Фуллерены в косметике что это
Что такое фуллерены?
Фуллереновый бум, или секрет «волшебной сажи».
Это молекулы углерода, размером 0,7 нм со сферической кристаллической решеткой в виде многогранника, у которого столько же вершин, сколько атомов в молекуле углерода.
Почему фуллерены называют ловушками для свободных радикалов?
Свободные радикалы чаще всего представлены в организме в виде АФК (активных форм кислорода), осуществляющих окисление клеток с последующим разрушением митохондрий, что ведет к старению тканей и появлению новообразований.
Молекула С60 быстро находит АФК в соединении перекиси водорода, вступает с ней в реакцию, образуя новые безопасные химические связи.
В настоящее время фуллерены широко используется в косметической промышленности как косметические ингредиенты в борьбе против морщин, угревой сыпи, гиперпигментаций, новообразований и воспалений различной природы.
В нашем интернет-магазине представлены омолаживающие тканевые маски с фуллеренами и протеинами шёлка, от производителя JOMTAM.
Помимо фуллеренов, в составе питательной сыворотки маски присутствуют ценные шёлковые протеины и аллантоин.
Белок серицин – так называемый «шёлковый коллаген», состоит из 286 белков и пептидов. Белковые шарики серицина заполняют поврежденные участки кожи, восстанавливая ее целостность. Это уникальное свойство шелковых протеинов обеспечивает выраженный лифтинг-эффект. Воздействие белков и проникающая особенность пептидов делают кожу гладкой, как шёлк.
Аллантоин – гипоаллергенное ранозаживляющее вещество, в состав которого входит глюкоза, гликозиды, фруктоза, каротин. Он обладает антибактериальными свойствами, смягчает, увлажняет сухую кожу, устраняет шелушения, предупреждает появление комедонов.
Тканевая маска с уникальными по эффективности ингредиентами оказывает сильное омолаживающее действие, подтягивает контуры, ускоряет метаболизм, выводит токсины, освежает цвет кожи, смягчает, увлажняет, наполняет энергией, повышает упругость кожи.
Фуллерены в косметике
Фуллерены способствуют сохранению молодости кожи и росту волос.
Фуллерены – это класс веществ с антиоксидантными свойствами, которые произвели сенсацию в мире косметологии (да и за его пределами). Уже сегодня они успешно применяются как косметические ингредиенты в борьбе против морщин, угревой сыпи, гиперпигментаций и воспалений различной природы. Помимо этого, некоторые фуллерены способны стимулировать рост волос и разглаживать шрамы. Синонимы: Fullerene, Fullerene Blend, Fullerene C(60). Запатентованные формулы: LipoFullerene™, Radical Sponge™.
Действие фуллеренов в косметике
Фуллерен – это особая молекулярная форма углерода. Фуллеренами в наиболее общем значении этого понятия принято называть экспериментально полученные молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода и имеющие форму выпуклых замкнутых многогранников: в их вершинах расположены атомы углерода, а связи между ними пролегают вдоль ребер. Понятно, что такой обширный класс молекул будет обладать самыми разнообразными свойствами, и часть из них оказались весьма востребованными в косметологии.
В первую очередь фуллерены используются в качестве инновационной «ловушки» для свободных радикалов: являясь мощными антиоксидантами, они весьма эффективны в борьбе с разнообразными признаками старения кожи. Благодаря свойству притягивать и нейтрализовать свободные радикалы, фуллерены в результате оказывают противовоспалительное действие, препятствуют процессам перекисного окисления, способствуют длительному глубокому увлажнению кожи, действуют как эффективный солнцезащитный фильтр, выравнивают цвет кожи и предотвращают формирование морщин.
