Стволовые клетки растений и их влияние на кожу

Научная косметология, находясь в постоянном поиске альтернативных технологий омоложения, не так давно вывела на рынок новую группу субстанций, уже успевшую заявить о себе высокой эффективностью, – это стволовые клетки растений. Биологическая активность растительных стволовых клеток позволяет прогнозировать большое будущее их применению в составе косметических средств. Они доказали свою эффективность в устранении следов времени на коже, а также в коррекции других ее проблем.

Автор: Наталия Кищенко, биохимик, провизор-косметолог, руководитель информационного отдела ООО «Интеркосметик Групп» (Киев)
Источник: Les Nouvelles Esthetiques Украина, №2 (84), 2014, стр.108-115

Источники стволовых клеток растений

В отличие от животных растения образуют новые клетки на протяжении всей жизни. Рост их обеспечивается меристемами – ограниченными участками тканей, постоянно сохраняющих эмбриональное состояние. Меристемы (образовательные ткани) находятся в определенных местах – в точках или зонах роста, наприме: на верхушке побега или на кончике корня. Основной функцией зон роста является активное деление и порождение новых клеток. Развивающиеся из меристем клетки растут и дифференцируются в постоянные ткани. Они определяют рост стеблей и корней, отвечают за заживление их поврежденных участков. В меристеме сосредоточены клетки, способные к неограниченному делению на протяжении всей жизни растения, а это десятки и сотни лет. Такие клетки называют инициальными. Именно из клеток меристемы различных растений получают стволовые клетки. Растительные клетки, которые используются сегодня в косметике, правильнее называть не стволовыми, а меристемальными.

Для стволовых клеток растений характерно асимметричное деление. Это значит, что их потомки могут иметь различную судьбу – либо оставаться стволовыми (тотипотентными), либо подвергаться дифференцировке. Тотипотентность означает, что в дальнейшем из стволовой клетки может развиться любая другая клетка растительного организма.

Стволовые клетки растений несут всю информацию о будущем организме и обладают молекулярным потенциалом для обеспечения его развития. Имея уникальный концентрат исключительно активных веществ и интенсивный внутриклеточный обмен, стволовые клетки растений обладают мощнейшим жизненным потенциалом и практически неограниченными регенеративными возможностями.

Стволовые клетки животных и растений: сходство и различия

Несмотря на значительные различия в физиологии животных и растений, они имеют много точек соприкосновения. Ряд биохимических процессов у животных и растений базируется на общих механизмах, активные компоненты стволовых клеток сходны по строению и выполняют одинаковые функции. Сравнивая животные и растительные клетки, следует выделить ряд общих черт и принципиальных отличий.

Чем сходны?

• Животные и растительные стволовые клетки являются недифференцированными. Это общее свойство, характерное для животного и растительного мира. В дальнейшем, эволюционируя, эти клетки дают начало специализированным тканям, причем дифференциация во многом зависит от микроокружения, в котором клетка находится.
• Растительные и животные клетки делятся асимметрично, образуя два типа клеток: одни остаются стволовыми, другие становятся на путь дифференциации.
• Растительные и животные стволовые клетки синтезируют специфические вещества, отличающие их от всех других клеток организма. Экспериментально установлено, что многие активные компоненты, которые в стволовых клетках содержатся в значительных концентрациях, в дифференцированных тканях обнаруживаются лишь в следовых количествах.

Чем отличаются?

• В отличие от стволовых клеток животных и человека все растительные стволовые клетки способны дифференцироваться в любую из клеток растения, то есть обладают тотипотентностью. У животных и человека тотипотентность (возможность превращаться в любые виды клеток и тем самым создавать целый организм) характерна только для клеток эмбриона в первые несколько циклов деления зиготы. Впоследствии в человеческом организме остаются мультипотентные стволовые клетки, создающие специализированные клеточные линии нескольких типов (например, кроветворные или клетки жировой ткани) и унипотентные, воспроизводящие только один тип дифференцированных клеток.
• Второе важное различие состоит в том, что многие клетки взрослых растений в ответ на повреждение способны двигаться «назад в прошлое», то есть утрачивать свою специализацию и возвращаться в недифференцированное состояние. Этим объясняется свойственное растениям вегетативное размножение. У животных такая возможность до недавнего времени вообще отрицалась.

Активные компоненты стволовых клеток растений

У каждого растения стволовые клетки имеют свои свойства. Вот несколько примеров.

Эдельвейс (Leontopodium alpinum)

В стволовых клетках этого растения выработано множество защитных механизмов, необходимых для выживания растения в экстремальных климатических и экологических условиях. Научные исследования подтвердили наличие мощных антиоксидантов и других веществ с противовоспалительными и цитопротективными свойствами. Стволовые клетки эдельвейса ценны содержанием в них леонтоподовых кислот А, В и хлорной кислоты, проявляющих антигиалуронидазную и антиколлагеназную активность, а также 3,5-дикаффелоилхиновой кислоты, обладающей сильным антиоксидантным действием.

