролин. Глицин – это маленькая аминокислота, образующая первый изгиб спирали. Далее идет гидроксипролин, формирующий второй изгиб, и, наконец, пролин, благодаря которому образуется последний изгиб.
На следующем этапе тройные спирали (проколлаген) выходят из фибробластов в межклеточное вещество дермы. И уже здесь они сплетаются в еще более толстые нити – коллагеновые волокна.
Что представляют собой декорины
Нарушения сборки коллагена кожи могут возникать по разным причинам. Например, это часто случается при дефиците одной из аминокислот - гидроксипролина. Обычно эта аминокислота образуется при присоединении кислорода и водорода к пролину, однако для этого процесса необходим витамин С. Если витамина С недостаточно, возникает нехватка гидроксипролина, что немедленно сказывается на форме коллагеновых спиралей. Именно поэтому в косметические средства для зрелой кожи имеет смысл включать готовый гидроксипролин, равно как и витамин С.
Но бывает и так, что все аминокислоты на месте, а форма получается неправильной. Недавно ученые разобрались, почему это происходит.
Оказывается, для того, чтобы сборка спиралей прошла без ошибок, в коже должны присутствовать особые белки - декорины. Они имеют подковообразную форму и могут присоединяться к коллагеновым протофибриллам, направляя их сборку в нужном направлении. Однако с возрастом синтез декоринов в коже нарушается, в результате чего часть из них теряет способность связываться с коллагеном. Именно тогда ошибки в сборке коллагена становятся все более частыми.
Чтобы проверить предположение о том, что именно декорин отвечает за качество сборки коллагена, ученые взяли отдельные коллагеновые нити и дали им возможность собраться в фибриллы. При этом в одном случае они добавляли к коллагену декорин, а в другом – нет. Оказалось, что те волокна, которые были собраны без декорина, имели неоднородный диаметр и, кроме того, стремились слиться друг с другом, образуя единую массу. С декорином же нити успешно собирались в аккуратные волокна примерно одинакового диаметра.
Опыты с мутантными мышами, у которых в коже отсутствует декорин, явились еще одним подтверждением роли этого белка. Такие мыши характеризуются тонкой, непрочной кожей с пониженной упругостью. Под микроскопом можно видеть, что коллагеновые фибриллы в их коже имеют разную толщину и беспорядочное расположение.
От белков к пептидам
Косметическая промышленность заинтересовалась декорином сразу же, как только в научной литературе стали появляться первые публикации результатов исследований, подтверждающих роль декоринов в синтезе коллагена. Однако создание косметики на их основе долгое время оставалось трудновыполнимой задачей.
Во-первых, размеры молекул декоринов слишком велики, чтобы они смогли проникнуть через роговой слой кожи. Кроме этого, возникала проблема стабильности декоринов в косметических композициях, так как не только коллаген, но и любой другой белок имеет определенную форму, определяющую его функции. Потерявший форму белок уже мало на что пригоден. Поэтому ученые пошли по иному пути.
Вместо того чтобы синтезировать весь белок, они попытались воспроизвести лишь ту его часть, которая отвечает за связывание декорина с коллагеном. В результате было синтезировано 23 коротких фрагмента, состоящих из четырех аминокислот. Далее надо было определить, какой из этих фрагментов (тетрапептидов) будет эффективно связываться с коллагеном. Эксперименты проводились сначала на изолированном коллагене и затем на искусственной коже, содержащей живые фибробласты.
В итоге был выбран один тетрапетид, состоящий из трех аминокислот, присутствующих в коже человека, и одной синтетической аминокислоты - цитруллина. Этот тетрапептид назвали декоринилом.
Затем были проведены клинические испытания. В них участвовали сначала три женщины, затем 22 и потом еще 21. Тетрапептид декоринил в концентрации 0.01% наносили на кожу в липосомном препарате два раза в день в течение одного-двух месяцев. По той же схеме равному количеству добровольцев наносили похожий препарат, не содержащий декоринила (плацебо). Изменения оценивались визуально, с помощью приборов, измеряющих упругость кожи, а также посредством изучения под микроскопом кусочков кожи, взятых путем биопсии до и после применения препарата.
Выяснилось, что у всех женщин в группе плацебо состояние кожи не изменилось. Зато в группе декоринила наблюдалось явное улучшение структуры кожи, она стала более гладкой и упругой. Под микроскопом было видно, что волокна коллагена выглядят более однородными и упорядоченными. Было отмечено также увеличение общего количества коллагена в коже, что говорит о том, что тетрапептид декоринил обладает еще и свойством стимулировать образование коллагена.