Механизм действия фуллеренов принципиально отличается от всех остальных в силу особенностей строения их молекул: если другие антиоксиданты расходуются в ходе реакции, то фуллерен способствует взаимоуничтожению свободных радикалов и при этом сам не расходуется вовсе. Сфера фуллерена собирает на своей поверхности свободные радикалы, которые соединяясь между собой, обезвреживаются, а сам фуллерен остается неизменным. Кожа освобождается от вредоносных радикалов, в клетках эпидермиса и дермы улучшается метаболизм, что способствует эффективной регенерации. В некоторых исследованиях фуллереновые комплексы продемонстрировали более мощное антиоксидантное действие на свободные радикалы, чем витамин С (в 172 раза). Водорастворимые производные фуллеренов (например, карбоксифуллерены) вообще демонстрируют уникальную антиоксидантную активность. Кроме того, этот тип фуллеренов эффективно подавляет активность грамположительных и грамотрицательных бактерий, поэтому используется в составе косметики для борьбы с угревой сыпью.
Таким образом, фуллерены применяют для предотвращения симптомов старения, в качестве средства от уже появившихся морщин и пигментных пятен, как противовоспалительное средство (в том числе при акне). Они активно и надолго увлажняют кожу, эффективно борются с морщинами, защищают от воздействия солнечного излучения и негативных факторов окружающей среды, сужают расширенные поры, выравнивают тон кожи, обладают противовоспалительным действием, способствуют устранению самых разных косметических дефектов. Примечательно, что фуллерены также могут снимать раздражение на коже, устранять сыпь и даже стимулировать рост волос.
Одна из перспективных областей применения фуллеренов в косметике – относительно новое изобретение: это молекулярные структуры на основе фуллеренов, захватывающие озон – аллотроп кислорода, который гораздо менее стабилен, чем двухатомной O2 – и работающие в качестве эффективных фильтров, поглощающих ультрафиолетовое излучение.
Кому показаны фуллерены
Кому противопоказаны фуллерены
Пока что это достаточно малоизученный класс косметических ингредиентов, который по этой причине не рекомендован для наружного применения у детей, при беременности и лактации. Строгое противопоказание – реакция индивидуальной гиперчувствительности.
Косметика, содержащая фуллерены
Область применения фуллеренов достаточно широка и включает в себя как средства по уходу за кожей, так и продукты для ухода и лечения волос. Их также включают в средства от псориаза, дерматитов и микозов, в продукты от выпадения волос и для лечения шрамов, рубцов и растяжек. Согласно Регламенту Европейского Союза, максимально допустимая концентрация этого компонента в готовой косметической продукции составляет 1%.
Источники фуллеренов
Сложный метод получения определяет высокую стоимость фуллеренов и соответственно, косметики, содержащей эти компоненты. Первые фуллерены выделяли из конденсированных паров графита, получаемых при лазерном облучением твердых графитовых образцов. Затем разработали метод получения количеств путем сжигания графитовых электродов в электрической дуге в атмосфере гелия при низких давлениях: в процессе эрозии анода на стенках камеры оседала углеродная сажа, содержащая следовой остаток фуллеренов – они подлежат дальнейшему выделению, очистке и сепарации. Как правило, сажу, полученную при сжигании графита, смешивают органическим растворителем (способным эффективно растворять фуллерены), затем смесь фильтруют или отгоняют на центрифуге, а оставшийся раствор выпаривают. После удаления растворителя остается темный мелкокристаллический осадок – смесь фуллеренов, часто называемая фуллеритом. Разделение смеси фуллеренов на индивидуальные молекулярные фракции производят с помощью жидкостной хроматографии на колонках и жидкостной хроматографии высокого давления. Для получения водорастворимых форм к фуллеренам добавляют различные функциональные группы. Стоимость такой косметики повышает также и то, что в ней фуллерены не используются в чистом виде – на их «каркас» дополнительно присоединяют липидные комплексы.
Фуллерен в косметологии
Фуллерен хорошо растворяется в воде и может быть использован для синтеза новых производных. Подобные растворы являются высокостабильными и могут храниться годами без изменения свойств. Гидрофильные производные fullerenes обладают антиоксидантными свойствами даже после однократного применения в малых дозах, их регулирующее действие проявляется в течение длительного времени без каких-либо побочных реакций со стороны организма. Они обладают иммуномодулирующими, антиаллергическими, противовоспалительными, противораковыми, противовирусными и регенерирующими свойствами.
