Стовбурові клітини рослин та їх вплив на шкіру

Наталія Кіщенко, біохімік, провізор-косметолог, керівник інформаційного відділу ТОВ «Інтеркосметік Груп» (Київ)

Джерела стовбурових клітин рослин

На відміну від тварин рослини утворюють нові клітини протягом усього життя. Зростання їх забезпечується меристемами – обмеженими ділянками тканин, які постійно зберігають ембріональний стан. Мерістеми (освітні тканини) знаходяться у певних місцях – у точках або зонах зростання, наприклад: на верхівці пагона або на кінчику кореня. Основною функцією зон зростання є активний поділ та породження нових клітин. Клітини, що розвиваються з меристем, ростуть і диференціюються в постійні тканини. Вони визначають зростання стебел і коренів, відповідають за загоєння їх ушкоджених ділянок. У меристемі зосереджені клітини, здатні до необмеженого поділу протягом усього життя рослини, а це десятки та сотні років. Такі клітини називають ініціальними. Саме з клітин меристеми різних рослин одержують стовбурові клітини. Рослинні клітини, які використовуються сьогодні у косметиці, правильніше називати не стовбуровими, а меристемальними.

Для стовбурових клітин рослин характерний асиметричний поділ. Це означає, що й нащадки можуть мати різну долю – або залишатися стовбуровими (тотипотентними), чи піддаватися диференціювання. Тотипотентність означає, що надалі зі стовбурової клітини може розвинутись будь-яка інша клітина рослинного організму.

Стовбурові клітини рослин несуть всю інформацію про майбутній організм і мають молекулярний потенціал для забезпечення його розвитку. Маючи унікальний концентрат виключно активних речовин та інтенсивний внутрішньоклітинний обмін, стовбурові клітини рослин мають найпотужніший життєвий потенціал і практично необмежені регенеративні можливості.

Біохімічні особливості стовбурових клітин рослин

Обмінні процеси недиференційованих тканин рослин (меристем) значно відрізняються від тих, що відбуваються у всіх інших тканинах. Основні біохімічні процеси в них спрямовані на збереження генетичної інформації та безперебійність процесу поділу, а також на максимальний захист від шкідливих факторів навколишнього середовища. Цим пояснюється синтез та накопичення у високій концентрації речовин, які зустрічаються виключно у стовбурових клітинах, а в зрілих тканинах або відсутні, або є у слідових кількостях.

Клітини меристем багаті нуклеїновими та амінокислотами, вітамінами та мінералами (кофакторами), ферментами та антиоксидантами, енергоємними сполуками та компонентами дихальних систем. Присутні в стовбурових клітинах і фітогормони, які в незначних кількостях мають регуляторний вплив, координують фізіологічні процеси та відіграють провідну роль в адаптації рослин до умов середовища. Відомі такі групи фітогормонів: ауксини, гібереліни, цитокініни, брассиноліди, жасмонати, поліаміни, пептиди. Важливою особливістю меристем є присутність у них високих концентрацій рибонуклеїнових кислот (РНК), роль яких виключно важлива у процесі поділу, у підтримці клітинних комунікацій, синхронізації функціонування клітин. Виявлено, що одна з функцій ауксинів – активація ферментів РНК-полімераз, які контролюють синтез РНК у стовбурових клітинах, а представник класу цитокінінів – кінетин перешкоджає виникненню дефектів у РНК під час їх складання. Крім того, доведено, що кінетин, основна функція якого – уповільнювати процеси старіння рослин, у людини виконує ту саму функцію. Слід зазначити, що в рослинних стовбурових клітинах знайдені речовини, які зустрічаються і в організмі людини, наприклад: антиоксидантні ферменти (супероксиддисмутаза, глутатіонпероксидаза, каталаза), що нейтралізують вільні радикали як рослин, так і людини; компоненти системи цитохрому, які у людському організмі забезпечують клітинне дихання; елементи сигнальних шляхів (G-білки, мітогенактивовані протеїнкінази (МАРК)), які визначають ріст, поділ та старіння людських клітин; білки-шаперони, що впливають на просторову організацію білкових молекул, та ін.

