Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern δημιούργησαν μια συνθετική κρέμα μελανίνης που προστατεύει και θεραπεύει το δέρμα από την ηλιακή ακτινοβολία και τις περιβαλλοντικές βλάβες εξαλείφοντας τις ελεύθερες ρίζες. Έχει πιθανές εφαρμογές στην αντηλιακή προστασία, στην επούλωση πληγών και ως άμυνα κατά των περιβαλλοντικών τοξινών, με κλινικές δοκιμές στον ορίζοντα. Παραπάνω δείχνει φλεγμονώδες δέρμα Ελεύθερες ρίζες (πράσινες) μέσα στο δέρμα. Τα ROS είναι «αντιδραστικά είδη οξυγόνου» ή ελεύθερες ρίζες. Πίστωση: Yu Chen, Πανεπιστήμιο Northwestern
Η συνθετική κρέμα παρέχει επίσης προστασία στο δέρμα από τις βλάβες από τον ήλιο.
Φανταστείτε μια κρέμα δέρματος που αντιμετωπίζει τις βλάβες που προκαλούνται από την καθημερινή έκθεση στον ήλιο και τις περιβαλλοντικές τοξίνες. Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Northwestern ανέπτυξαν μια συνθετική μελανίνη με την ικανότητα να κάνει ακριβώς αυτό.
Αυτή η συνθετική μελανίνη, σχεδιασμένη να μιμείται τη φυσική μελανίνη του ανθρώπινου δέρματος, έχει αποδειχθεί ότι επιταχύνει την επούλωση των πληγών όταν εφαρμόζεται τοπικά στο προσβεβλημένο δέρμα. Αυτές οι επιδράσεις εμφανίζονται στο ίδιο το δέρμα και συστηματικά σε όλο το σώμα.
Οι επιστήμονες είπαν ότι όταν εφαρμόζεται σε μια κρέμα, η συνθετική μελανίνη μπορεί να προστατεύσει το δέρμα από την έκθεση στον ήλιο και να θεραπεύσει το δέρμα που έχει υποστεί βλάβη από ηλιακή ακτινοβολία ή χημικά εγκαύματα. Αυτή η τεχνική λειτουργεί εξαλείφοντας τις ελεύθερες ρίζες που παράγονται από τραυματισμένο δέρμα, όπως το ηλιακό έγκαυμα. Η μη ελεγχόμενη δραστηριότητα των ελεύθερων ριζών βλάπτει τα κύτταρα και μπορεί τελικά να οδηγήσει σε γήρανση του δέρματος και καρκίνο του δέρματος.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό npj αναγεννητική ιατρική.
Η μελανίνη που βρίσκεται σε ανθρώπους και ζώα παρέχει μελάγχρωση στο δέρμα, τα μάτια και τα μαλλιά. Το υλικό προστατεύει τα κύτταρα σας από τις βλάβες από τον ήλιο ενώ αυξάνει τη μελάγχρωση ως απόκριση στο ηλιακό φως – μια διαδικασία που συνήθως αναφέρεται ως μαύρισμα. Η ίδια χρωστική ουσία στο δέρμα σας απομακρύνει φυσικά τις ελεύθερες ρίζες ως απόκριση στην επιβλαβή περιβαλλοντική ρύπανση από βιομηχανικές πηγές και τα καυσαέρια των αυτοκινήτων.
«Οι άνθρωποι δεν πιστεύουν ότι η καθημερινή τους ζωή είναι τραυματισμός του δέρματός τους», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Δρ. Κερτ Λο, Καθηγητής Δερματολογίας Eugene and Gloria Bauer στο Πανεπιστήμιο του Eugene. Πανεπιστήμιο Northwestern Feinberg School of Medicine και δερματολόγος στο Northwestern Medicine. “Αν περπατάτε χωρίς ρούχα κάθε μέρα στον ήλιο, βομβαρδίζεστε με συνεχείς ακτίνες UV χαμηλής ποιότητας. Αυτό επιδεινώνεται κατά τις μεσημβρινές ώρες αιχμής και την καλοκαιρινή περίοδο. Γνωρίζουμε ότι το δέρμα που εκτίθεται στον ήλιο γερνάει σε σύγκριση με το δέρμα που προστατεύεται από ρούχα, τα οποία δεν Δείχνουν τη γήρανση σχεδόν τόσο πολύ.
B-roll από το δερματολογικό εργαστήριο του συγγραφέα της μελέτης Dr. Kurt Lo. Πίστωση: Πανεπιστήμιο Northwestern
Το δέρμα γερνά επίσης λόγω γήρανσης και εξωτερικών περιβαλλοντικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της περιβαλλοντικής ρύπανσης.
«Όλες αυτές οι προσβολές στο δέρμα προκαλούν ελεύθερες ρίζες που προκαλούν φλεγμονή και διασπούν το κολλαγόνο», είπε ο Lu. «Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους το γερασμένο δέρμα φαίνεται τόσο διαφορετικό από το νεανικό δέρμα».