После длительных и тщательных научных исследований специалисты ТМ VitaminClub создали инновационную натуральную косметику на основе фуллереновой воды, аналогов которой в Украине нет. Такая продукция ранее производилась только в странах, которые достигли очень высокого уровня развития в сфере косметологии, таких, как Корея и Япония. Стоимость импортируемой косметики на основе гидратированного фуллерена была очень высокой для украинского потребителя. А теперь каждая женщина может ухаживать за своей кожей и волосами с помощью такой уникальной натуральной косметики уже украинского производства по более доступной по цене, при этом совершенно не опасаясь за качество продукции.
Научными исследованиями установлено, что самой устойчивой и при этом обладающей идеальными пропорциями молекулой из семейства фуллеренов C60, напоминающая по форме футбольный мяч. И ведь не даром фуллереновая вода производится из этой молекулы — благодаря этому она имеет постоянный состав, высокую симметрию, владеет умением легко концентрировать вблизи своей поверхности активные радикалы и способствовать их полной нейтрализации.
Фуллерен — это безопасно
Использование фуллерена полностью безопасно. Промышленное использование концентрата «Фуллерен C60» в качестве антиоксиданта в пищевой, парфюмерно-косметической, биотехнологической и микробиологической промышленности одобрено Министерством охраны здоровья Украины. Заключение МОЗ Украины № 05.03.02-04/89993 от 19 ноября 2010 г.
К тому же, биоантиоксидантные и структуроорганизующие свойства фуллерена позволяют существенно продлить сроки хранения косметической продукции без снижения потребительских качеств. Именно поэтому срок годности натуральных косметических средств ТМ VitaminClub 18 месяцев со дня выработки, а с начала использования — 6 месяцев для кремовых средств и 12 месяцев для жидких косметических продуктов.
Несомненно, появление на украинском рынке косметических продуктов, в состав которых входит fulleren, можно назвать большим шагом вперед в развитии украинской косметологии.
Помните, что регулярно применяя натуральные косметические средства на основе фуллереновой воды, Ваша кожа и волосы обретут здоровый, ухоженный и сияющий вид.
Интенсивно питает корни волос и кожу головы.
Фуллерены в косметике что это
Назначение: уход за кожей лица. Фуллерены являются мощнейшими антиоксидантами, известными на сегодняшний день. В среднем они превосходят действие всех известных до них антиоксидантов в 100—1000 раз. Кроме того, фуллерены проявляют противоаллергические свойства. По данным отечественных экспериментов симптомы искусственно вызванного атопического дерматита заметно ослабляются после подкожного введения водной дисперсии фуллеренов. Также фуллерен способен защищать кожу от ультрафиолетового излучения, вирусов и бактерий. Благодаря этим свойствам крем с фуллеренами может быть использован для стимуляции процессов регенерации кожи и омоложения, защиты от УФ-излучения, при этом не вызывая аллергических реакций.
Состав: кремовая основа, фуллерен С60, связующий био-полимер.
Назначение: уход за суставами, крем для массажа и разогрева.
Крем для суставов с фуллеренами аналогичен по свойствам средствам для суставов и позвоночника на основе уникального природного минерала шунгит. Способствует улучшению функционального состояния опорно-двигательного аппарата, тормозит деструктивные процессы и активизирует регенерацию суставных тканей, замедляет старение суставов. Способствует уменьшению болевых ощущений, улучшает кровоснабжение и питание суставов, препятствует образованию солевых отложений.
Действие и эффективность крема обеспечены высокой биологической активностью и синергизмом его компонентов, обладающих выраженными регенерирующими, противовоспалительными, спазмолитическими, антиоксидантными свойствами. Благодаря высоким проникающим свойствам фуллеренов и их антиоксидантной активности крем может способствовать запуску процесса естественной регенерации сустава.
Состав: кремовая основа, активированный уголь, фуллерен С60, С70, высшие фуллерены.