Способи отримання рослинних стовбурових клітин

Необхідно підкреслити, що клітинна маса – рослинні клітини повністю – у косметичні засоби не вводиться. Зазвичай використовують лише активні інгредієнти стовбурових клітин рослин, екстракти яких можна одержати двома способами.

Перший спосіб - пряме екстрагування із зон активного росту рослин. Для цього нирки, пагони, коріння і проростки збирають ранньою весною, коли рослини мають максимальний енергетичний потенціал. Зібраний матеріал очищають, подрібнюють і поміщають у водно-спиртову або водно-гліцеринову суміш. Отримані таким чином екстракти мають особливу цінність, тому що в них зберігається комплекс активних компонентів у поєднанні. Однак цей спосіб занадто затратний і трудомісткий, а тому непридатний для виробництва.

Другий спосіб – біотехнологічний синтез. Спочатку з вихідної рослини одержують життєздатну тканину, потім у ній робиться невеликий надріз. Клітини в місці пошкодження починають активно ділитися і утворюють безбарвну клітинну масу (каллус), яка має властивості стовбурових клітин. Потім каллус поміщають у живильне середовище для нарощування біомаси. На закінчення біомаси виділяють необхідні компоненти, очищають і стабілізують їх подальшого використання у косметиці. Основна перевага біотехнологічного способу – можливість одержання великих кількостей стандартизованих екстрактів недиференційованих клітин рослини.

Цей спосіб отримання екстрактів має свої складності, що робить кінцевий продукт досить дорогим. Калусні клітини поза організмом ростуть хаотично, в процесі культивування поступово втрачають здатність до регенерації, є генетично нестабільними (число та «якість» хромосом у них може сильно відрізнятися), гетерогенні за віком. І головне, кожному за виду рослин доводиться підбирати свої, особливі умови культивування. Це уповільнює роботу з розширення переліку культур недиференційованих клітин рослин.

Завдяки біотехнологічному методу можна отримувати екстракти рослинних стовбурових клітин із заздалегідь заданими властивостями та чітко визначеною кількістю активних речовин. Культивуючи рослинні стволові клітини в захищених і строго контрольованих умовах, вдається досягти виробництва цих речовин зі значною біологічною активністю. Штучні умови культивування дозволяють отримувати стовбуровий матеріал з дуже рідкісних рослин, наприклад високогірного едельвейсу або глибоководних арктичних водоростей, витягуючи необхідну кількість сировини з невеликих фрагментів рослин, і при цьому зберігати навколишнє середовище.

Стовбурові клітини тварин та рослин: подібність та відмінності

Незважаючи на значні відмінності у фізіології тварин та рослин, вони мають багато точок дотику. Ряд біохімічних процесів у тварин і рослин базується на загальних механізмах, активні компоненти стовбурових клітин подібні до будови і виконують однакові функції. Порівнюючи тварини та рослинні клітини, слід виділити ряд загальних рис та принципових відмінностей.

Чим подібні?

• Тварини та рослинні стовбурові клітини є недиференційованими. Це загальна властивість, характерна для тваринного та рослинного світу. Надалі, еволюціонуючи, ці клітини дають початок спеціалізованим тканинам, причому диференціація багато в чому залежить від оточення, в якому клітина знаходиться.
• Рослинні та тваринні клітини діляться асиметрично, утворюючи два типи клітин: одні залишаються стовбуровими, інші стають на шлях диференціації.
• Рослинні та тваринні стовбурові клітини синтезують специфічні речовини, що відрізняють їх від усіх інших клітин організму. Експериментально встановлено, що багато активних компонентів, які у стовбурових клітинах містяться у значних концентраціях, у диференційованих тканинах виявляються лише у слідових кількостях.

Чим відрізняються?