Όταν οι επιστήμονες δημιούργησαν συνθετικά νανοσωματίδια κατασκευασμένα με μελανίνη, τροποποίησαν τη δομή της μελανίνης ώστε να έχουν υψηλότερη ικανότητα να δεσμεύουν τις ελεύθερες ρίζες.
Η τεχνητή μελανίνη εφαρμόζεται σε φλεγμονώδες δέρμα. Ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του δέρματος υπάρχουν πράσινες ελεύθερες ρίζες, γνωστές και ως ROS, ή «αντιδραστικά είδη οξυγόνου». Πίστωση: Yu Chen, Πανεπιστήμιο Northwestern
«Η συνθετική μελανίνη μπορεί να αφαιρέσει περισσότερες ρίζες ανά γραμμάριο από την ανθρώπινη μελανίνη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Nathan Giannishi, καθηγητής χημείας, επιστήμης υλικών και μηχανικής, βιοϊατρικής μηχανικής και φαρμακολογίας στο Πανεπιστήμιο Northwestern. “Είναι σαν σούπερ μελανίνη. Είναι βιοσυμβατό, βιοδιασπώμενο, μη τοξικό και διαυγές όταν τρίβεται στο δέρμα. Στις μελέτες μας, δρα ως αποτελεσματικό σφουγγάρι, απομακρύνοντας τους επιβλαβείς παράγοντες και προστατεύοντας το δέρμα.”
Μόλις εφαρμοστεί στο δέρμα, η μελανίνη παραμένει στην επιφάνεια και δεν απορροφάται στα κάτω στρώματα.
«Η συνθετική μελανίνη σταθεροποιεί το δέρμα και το θέτει σε μια θεραπευτική πορεία, την οποία βλέπουμε στα ανώτερα στρώματα και σε όλο το σώμα», είπε ο Giannishi.
Εστιάζοντας σε μια νέα θεωρία
Οι επιστήμονες, που μελετούν τη μελανίνη για σχεδόν 10 χρόνια, δοκίμασαν για πρώτη φορά τη συνθετική μελανίνη ως αντηλιακό.
«Προστατεύει το δέρμα και τα κύτταρα του δέρματος από βλάβες», είπε ο Giannici. «Στη συνέχεια, αναρωτηθήκαμε εάν η συνθετική μελανίνη, η οποία λειτουργεί κυρίως ως ριζική απορροφητή, θα μπορούσε να εφαρμοστεί τοπικά μετά από τραυματισμό του δέρματος και να έχει θεραπευτική επίδραση στο δέρμα; Αποδεικνύεται ότι λειτουργεί ακριβώς έτσι».
Ο Lu οραματίζεται ότι η συνθετική κρέμα μελανίνης θα χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτικό αντηλιακού για πρόσθετη προστασία και ως ενισχυτικό στην ενυδατική κρέμα για την προώθηση της αποκατάστασης του δέρματος.
Απεικόνιση του συνθετικού στρώματος μελανίνης πάνω από το φλεγμονώδες δέρμα. Πίστωση: Yu Chen, Πανεπιστήμιο Northwestern
«Μπορείς να το φορέσεις πριν βγεις στον ήλιο και αφού είσαι στον ήλιο», είπε ο Lu. “Και στις δύο περιπτώσεις, δείξαμε μείωση της βλάβης του δέρματος και της φλεγμονής. Προστατεύετε και επισκευάζετε το δέρμα ταυτόχρονα. Είναι συνεχής αποκατάσταση.”
Η κρέμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία φυσαλίδων και ανοιχτών πληγών, είπε ο Lu.
Μια τοπική κρέμα που ηρεμεί το ανοσοποιητικό σύστημα
Οι Giannishi και Lu ανακάλυψαν ότι η συνθετική κρέμα μελανίνης, απορροφώντας τις ελεύθερες ρίζες μετά από τραυματισμό, ηρεμεί το ανοσοποιητικό σύστημα. Η κεράτινη στιβάδα, το εξωτερικό στρώμα των ώριμων κυττάρων του δέρματος, επικοινωνεί με την επιδερμίδα από κάτω. Είναι το επιφανειακό στρώμα, το οποίο λαμβάνει σήματα από το σώμα και τον έξω κόσμο. Ηρεμώντας την καταστροφική φλεγμονή σε αυτή την επιφάνεια, το σώμα μπορεί να αρχίσει να θεραπεύεται αντί να φλεγμονώνεται περισσότερο.
«Το δέρμα και τα ανώτερα στρώματα επικοινωνούν με ολόκληρο το σώμα», είπε ο Lu. «Αυτό σημαίνει ότι η σταθεροποίηση αυτών των ανώτερων στρωμάτων μπορεί να οδηγήσει σε μια ενεργή διαδικασία επούλωσης».
Πώς λειτούργησε το πείραμα;
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια χημική ουσία για να προκαλέσουν βίαιη αντίδραση σε δείγμα ανθρώπινου ιστού δέρματος σε ένα πιάτο. Τα έλκη εμφανίστηκαν καθώς τα ανώτερα στρώματα του δέρματος διαχωρίστηκαν το ένα από το άλλο.
«Ήταν πολύ φλεγμονώδες, σαν αντίδραση δηλητηριασμένου κισσού», είπε ο Λο.