Назначение: уход за кожей головы, стимуляция роста волос.
Благодаря свойствам фуллерена и комплекса активных компонентов шампунь предотвращает чрезмерное выпадение волос, способствует формированию новых волосяных фолликулов, усиливает микроциркуляцию и обеспечивает активный рост красивых волос. Кроме того, благодаря высоким проникающим свойствам фуллеренов и их антиоксидантой активности крем может способствовать запуску процесса естественной регенерации кожи головы, бороться с образованием перхоти и шелушением.
Состав: мыльная основа, фуллерен С60, связующий био-полимер.
Назначение: уход за кожей тела и лица.
Фуллерены являются мощнейшими антиоксидантами, известными на сегодняшний день, проявляют противоаллергические свойства, противовирусные и антибактериальные свойства. Благодаря этому мыло с фуллеренами может быть использовано для очищения, стимуляции процессов регенерации кожи и омоложения, защиты от вирусов и бактерий, при этом не вызывая аллергических реакций.
Состав: мыльная основа, фуллерен С60.
Назначение: уход за кожей тела и лица.
Мыло с активированным углем устранит жирность и очистит поры, оно подойдет как для сухой, так и для жирной проблемной кожи.
Мыло-скраб с активированным углем и фуллеренами поможет устранить жирный блеск, омертвевшие клетки, токсины и загрязнения, уменьшить воспалительные процессы и устранить следы от прыщей. Фуллерены являются мощнейшими антиоксидантами, известными на сегодняшний день, проявляют противоаллергические свойства, противовирусные и антибактериальные свойства. Благодаря свойствам фуллеренов мыло-скраб будет способствовать повышению эластичности кожи, стимуляции процессов регенерации кожи и омоложения, защиты от вирусов и бактерий, при этом не вызывая аллергических реакций.
Состав: мыльная основа, активированный уголь, фуллерен С60.
Зачем нам сегодня нужны фуллерены?
Полный текст
Аннотация
Обзор посвящен возможности и перспективе применения фуллеренов и их производных в косметике, единственной области промышленности, в которой фуллерены нашли на сегодня практическое применение. На основании литературных данных и результатов собственных экспериментов авторы обосновывают безопасность фуллерена для живых организмов, а также полезность введения оказывающего антиоксидантное действие фуллерена в косметические композиции. Обсуждаются и другие полезные свойства фуллерена, используемые в косметике и дерматологии.
Ключевые слова
Полный текст
Фуллерены «открывали» неоднократно. Сначала было слово, и слово это первым произнес Д. Джонс (Daedalus) в сентябрьском номере журнала New Scientist за 1966 г.: он предположил, что внедрение в графитовый слой, состоящий из правильных шестиугольников, пятиугольных дефектов может превратить этот плоский слой в полую замкнутую структуру [1]. В 1971 г. Е. Осава опубликовал на японском языке статью, в которой описывалась сферическая углеродная структура из 60 атомов [2]. Чуть позже Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперн в Москве провели квантово-механические расчеты аналогичной структуры и показали ее устойчивость [3], но это все были теоретические предсказания существования углеродных кластеров («гипотетические системы», как указывали последние авторы). Тогда никто не смог ни подтвердить, ни опровергнуть эти работы экспериментально. Но это предыстория, а сама история дальше.