Центелла азиатская (Centella asiatica)

Стволовые клетки центеллы азиатской проявляют выраженную антиоксидантную активность, содержат каффеоилхиновые кислоты, помогающие убирать воспаление, повышать тонус кожи и кровеносных сосудов. Механизм действия основан на способности значительно подавлять продукцию цитокина TNF-?, участвующего в запуске воспалительной реакции, и оксида азота (NO) – сигнальной молекулы, вызывающей расслабление сосудов.

Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.)

Стволовые клетки сирени способны напрямую воздействовать на митохондрии клеток кожи человека, выступая как мощный биоактиватор, и обновлять глубокие слои дермы благодаря содержащемуся в них веществу с сильным восстанавливающим и антиоксидантным эффектом – вербаскозиду. Вербаскозид – фенилпропаноидный гликозид (гликозид кофейной кислоты), имеющий значимую противовоспалительную активность, поскольку вызывает дозозависимое снижение экспрессии провоспалительных цитокинов в первичных культурах человеческих кератиноцитов. Кроме того, вербаскозид защищает клетки от окислительного повреждения в ходе воспалительной реакции, ингибируя выброс активных форм кислорода из лейкоцитов и хелатируя ионы железа. В результате научных изысканий было выявлено, что металлокомплексы природных полифенолов, особенно вербаскозид Fe2+, способны заметно отбеливать кожу. Прямой отбеливающий эффект осуществляется за счет связывания ионов железа, необходимых для работы тирозиназы (происходит ее ингибирование и прерывается процесс меланогенеза), опосредованный за счет выраженного антиоксидантного действия, защищающего от УФ-излучения. Кроме высокой антирадикальной и осветляющей активности, вербаскозид отличается способностью повышать устойчивость клеток и тканей к недостатку кислорода, обладая заметным антигипоксическим эффектом. Вербаскозид также мощно подавляет рост дрожжей Malassezia furfur. Продукт, полученный из клеток сирени, эффективен против 5?-редуктазы – фермента, участвующего в производстве кожного сала, и, следовательно, способствует сокращению всех видов угревых поражений.

Гардения жасминовидная (Gardenia jasminoides)

Благодаря высокой концентрации феруловой кислоты стволовые клетки этого растения проявляют антиоксидантные свойства. Эксперементально доказано, что культура клеток гардении жасминовидной имеет чрезвычайно высокую способность бороться с процессом старения «коллагеновой системы», оказывая тройное действие: эффективно стимулирует синтез нового коллагена и гиалуроновой кислоты, ингибирует активность фермента коллагеназы, замедляет деградацию коллагеновых волокон. Стволовые клетки гардении восстанавливают сложное равновесие компонентов внеклеточного матрикса, поддерживают функционирование фибробластов, снижают секрецию металлопротеиназ ММП1, разрушающих коллагеновые волокна. Использование стволовых клеток гардении жасминовидной позволяет осуществить комплексный подход к ослаблению прогрессивной атрофии дермы, которая сопровождает старение кожи.

Дуб черешчатый (Quercus robur), бук лесной (Fagus sylvatica), акация сенегальская (Acacia senegal)

Стволовые клетки этих растений, вследствие прямого влияния на митохондрии, стимулируют клеточное дыхание, поддерживают энергетический баланс, защищают ДНК от повреждений и способствуют полной биоревитализации кожи.

Швейцарская яблоня (Uttwiler spatlauber)

Восстанавливает стволовые клетки кожи, стимулирует процессы регенерации, уменьшает и предотвращает проявление признаков старения, борется с морщинами. Биофлавоноиды яблока – мощные антиоксиданты, защищающие кожу от неблагоприятных воздействий окружающей среды, восстанавливают ее эластичность и упругость, а также поддерживают систему кровообращения и укрепляют стенки сосудов.

Морской фенхель (Crithmum мaritimum)

Стволовые клетки обладают глобальным защитным действием по отношению к эпидермису. Обеспечивают защиту клеток от окислительного стресса, сохраняют здоровье и молодость кожи, нормализуют процессы обновления эпидермиса, улучшают внешний вид и гидратацию кожи. Обладают антитирозиназным (осветляющим) и омолаживающим действием, укрепляют дермоэпидермальное сцепление, повышают тургор кожи.

Буддлея Давида (Buddleja Davidii)

Стволовые клетки активно борются с фотостарением кожи, делают морщины менее заметными, улучшают клеточное дыхание и укрепляют жизненную силу митохондрий. Обладают мощным антиоксидантным действием, предупреждают обезвоживание и потерю кожей эластичности.