• На відміну від стовбурових клітин тварин і людини всі рослинні стовбурові клітини здатні диференціюватися в будь-яку з клітин рослини, тобто мають тотипотентність. У тварин і людини тотипотентність (можливість перетворюватися на будь-які види клітин і тим самим створювати цілий організм) характерна тільки для клітин ембріона в перші кілька циклів поділу зиготи. Згодом у людському організмі залишаються мультипотентні стовбурові клітини, що створюють спеціалізовані клітинні лінії декількох типів (наприклад, кровотворні або клітини жирової тканини) та уніпотентні, що відтворюють лише один тип диференційованих клітин.
• Друга важлива відмінність полягає в тому, що багато клітин дорослих рослин у відповідь на пошкодження здатні рухатися «назад у минуле», тобто втрачати свою спеціалізацію та повертатися у недиференційований стан. Цим пояснюється властиве рослинам вегетативне розмноження. У тварин така можливість донедавна взагалі заперечувалася.

Активні компоненти стовбурових клітин рослин

У кожної рослини стовбурові клітини мають свої властивості. Ось кілька прикладів.

Едельвейс (Leontopodium alpinum)

У стовбурових клітинах цієї рослини вироблено безліч захисних механізмів, необхідні виживання рослини в екстремальних кліматичних і екологічних умовах. Наукові дослідження підтвердили наявність потужних антиоксидантів та інших речовин із протизапальними та цитопротективними властивостями. Стовбурові клітини едельвейсу цінні вмістом у них леонтоподових кислот А, В і хлорної кислоти, що виявляють антигіалуронідазну та антиколагеназну активність, а також 3,5-дикаффелоілхінової кислоти, що має сильну антиоксидантну дію.

Центелла азіатська (Centella asiatica)

Стовбурові клітини азіатської центели проявляють виражену антиоксидантну активність, містять кафеоілхінові кислоти, що допомагають прибирати запалення, підвищувати тонус шкіри і кровоносних судин. Механізм дії ґрунтується на здатності значно пригнічувати продукцію цитокіну TNF-α, що бере участь у запуску запальної реакції, та оксиду азоту (NO) – сигнальної молекули, що викликає розслаблення судин.

Бузок звичайний (Syringa vulgaris L.)

Стовбурові клітини бузку здатні безпосередньо впливати на мітохондрії клітин шкіри людини, виступаючи як потужний біоактиватор, і оновлювати глибокі шари дерми завдяки речовині, що міститься в них, з сильним відновлюючим і антиоксидантним ефектом – вербаскозиду. Вербаскозид – фенілпропаноїдний глікозид (глікозид кавової кислоти), що має значну протизапальну активність, оскільки викликає дозозалежне зниження експресії прозапальних цитокінів у первинних культурах людських кератиноцитів. Крім того, вербаскозид захищає клітини від окислювального ушкодження в ході запальної реакції, інгібуючи викид активних форм кисню з лейкоцитів та хелатуючи іони заліза. В результаті наукових досліджень було виявлено, що металокомплекси природних поліфенолів, особливо вербаскозид Fe2+, здатні помітно відбілювати шкіру. Прямий відбілюючий ефект здійснюється за рахунок зв'язування іонів заліза, необхідних для роботи тирозинази (відбувається її пригнічення та переривається процес меланогенезу), опосередкований за рахунок вираженої антиоксидантної дії, що захищає від УФ-випромінювання. Крім високої антирадикальної та освітлювальної активності, вербаскозид відрізняється здатністю підвищувати стійкість клітин та тканин до нестачі кисню, володіючи помітним антигіпоксичним ефектом. Вербаскозид також потужно пригнічує зростання дріжджів Malassezia furfur. Продукт, отриманий із клітин бузку, ефективний проти 5α-редуктази – ферменту, що бере участь у виробництві шкірного сала, і, отже, сприяє скороченню всіх видів вугрів.