В сентябре 1985 г. в университет Райса (Техас, США), в лабораторию Р. Смолли приехал Г. Крото. Целью его визита было желание использовать имеющиеся в этой лаборатории возможности для понимания «механизм образования длинных углеродных цепочек в космосе» [4]. Однако уже в первых экспериментах было обнаружено образование углеродных кластеров, причем преимущественные пики соответствовали структурам из 60 и 70 атомов углерода [5]. И вот здесь сработало то, что называется серендипити 1 — эти пики были интерпретированы авторами как соответствующие замкнутым углеродным структурам С60 и С70 [80]. Эти кластеры, по мнению авторов, представляют собой молекулы, имеющие форму замкнутых сфер. Одной из причин этого является то, что усеченный икосаэдр для фуллерена С60 (форма футбольного мяча) имеет высшую симметрию, а природа «любит» симметричные структуры. «Помню, я думал о том, что такая форма молекулы настолько прекрасна, что должна быть верной», — писал позднее Г. Крото. На мысль о замкнутой структуре кластеров его подтолкнули геодезические купола выдающегося изобретателя, философа и архитектора Бакминстера Фуллера, чье имя авторы и включили в название нового типа молекулы: «бакминстерфуллерены». Работа продолжалась всего 10 дней, и уже 13 сентября редакция журнала Nature получила статью с заголовком «С60: Buckminsterfullerene» [4]. Эти десять дней «потрясли мир»: был открыт новый геодезический тип молекул, новый класс соединений углерода — фуллерены, представляющие собой замкнутые структуры. И, что тоже немаловажно, авторы этой работы вспоминали через 15 лет, что они ничего не знали о работах предшественников и считали свою идею совершенно новой и были убеждены в правильности предложенных структур [6].
В Нобелевской лекции Г. Крото говорил: «История открытия С60 не может быть правильно оценена без учета красоты формы этой молекулы, которая обусловлена ее невероятной симметрией. Другой важный факт, создающий ауру вокруг этой молекулы, связан с ее названием — бакминстерфуллерен. Все это придает нашей элегантной молекуле харизму, которая очаровала ученых, привела в восторг обывателей, добавила энтузиазма молодым в их отношении к науке и, в частности, придала свежее дыхание химии» [7] (более подробно об открытии фуллеренов см. [9]).
Однако получить в масс-спектрометре количество вещества, достаточное для экспериментального изучения, невозможно, и поэтому «фуллереновая» эпидемия началась лишь в 1990 г. После появления препаративного метода [10] число работ по изучению фуллеренов и поиску возможностей их прикладного использования стало увеличиваться лавинообразно [11, 12].
Однако, прежде, чем приступить к основной теме обзора, необходимо сделать небольшое отступление. К сожалению, одним из «недостатков» фуллереновой науки (и не только фуллереновой, но и современной науки в целом) является то, что в некоторых случаях авторы статей приводят далеко не всю необходимую информацию. В качестве одного из примеров можно привести воду Svetla, в аннотации к которой указано, что она обработана фуллеренами [14], но, что это значит конкретно, не понятно, притом что в самой воде фуллеренов нет. Есть и другие примеры. И вообще, недостаточность опубликованных данных, или даже их недостоверность, отмечена неоднократно [15–17]. И это необходимо принимать во внимание при анализе представленной в литературе информации.
Свойства фуллеренов позволяют использовать их или их производные во многих областях: в элементах для преобразования солнечной энергии в электрическую (фотовольтаические устройства), топливных элементах, мембранных технологиях [12], в медицинской химии для создания на их основе лекарственных веществ и т. п. [18–20].
Более чем через 30 лет исследований стало очевидно, что надежды на широкое применение фуллеренов в различных областях науки и техники не оправдались. Состояние проблемы практического использования фуллеренов отражено даже в названиях статей. Так, недавно вышедший обзор одного из известнейших исследователей фуллеренов Nazario Martin, посвященный такой важной проблеме, как преобразование солнечного света в электрическую энергию, называется «Наноформы углерода для фотовольтаиков: миф или реальность» [21]. Другой иллюстрацией могут служить данные Woodrow Wilson International Center for Scholars, с 2005 г. выполняющего проект учета реальных нанотехнологий (Project on Emerging Nanotechnologies). Туда включают различные потребительские продукты со всего мира, в аннотациях к которым использовано слово «нанотехнология» [22, 23]. В проекте продукты распределяются по нескольким разделам, среди которых есть и раздел Health and Fitness. В 2018 г. фуллерен-содержащие продукты упомянуты только в этом разделе — это шесть косметических композиций (хотя набор фуллерен-содержащих косметических продуктов, по данным работы [16], несколько шире). Надо отметить, что в предыдущие годы фуллерены встречались еще и в качестве добавок при производстве спортивного инвентаря (теннисных ракеток, клюшек для гольфа и т. п.).