Аргания (Argania spinosa)

Обладает особыми свойствами, поскольку произрастает в сложных климатических условиях, что заставляет растение вырабатывать уникальные механизмы защиты и репарации. Последние исследования показали, что культура стволовых клеток аргании оживляет стволовые клетки дермы, ускоряет регенерационные процессы кожи, активизирует работу фибробластов, синтез коллагена, что ведет к разглаживанию кожи и способствует процесу омоложения.

Томаты

Стволовые клетки специализируются на защите клеток кожи от окислительного стресса, защищают целостность ядерной ДНК клетки от повреждений тяжелыми металлами, а также активируют гены, отвечающие за восстановление ДНК и ее защиту.

Красный виноград (Vitis vinifera)

Благодаря мощнейщим антиоксидантным свойствам укрепляет стволовые клетки кожи, поддерживает их жизненный цикл и защищает от повреждений.

Влияние растительных стволовых клеток на кожу

Стволовые клетки растений обладают высокой биологической активностью в отношении клеток кожи человека. В косметические средства их вводят для передачи биоэнергетического потенциала, свойственного проростку в фазе активного роста растения. Как действуют экстракты стволовых клеток растений, введенные в космецевтические препараты? Основа благотворного действия растительных меристем – это детоксикация, которую они запускают на молекулярно-клеточном уровне, и эффективное выведение уже образовавшихся токсинов из организма. Компоненты экстрактов с антиокислительными свойствами прерывают цепные реакции перекисного окисления липидов клеточных мембран, тем самым обеспечивают сохранение их барьерной, транспортной и сигнальной функций. Корректируются многие патологические сдвиги в клеточных программах, оптимизируется синтез коллагена, эластина и гликозамингликанов. Вещества-хелаторы тяжелых металлов защищают функции жизненно важных ферментов. Белки-шапероны исправляют нарушенную укладку белковых молекул. Присутствие фактора роста (кинетина) способствует улучшению тургора, исчезновению мелких и уменьшению крупных морщин. В результате улучшения работы митохондрий активизируется клеточная оксигенация. Кроме того, растительные стволовые клетки обладают свойством замедлять хронологическое старение дермальных и эпидермальных клеток кожи, защищать клетки ДНК от окисления свободными радикалами и обеспечивать видимое оздоровление кожи.

Биохимические особенности стволовых клеток растений

Обменные процессы недифференцированных тканей растений (меристем) значительно отличаются от тех, что происходят во всех других тканях. Основные биохимические процессы в них направлены на сохранение генетической информации и бесперебойность процесса деления, а также на максимальную защиту от повреждающих факторов окружающей среды. Этим объясняется синтез и накопление в высокой концентрации веществ, которые встречаются исключительно в стволовых клетках, а в зрелых тканях либо отсутствуют, либо есть в следовых количествах.

Клетки меристем богаты нуклеиновыми и аминокислотами, витаминами и минералами (кофакторами), ферментами и антиоксидантами, энергоемкими соединениями и компонентами дыхательных систем. Присутствуют в стволовых клетках и фитогормоны, которые в ничтожных количествах оказывают регуляторное влияние, координируют физиологические процессы и играют ведущую роль в адаптации растений к условиям среды. Известны следующие группы фитогормонов: ауксины, гиббереллины, цитокинины, брассинолиды, жасмонаты, полиамины, пептиды. Важной особенностью меристем является присутствие в них высоких концентраций рибонуклеиновых кислот (РНК), роль которых исключительно важна в процессе деления, в поддержании клеточных коммуникаций, синхронизации функционирования клеток. Обнаружено, что одна из функций ауксинов – активация ферментов РНК-полимераз, которые контролируют синтез РНК в стволовых клетках, а представитель класса цитокининов – кинетин препятствует возникновению дефектов в РНК при их сборке. Кроме того, доказано, что кинетин, основная функция которого – замедлять процессы старения растений, у человека выполняет ту же самую функцию. Следует отметить, что в растительных стволовых клетках найдены вещества, которые встречаются и в организме человека, например: антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, каталаза), нейтрализующие свободные радикалы как у растений, так и у человека; компоненты системы цитохрома, которые в человеческом организме обеспечивают клеточное дыхание; элементы сигнальных путей (G-белки, митогенактивируемые протеинкиназы (МАРК)), которые определяют рост, деление и старение человеческих клеток; белки-шапероны, влияющие на пространственную организацию белковых молекул, и др.

Стволовые клетки в косметологии

Наиболее часто экстракты стволовых клеток применяют в антивозрастных программах. Косметика для старшего возраста должна быть особенно эффективной, ведь в этом случае речь идет не о профилактике, а о действенной борьбе с проявлениями старения. Одна из главных надежд современной anti-age-медицины – стволовые клетки растений с их практически неограниченным регенеративным потенциалом.