Гарденія жасминоподібна (Gardenia jasminoides)

Завдяки високій концентрації ферулової кислоти стовбурові клітини цієї рослини виявляють антиоксидантні властивості. Експерементально доведено, що культура клітин гарденії жасминоподібної має надзвичайно високу здатність боротися з процесом старіння «колагенової системи», виявляючи потрійну дію: ефективно стимулює синтез нового колагену та гіалуронової кислоти, інгібує активність ферменту колагенази, уповільнює деградацію колагенових волокон. Стовбурові клітини гарденії відновлюють складну рівновагу компонентів позаклітинного матриксу, підтримують функціонування фібробластів, знижують секрецію металопротеїназ ММП1, що руйнують колагенові волокна. Використання стовбурових клітин гарденії жасминоподібної дозволяє здійснити комплексний підхід до послаблення прогресивної атрофії дерми, що супроводжує старіння шкіри.

Дуб черешковий (Quercus robur), бук лісовий (Fagus sylvatica), акація сенегальська (Acacia senegal)

Стовбурові клітини цих рослин, внаслідок прямого впливу на мітохондрії, стимулюють клітинне дихання, підтримують енергетичний баланс, захищають ДНК від пошкоджень та сприяють повній біоревіталізації шкіри.

Швейцарська яблуня (Uttwiler spatlauber)

Відновлює стовбурові клітини шкіри, стимулює процеси регенерації, зменшує та запобігає прояву старіння, бореться зі зморшками. Біофлавоноїди яблука – потужні антиоксиданти, що захищають шкіру від несприятливих впливів навколишнього середовища, відновлюють її еластичність та пружність, а також підтримують систему кровообігу та зміцнюють стінки судин.

Морський фенхель (Crithmum мaritimum)

Стовбурові клітини мають глобальну захисну дію по відношенню до епідермісу. Забезпечують захист клітин від окислювального стресу, зберігають здоров'я та молодість шкіри, нормалізують процеси оновлення епідермісу, покращують зовнішній вигляд та гідратацію шкіри. Мають антитирозиназну (освітлюючу) і омолоджуючу дію, зміцнюють дермоепідермальне зчеплення, підвищують тургор шкіри.

Буддлея Давида (Buddleja Davidii)

Стовбурові клітини активно борються з фотостарінням шкіри, роблять зморшки менш помітними, покращують клітинне дихання та зміцнюють життєву силу мітохондрій. Мають потужну антиоксидантну дію, попереджають зневоднення і втрату шкірою еластичності.

Арганія (Argania spinosa)

Має особливі властивості, оскільки виростає в складних кліматичних умовах, що змушує рослину виробляти унікальні механізми захисту та репарації. Останні дослідження показали, що культура стовбурових клітин арганії пожвавлює стовбурові клітини дерми, прискорює регенераційні процеси шкіри, активізує роботу фібробластів, синтез колагену, що веде до розгладжування шкіри та сприяє процесу омолодження.

Томати (Solánum lycopérsicum)

Стовбурові клітини спеціалізуються на захисті клітин шкіри від окислювального стресу, захищають цілісність ядерної ДНК клітини від пошкоджень важкими металами, а також активують гени, що відповідають за відновлення ДНК та її захист.

Червоний виноград (Vitis vinifera)

Завдяки потужним антиоксидантним властивостям зміцнює стовбурові клітини шкіри, підтримує їх життєвий цикл та захищає від ушкоджень.

Вплив рослинних стовбурових клітин на шкіру

Стовбурові клітини рослин мають високу біологічну активність щодо клітин шкіри людини. У косметичні засоби їх вводять передачі біоенергетичного потенціалу, властивого проростку у фазі активного зростання рослини.