Почему же это произошло? Казалось бы, что более очевидно (и выгодно во всех отношениях) создание на основе фуллеренов лекарственных веществ. Однако в действительности оказалось, что это не так. Попробуем рассмотреть это подробнее и обратимся, в частности, к косметике.
Косметика относится к числу древних областей знаний и умений человека. Мази и кремы для ухода за кожей существовали уже в Древнем Египте и Вавилоне [24]. В настоящее время эта отрасль индустрии растет очень быстро, причем во многом за счет использования новых веществ и композиций [25, 26], применения нанотехнологических подходов, позволяющих улучшить доставку косметических субстанций на требуемую глубину в кожные покровы [27]. И неудивительно, что в этой «всеядной» отрасли стали востребованы и фуллерены.
Если вспомнить определения, то косметика — это учение о средствах и методах улучшения внешности человека, о средствах и способах ухода за кожей, волосами и ногтями и ротовой полостью, применяемые с целью улучшения внешности человека, а также вещества, применяемых для придания свежести и красоты лицу и телу. Фармакология же — это наука о лекарственных веществах и их действии на организм, наука о физиологически активных веществах, воздействующих на организм, в частности, при трансдермальном введении. Как видим, разница между ними невелика и практически заключается только в способе введения — это внутривенный, внутримышечный и т. д. Однако в действительности дело не только в этом.
Местная аппликация на кожные покровы является в принципе начальной стадией так называемого трансдермального метода введения лекарственных веществ. Сам этот метод введения не нов, его применяли в разных странах в течение тысячелетий [24], но свою научную основу он обрел только в середине XX в., когда стало окончательно ясно, что эффективность действия лекарственных препаратов зависит от способа их введения [28]. Как и все другие методы введения лекарственных препаратов, он имеет свои преимущества и недостатки (см. [29]). И вот один из недостатков этого метода введения в организм оказывается преимуществом в случае косметики, а именно: кожный покров представляет собой эффективный барьер, задерживающий большинство молекул, так как кожные поры не пропускают большие молекулы из-за их размеров, а поверхностный слой кожи содержит много липидов, препятствующих проникновению в организм любых водорастворимых молекул [30]. Результатом этого и является то, что большинство ингредиентов косметических композиций не достигает системного кровотока и не оказывает нежелательного воздействия на организм, поэтому не нужно проводить сложные и дорогостоящие исследования по безвредности этих компонентов. Все это в полной мере относится и к фуллерену. Неизмененный фуллерен отличается высокой липофильностью, его коэффициент распределения в системе октанол – вода равен (log Pow) 6,67 [31], вследствие этого он способен взаимодействовать с компонентами кожной ткани. Благодаря его физико-химическим характеристикам вероятность попадания фуллерена через кожные покровы в системный кровоток минимальна.
Использование не просто растворителя, а смеси различных компонентов в косметических композициях позволяет ввести в их состав фуллерен в количестве, достаточном для достижения положительного эффекта всей композиции. Косметический препарат (косметическая композиция) — это в подавляющем большинстве случае многокомпонентная смесь различных ингредиентов, каждый из которых вносит свой вклад в достижение конечного эффекта. Причем любая косметическая композиция представляет собой или смесь липофильных компонентов, или смесь, в которой они преобладают. В таких неполярных липофильных средах фуллерен С60 все-таки растворяется, хотя и здесь сказывается его плохая растворимость. В тех случаях когда удается определить количественные характеристики композиций, видно, что фуллерена в них немного, обычно около 1 %, но и этого оказывается достаточно, чтобы он проявил свои свойства. А все потому, что наиболее активны именно отдельные молекулы фуллерена. Например, при исследовании ранозаживляющего действия было показано, что наиболее эффективен 0,05 % раствор фуллерена в вазелине [32].
