Керамиды и восстановление поврежденного кожного барьера

Понимание того, что на самом деле означает восстановление кожного барьера, на примере «кирпичной» модели.

Просмотрите свой список покупок средств по уходу за кожей, и вы найдете «церамиды» практически повсюду. Они встречаются в кремах для восстановления кожного барьера, восстанавливающих сыворотках и сезонных увлажняющих кремах для экстренных случаев. Сегодня церамиды стали практически синонимом восстановления кожного барьера.

Однако знакомство с названием не означает истинного понимания этих молекул. Почему церамиды стали одним из ключевых ингредиентов, связанных с восстановлением кожного барьера?

В «кирпично-растворной» структуре рогового слоя корнеоциты выступают в роли «кирпичей», а церамиды, холестерин и свободные жирные кислоты образуют межклеточный «раствор». Эти три компонента работают вместе, но каждый из них играет свою особую роль [1]:

Церамиды : играют ведущую роль в формировании липидных ламеллярных структур и являются основными компонентами кожного барьера.

Холестерин : регулирует гибкость липидов и помогает поддерживать эластичность мембран.

Свободные жирные кислоты : помогают установить и поддерживать слабокислую среду на поверхности кожи.

Если церамиды, холестерин и свободные жирные кислоты являются неотъемлемыми компонентами этой «основы», почему же церамиды стали центральным элементом восстановления кожного барьера? Ответ кроется в их соотношении в липидах рогового слоя и различиях между подклассами церамидов.

01. Почти 50%: Почему церамиды являются ключевым компонентом кожного барьера

В межклеточных липидах здорового рогового слоя кожи человека церамиды составляют приблизительно 40–50% от общего количества, холестерин — около 25%, свободные жирные кислоты — приблизительно 15%, а другие липиды — около 10%.

Состав межклеточных липидов в здоровом роговом слое кожи человека [1]:

Однако эта почти 50%-ная доля представляет собой лишь общее содержание церамидов. Кожа человека содержит по меньшей мере 12 подклассов церамидов, включая NP, AP и EOP. [2] Различия в сфингоидных основаниях, длине жирнокислотных цепей и характере гидроксилирования определяют различные роли отдельных подклассов.

Керамид NP : ключевой компонент, поддерживающий барьерную функцию кожи. Он способствует укреплению сцепления между корнеоцитами и усиливает физический барьер кожи.

Керамид AP : компонент, участвующий в регуляции влажности. Он помогает поддерживать процессы увлажнения кожи и нормальный обмен рогового слоя, а также баланс влаги.

Керамид EOP : структурный якорный компонент. Его сверхдлинноцепочечная ω-гидроксижирная кислота может ковалентно связываться с корнеоцитами, способствуя улучшению механической стабильности и структурной целостности кожи.

Клинические измерения показывают, что кожа с нарушенной барьерной функцией, например, кожа людей с атопическим дерматитом, может демонстрировать не только снижение общего содержания церамидов, но и уменьшение содержания отдельных их подклассов, а также дисбаланс в относительных пропорциях различных подклассов.

Это подчеркивает распространенное заблуждение в разработке средств по уходу за кожей: добавление церамидов в формулу не обязательно означает, что кожный барьер был эффективно восстановлен.

Молекулярная структура ингредиента, включая длину его углеродной цепи и совместимость с естественными липидами кожи, влияет на то, сможет ли он интегрироваться в межклеточный «раствор» барьера или лишь образовать временную окклюзионную пленку на поверхности кожи.

02. Естественное структурное сходство: почему важны молекулярные структуры, совместимые с кожей.

Различные источники церамидов могут демонстрировать существенные различия в своих свойствах и структурных характеристиках.

Экстракция растительного или животного происхождения : Полученный состав может быть сложным, что затрудняет точное воспроизведение структурной основы сфинголипидов рогового слоя кожи человека. Также могут наблюдаться существенные различия между партиями, а крупномасштабное производство может столкнуться с определенными ограничениями. [3]

Традиционный химический синтез : стереохимическая структура целевого продукта может не полностью соответствовать структуре встречающихся в природе человеческих сфинголипидов, и могут образовываться нежелательные побочные продукты.

Аналоги церамидов : их молекулярная структура упрощена. Хотя они могут оказывать увлажняющий эффект, их структура все же отличается от структуры встречающихся в природе человеческих церамидов.