Як діють екстракти стовбурових клітин рослин, введені у космецевтичні препарати? Основа благотворної дії рослинних меристем - це детоксикація, яку вони запускають на молекулярно-клітинному рівні, і ефективне виведення токсинів, що вже утворилися, з організму. Компоненти екстрактів з антиокислювальними властивостями переривають ланцюгові реакції перекисного окислення ліпідів клітинних мембран, тим самим забезпечують збереження їхньої бар'єрної, транспортної та сигнальної функцій. Коригуються багато патологічних зрушень у клітинних програмах, оптимізується синтез колагену, еластину та глікозамінгліканів. Речовини-хелатори важких металів захищають функції життєво важливих ферментів. Білки-шаперони виправляють порушене укладання білкових молекул. Присутність фактора росту (кінетин) сприяє поліпшенню тургору, зникненню дрібних та зменшенню великих зморшок. В результаті покращення роботи мітохондрій активізується клітинна оксигенація. Крім того, рослинні стовбурові клітини мають властивість уповільнювати хронологічне старіння дермальних та епідермальних клітин шкіри, захищати клітини ДНК від окислення вільними радикалами та забезпечувати видиме оздоровлення шкіри.

Стовбурові клітини у косметології

Найчастіше екстракти стовбурових клітин застосовують у антивікових програмах. Косметика для старшого віку має бути особливо ефективною, адже в цьому випадку йдеться не про профілактику, а про дієву боротьбу з проявами старіння. Одна з головних надій сучасної anti-age-медицини – стовбурові клітини рослин із їх практично необмеженим регенеративним потенціалом.

Унікальність рослинних стовбурових клітин полягає в тому, що вони впливають відразу на кілька причин старіння шкіри, таких як окислювальний стрес, накопичення «молекулярних помилок», інтоксикація клітин. Вони підвищують стійкість шкіри до УФ-випромінювання та інших негативних факторів, відновлюють здатність старіючих стовбурових клітин людини формувати багатошаровий епідерміс. З віком стовбурові клітини людини знижують швидкість свого поділу та гірше відповідають на стимуляцію. Їхня низька активність призводить до того, що оновлення тканин сповільнюється, у них починають накопичуватися дефекти. Наприклад, в волокнах колагену з'являються звані зшивки, через що знижується пружність і еластичність шкіри, на обличчі з'являються ознаки птозу. Експерименти показали, що екстракти стовбурових клітин рослин здатні стимулювати поділ стовбурових клітин шкіри людини, а також можуть підвищувати ефективність регенерації та швидкість оновлення клітин зрілої шкіри. Це не тільки дозволяє досягати омолоджувального ефекту, але й значно підвищує ефективність таких процедур, як пілінги, дермабразія та лазерне шліфування, заснованих на стимуляції оновлення шкіри.

Так, наприклад, після 20 днів застосування екстракту стовбурових клітин едельвейсу на поверхні шкіри у зоні навколо очей зареєстровано зменшення глибини контурних зморшок на 15%. Під впливом екстракту стовбурових клітин яблука в людини на 80% збільшується кількість власних стовбурових клітин, а після опромінення УФ-променями виживає приблизно 7 разів більше клітин. Ці та інші приклади успішного застосування екстрактів стовбурових клітин дозволили розпочати використання стовбурових клітин рослин для створення різних anti-age-засобів.

Рослинні стволові клітини – це реальне досягнення сучасної біотехнології, яке успішно використовується при розробці косметики інтенсивної дії.

Резюме

Використання у складі косметичних засобів рослинних стовбурових клітин – дуже перспективний напрямок із кількох точок зору. Всі продукти, що їх містять:

• безпечні: не містять пестицидів, важких металів та інших шкідливих для організму речовин;

• доступні: немає сезонної та кліматичної залежності, а також існує можливість отримання рослинного матеріалу рідкісних рослин;
• стандартизовані: сучасні технології дозволяють отримувати екстракт із чітко визначеною кількістю активних речовин та значною біологічною активністю.

Для виробників косметики важливими аргументами на користь застосування екстрактів меристем є величезний потенціал, прихований у стовбурових клітинах рослин, їх гіпоалергенність, передбачуваність результату та етичність використання. Величезні можливості рослинних стовбурових клітин дозволяють перейти від «косметології догляду» до «косметології відродження».

Вперше опубліковано: Les Nouvelles Esthetiques Україна, №2 (84), 2014