Фуллерен обладает двумя основными свойствами, за которые его можно назвать двуликим Янусом — это способность нейтрализовывать свободные радикалы, выступая в роли антиоксиданта, и способность генерировать активные формы кислорода при облучении [17]. Именно способность нейтрализовывать свободные радикалы, выступать в виде ловушки, то есть проявлять свойства антиоксиданта, и является основным свойством фуллерена, определяющим его востребованность в косметике и дерматологии.
Впервые способность улавливать свободные радикалы, то есть антиоксидантное действие фуллерена, обнаружил Krusic et al. [33]. Они даже назвали фуллерен С60 «губкой для радикалов» (radical sponge) из-за того, что он улавливал 34 метильных или 15 бензильных радикалов. Присоединение радикалов к фуллерену С60 происходит по двойной связи С=С с образованием соответствующих аддуктов [33, 34], что и составляет химическую основу способности фуллеренов проявлять в биологических системах свойства антиоксидантов и цитопротекторов [35].
Наиболее ярко эти свойства выражены у самого неизмененного (pristine) фуллерена C60 и ослабляются при введении в фуллереновый кор заместителей [17]. Однако показано, что и некоторые карбоксифуллерены защищают кераноциты как от ингибирования, вызванного ультрафиолетом, так и от апоптоза, вызванного УФ-облучением [36].
Известно, что избыточное количество (кислорода) радикалов в коже может привести к (локальному клеточному) окислительному стрессу. С одной стороны, окислительный стресс может способствовать возникновению различных (воспалительных) кожных заболеваний, таких как обыкновенные угри и алопеция, а также ускоренному фотостарению кожи. С другой стороны, окислительный стресс может быть необходим для лечения определенных кожных заболеваний, например микробных накожных инфекций. Следовательно, новые лечебные средства, способные поглощать радикалы, могут быть эффективны при лечении различных кожных заболеваний, особенно тех, которые имеют ограниченные варианты лечения. Потенциал и возможность фуллерена для использования в этих целях, экспериментальные данные, в основном из исследований in vitro и in vivo на животных, по безопасности и терапевтическому потенциалу производных фуллерена C60 в области дерматологии рассматриваются в обзоре [37].
Одна из проблем, с которыми сталкиваются люди: это действие на организм ультрафиолетового облучения. Оно состоит из трех основных спектральных интервалов, отличающихся по длине волны, а именно UVA, UVB и UVC. Наибольшей длиной волны (320–400 нм) характеризуется диапазон UVA, поэтому это излучение глубоко проникает в кожу. К UVC относятся самые короткие волны (200–280 нм), неглубоко проникающие в ткани. Волны диапазона UVC обладают наиболее высокой энергией и поглощаются в атмосфере, практически не доходя до поверхности Земли, в силу этого основу УФ-облучения, действующего на живые системы, составляют относительно низкоэнергетические излучения UVA и UVB [38, 39]. Молекулярные процессы, возникающие под действием УФ-облучения, весьма разнообразны. Оно может приводить к повреждению ДНК, белков, вызывать мутации, а также образование радикалов. Мягкое УФ-облучение (UVA) обусловливает образование активных форм кислорода (АФК) или свободных радикалов, которые, в свою очередь, опосредованно повреждают ДНК и вызывают мутации, а также приводят к повреждению белков и липидов [40, 41].
Из всех органов человека кожа является самым большим органом — она покрывает все тело и наиболее подвержена действию УФ-облучения. Морфологические повреждения кожи проявляются на клеточном уровне (так называемые sunburn-клетки, кераноциты с пикнотическими ядрами и эозинофильной цитоплазмой), внутриклеточными и межклеточными отеками.
Кожа снабжена системами защиты, включающими антиоксидантные ферменты (типа глутатиона, пероксидазы, супероксиддисмутазы и каталазы) и неферментативные системы (соединения типа витаминов С и Е, каротиноидов и т. п.). Однако для поддержки этих систем зачастую необходима местная аппликация различных антиоксидантов. Более того, некоторые антиоксиданты при местном применении оказывают противовоспалительное и антиканцерогенное действие [42, 43].