Компания Viablife разрабатывает церамиды с использованием методов синтетической биологии и метаболической инженерии. Исследователи используют генно-модифицированные дрожжи и возобновляемые источники углерода, такие как глюкоза, для имитации ферментативно катализируемых реакций, происходящих в коже человека.

В процессе сначала получают совместимые с кожей прекурсоры, такие как фитосфингозин. Затем эти прекурсоры подвергаются биотрансформации, очистке и усовершенствованию для получения церамидных компонентов со структурой, очень похожей на липиды, обнаруженные в роговом слое кожи человека.

Для разработчиков рецептур практическое значение этой технологии очевидно: структурно схожие церамиды могут распределяться внутри и интегрироваться в пространства между корнеоцитами после нанесения, участвуя в формировании ламеллярной липидной «основы», а не оставаясь исключительно на поверхности кожи в виде масляной пленки.

Кожный барьер — не изолированная система: двусторонняя взаимосвязь между церамидами и кислотной мантией.

Выбор церамидов с молекулярной структурой, совместимой с кожей, — это только первый шаг. Кожный барьер не является замкнутой, изолированной системой; он тесно связан со слабокислой средой поверхности кожи. Церамиды и pH кожи оказывают двустороннее защитное воздействие.

Здоровая кожа обычно поддерживает pH поверхности примерно 4,5–5,5, что является слабокислой средой. Многие понимают, что кислая мантия помогает поддерживать микробиом кожи, но могут упускать из виду ее прямое влияние на собственные процессы синтеза церамидов в коже. [4]

В роговом слое кожи действуют два ключевых фермента: β-глюкоцереброзидаза и кислая сфингомиелиназа. Их оптимальная активность наблюдается в нормальной физиологической кислой среде кожи. Эти ферменты превращают липидные предшественники в функциональные церамиды, способствуя построению межклеточного «раствора» кожного барьера.

Частое использование сильнощелочных средств для умывания лица может повысить pH кожи и подавить активность этих ферментов. В результате собственная выработка церамидов кожей может снизиться, что потенциально может нарушить ее способность к эндогенному восстановлению.

Эта взаимосвязь работает в обоих направлениях. Достаточное количество церамидов также может помочь поддерживать стабильность кислотной среды кожи. [5]

Эксперименты in vitro показали, что:

При pH 5,5 (физиологически кислая среда) : смеси церамидов могут образовывать плотные многослойные структуры.

При pH 7,4 (нейтральная среда) : ламеллярные структуры дезорганизуются, что затрудняет формирование плотных многослойных мембран. Барьерная защита значительно снижается, а трансэпидермальная потеря воды (TEWL) заметно возрастает.

Суть ухода за кожей заключается в уважении к собственным физиологическим процессам кожи.

Эффективное восстановление кожного барьера — это не просто добавление популярного ингредиента. Для этого необходимо учитывать соответствующую комбинацию подклассов церамидов, обладающих сходными в природе молекулярными структурами, способными интегрироваться в межклеточные липидные структуры, а также мягкую, слабокислую среду, поддерживающую активность собственных восстанавливающих ферментов кожи.

Для брендов, занимающихся производством средств по уходу за кожей, и разработчиков рецептур поиск сырья на основе церамидов с четко определенной структурой, высокой чистотой и стабильным качеством производства является важной основой для разработки средств по уходу за кожей, направленных на надежную поддержку кожного барьера.

Ссылки

[1] Боустра Дж. А., Понец М. Кожный барьер в здоровом и болезненном состоянии. Биохимика и биофизика Acta. 2006;1758(12):2080–2095.

[2] Холлеран В.М., Такаги Й., Учида Й. Эпидермальные сфинголипиды: метаболизм, функция и роль в кожных заболеваниях. Письма FEBS. 2006;580(24):5456–5466.

[3] Мураками С., Шимамото Т., Нагано Х. и др. Получение человеческого церамида-НС путем метаболической инженерии с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Научные отчеты. 2015;5:16319.

[4] Бейкер П., Хуанг С., Раде Р. и др. Функция кожного барьера: взаимодействие физических, химических и иммунологических свойств. Клетки. 2023;12(23):2745.

[5] Новакова А., Сагратова И., Пулманнова П. и др. Кислотный pH необходим для многослойной сборки липидов кожного барьера in vitro. Журнал исследовательской дерматологии. 2021;141(8):1915–1921.