Уникальность растительных стволовых клеток состоит в том, что они влияют сразу на несколько причин старения кожи, таких как окислительный стресс, накопление «молекулярных ошибок», интоксикация клеток. Они повышают устойчивость кожи к УФ-излучению и другим негативным факторам, восстанавливают способность стареющих стволовых клеток человека формировать многослойный эпидермис.

С возрастом стволовые клетки человека снижают скорость своего деления и хуже отвечают на стимуляцию. Их низкая активность приводит к тому, что обновление тканей замедляется, в них начинают накапливаться дефекты. К примеру, в волокнах коллагена появляются так называемые сшивки, из-за чего снижается упругость и эластичность кожи, на лице появляются признаки птоза. Эксперименты показали, что экстракты стволовых клеток растений способны стимулировать деление стволовых клеток кожи человека, а также могут повышать эффективность регенерации и скорость обновления клеток зрелой кожи. Это не только позволяет добиваться омолаживающего эффекта, но и значительно повышает эффективность таких процедур, как пилинги, дермабразия и лазерная шлифовка, основанных на стимуляции обновления кожи.

Так, например, после 20 дней применения экстракта стволовых клеток эдельвейса на поверхности кожи в зоне вокруг глаз зарегистрировано уменьшение глубины контурных морщин на 15%. Под воздействием экстракта стволовых клеток яблока у человека на 80% увеличивается количество собственных стволовых клеток, а после облучения УФ-лучами выживает приблизительно в 7 раз больше клеток. Эти и другие примеры успешного применения экстрактов стволовых клеток позволили начать использование стволовых клеток растений для создания различных anti-age-средств.

Растительные стволовые клетки – это реальное достижение современной биотехнологии, которое успешно используется при разработке косметики интенсивного действия.

Способы получения растительных стволовых клеток

Необходимо подчеркнуть, что клеточная масса – растительные клетки целиком – в косметические средства не вводится. Обычно используют лишь активные ингредиенты стволовых клеток растений, экстракты которых можно получить двумя способами.

Первый способ – прямое экстрагирование из зон активного роста растений. Для этого почки, побеги, корешки и проростки собирают ранней весной, когда растения обладают максимальным энергетическим потенциалом. Собранный материал очищают, измельчают и помещают в водно-спиртовую или водно-глицериновую смесь. Полученные таким образом экстракты имеют особую ценность, так как в них сохраняется комплекс активных компонентов в естественном сочетании. Однако этот способ слишком затратный и трудоемкий, а потому непригоден для массового производства.

Второй способ – биотехнологический синтез. Сначала из исходного растения получают жизнеспособную ткань, затем в ней делается небольшой надрез. Клетки в месте повреждения начинают активно делиться и образуют бесцветную клеточную массу (каллус), которая обладает свойствами стволовых клеток. Затем каллус помещают в питательную среду для наращивания биомассы. В заключение из биомассы выделяют нужные компоненты, очищают и стабилизируют их для дальнейшего использования в косметике. Основное преимущество биотехнологического способа – возможность получения больших количеств стандартизованных экстрактов недифференцированных клеток растения.

Этот способ получения экстрактов имеет свои сложности, что делает конечный продукт достаточно дорогим. Каллусные клетки вне организма растут хаотично, в процессе культивирования постепенно теряют способность к регенерации, являются генетически нестабильными (число и «качество» хромосом в них может сильно различаться), гетерогенны по возрасту. И главное, для каждого вида растений приходится подбирать свои, особые условия культивирования. Это замедляет работу по расширению перечня культур недифференцированных клеток растений.

Благодаря биотехнологическому методу можно получать экстракты растительных стволовых клеток с заранее заданными свойствами и четко определенным количеством активных веществ. Культивируя растительные стволовые клетки в защищенных и строго контролируемых условиях, удается добиться производства этих веществ со значительной биологической активностью. Искусственные условия культивирования позволяют получать стволовой материал из очень редких растений, например из высокогорного эдельвейса или глубоководных арктических водорослей, извлекая необходимое количество сырья из небольших фрагментов растений, и при этом сохранять окружающую среду.

Резюме

Использование в составе косметических средств растительных стволовых клеток – очень перспективное направление с нескольких точек зрения. Все продукты, их содержащие:

• безопасны:  не содержат пестицидов, тяжелых металлов и других вредных для организма веществ;
• доступны: нет сезонной и климатической зависимости, а также существует возможность получения растительного материала редких растений;
• стандартизированы: современные технологии позволяют получать экстракт с четко определенным количеством активных веществ и значительной биологической активностью.

Для производителей косметики важными аргументами в пользу применения экстрактов меристем служат громадный потенциал, скрытый в стволовых клетках растений, их гипоаллергенность, предсказуемость результата и этичность использования. Огромные возможности растительных стволовых клеток позволяют нам перейти от «косметологии ухода» к «косметологии возрождения».