Το δέρμα έχει πλέον αποκατασταθεί μετά από θεραπεία με τεχνητή μελανίνη. Φλεγμονώδες δέρμα. Πίστωση: Yu Chen, Πανεπιστήμιο Northwestern
Περιμένετε μερικές ώρες και μετά εφαρμόστε τοπική κρέμα μελανίνης στο προσβεβλημένο δέρμα. Κατά τη διάρκεια των πρώτων ημερών, η κρέμα διευκόλυνε την ανοσολογική απόκριση βοηθώντας πρώτα τα ένζυμα που καθαρίζουν τις ρίζες του δέρματος να ανακάμψουν και στη συνέχεια σταματώντας την παραγωγή φλεγμονωδών πρωτεϊνών. Αυτό ξεκίνησε μια σειρά από απαντήσεις κατά τις οποίες παρατήρησαν σημαντική αύξηση στα ποσοστά ίασης. Αυτό περιελάμβανε τη διατήρηση των υγιών στρωμάτων του δέρματος από κάτω. Σε δείγματα που δεν υποβλήθηκαν σε θεραπεία με κρέμα μελανίνης, τα έλκη παρέμειναν.
«Η θεραπεία έχει ως αποτέλεσμα να βάζει το δέρμα σε έναν κύκλο επούλωσης και αποκατάστασης, που ρυθμίζεται από το ανοσοποιητικό σύστημα», είπε ο Lu.
Η μελανίνη μπορεί να προστατεύσει τους ανθρώπους από τις τοξίνες, συμπεριλαμβανομένων των νευρικών αερίων
Οι Giannici και Lo μελετούν τη μελανίνη ως μέρος ερευνητικών προγραμμάτων που χρηματοδοτούνται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ (DOD) και το Ινστιτούτο Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας). Αυτό περιελάμβανε την εξέταση της μελανίνης ως χρωστικής ουσίας ενδυμάτων που θα λειτουργούσε επίσης ως απορροφητής για τις τοξίνες στο περιβάλλον, ιδιαίτερα τα νευρικά αέρια. Έδειξαν ότι μπορούσαν να βάψουν τις στρατιωτικές στολές μαύρες με μελανίνη και ότι θα απορροφούσε το νευρικό αέριο.
Η μελανίνη απορροφά επίσης βαρέα μέταλλα και τοξίνες. «Αν και μπορεί να λειτουργήσει με αυτόν τον τρόπο φυσικά, το σχεδιάσαμε για να βελτιώσουμε την απορρόφηση αυτών των τοξικών μορίων με τη συνθετική μας έκδοση», είπε ο Giannishi.
B-roll από το εργαστήριο χημείας από τον συγγραφέα της μελέτης Nathan Giannishi. Πίστωση: Πανεπιστήμιο Northwestern
Οι επιστήμονες επιδιώκουν κλινική μετάφραση και δοκιμαστική δοκιμή της αποτελεσματικότητας της συνθετικής κρέμας μελανίνης. Σε ένα προκαταρκτικό βήμα, οι επιστήμονες ολοκλήρωσαν πρόσφατα ένα πείραμα που δείχνει ότι η συνθετική μελανίνη δεν προκαλεί ερεθισμό στο ανθρώπινο δέρμα.
Δεδομένου ότι έχουν παρατηρήσει ότι η μελανίνη προστατεύει τους βιολογικούς ιστούς από την ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, πιστεύουν ότι αυτή θα μπορούσε να είναι μια αποτελεσματική θεραπεία για τα δερματικά εγκαύματα που προκαλούνται από την έκθεση στην ακτινοβολία.
Το πολλά υποσχόμενο έργο μπορεί να προσφέρει θεραπευτικές επιλογές για μελλοντικούς ασθενείς με καρκίνο που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία.
Αναφορά: «Τοπική εφαρμογή της συνθετικής μελανίνης προωθεί την επιδιόρθωση των ιστών» από τους Dauren Biyashev, Zofia E. Siwicka, Ummiye V. Onay, Michael Demczuk, Dan Xu, Madison K. Ernst, Spencer T. Evans, Cuong V. Nguyen, Florencia A. Γιος, Navjeet K. Paul, Naniki C. McCallum, Omar K. Joy, Stephen D. Miller, Nathan C. Giannishi και Kurt Q. Low, 2 Νοεμβρίου 2023, npj αναγεννητική ιατρική.
doi: 10.1038/s41536-023-00331-1
Άλλοι συγγραφείς του Northwestern περιλαμβάνουν: Doreen Biashev, Zofia Siwicka, Omi Unai, Michael Demchuk, Madison Ernst, Spencer Evans, Cuong Nguyen, Florencia Son, Navjit Paul, Naniki McCallum, Omar Farha, Stephen Miller και Dan Shaw.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από την επιχορήγηση U54 AR079795 από το Εθνικό Ινστιτούτο Αρθρίτιδας και Μυοσκελετικών και Δερματικών Νόσων, Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και την επιχορήγηση FA9550-18-1-0142 από το Υπουργείο Άμυνας.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”