Поскольку старение кожи связано с увеличением окислительного стресса, многие исследователи считают возможным использование фуллеренов в косметике для создания омолаживающих композиций (rejuvenation products) именно благодаря их высокому антиоксидантному потенциалу [44–47].
Хотя большинство исследований и показывает, что основные изменения в клетках и их морфологии при действии фуллеренов являются результатом их антиоксидантных свойств, в работе [48] сделано предположение, что защитный эффект фуллеренов связан с усилением дифференциации кератиноцитов.
Особый интерес для косметики представляют надмолекулярные комплексы фуллерена С60: с циклодекстрином [49, 50], поливинилпирролидоном (ПВП) [51], а также включение фуллеренов в липосомы [52]. Однако первым в косметике был применен водорастворимый комплекс С60/ПВП Radical Sponge™, обладающий всеми положительными свойствами фуллерена [53].
Фуллерен в виде комплекса С60/ПВП или раствора в сквалане эффективно защищает клеточную мембрану от перекисного окисления, поэтому можно также ожидать, что фуллерен, как антиоксидант, будет удалять АФК, образующиеся на поверхности кожи при использовании TiO2-содержащих солнцезащитных кремов [54–56].
В опытах in vitro на различных линиях клеток кожи человека был продемонстрирован цитопротективный эффект при введении до, во время и после УФ-облучения следующих производных фуллерена: комплекса фуллерена C60 с ПВП (комплекс С60/ПВП, Radical Sponge™) [48, 51, 57–60], комплекса фуллерена C60 с γ-циклодекстрином (С60/γ-ЦД) [57], фуллерена, включенного в липосомы [37, 61], и фуллерена в комбинации с различными фуллеренолами [57, 62], а также карбоксифуллерена [63].
Комплекс С60/ПВП представляет собой сильную ловушку для АФК [57, 58]. Radical Sponge™ оказывает цитопротективное действие на кератиноциты человека, а в концентрациях от 10 до 40 μM защищает их от повреждений, вызванных УФ-облучением [58]. Цитопротективное действие Radical Sponge™ превосходит таковое липофильного производного витамина C [децилового эфира 2,3,5,6-О-тетра-(2’-гексил)аскорбиновой кислоты]. См. также [57, 64, 65].
Не только фуллерены, но и другие наноструктуры углерода способны играть роль антиоксиданта. Так, хорошо известно, что природный минерал шунгит содержит не фуллерены, а турбостратный углерод, который может нейтрализовывать действие УФ-облучения на кожу [66].
Acne vulgaris — хроническое воспалительное заболевание кожи, вызываемое изменениями в пилосебационных структурах (состоят из волосяного фолликула и сальной железы). Этиология этого сложного хронического заболевания многофакторна и включает в себя гиперкератинизацию, блокаду сальных фолликулов, увеличение выработки кожного сала, колонизацию Propionibacteriumи воспалительную реакцию [67]. Другим важным фактором этой патологии является окислительный стресс, причем как в коже, так и системный [68, 69]. Фуллерен, благодаря своим свойствам, представляет новый наноматериал для терапии акне. Он обладает высокой антиоксидантной активностью, может проникать в эпидермис и работать как носитель для улучшения доставки лекарственных веществ [70]. Кроме того, было показано, что фуллеренол C60(OH)24 может подавлять образование кожного сала [71] и проявляет антимикробную активность в отношении P. acne [72]. S. Inui et al. исследовали роль фуллеренов в клинике акне [73]. Авторы показали, что нанесение 0,4 мл 1 % Lipo-Fullerene геля на кожу лица 11 пациентам, имеющим поражения акне, дважды в день в течение 8 недель привело к статистически достоверному значительному уменьшению среднего числа воспалительных поражений и пустул, но не числа угрей. Гель Lipo-Fullerene проявил выраженный эффект на содержание воды в коже, но не влиял на число conspicuous pores. Однако до конца не ясно, с чем связана повышенная влажность кожи: с действием 1 % сквалана или фуллерена [73].
Одним из факторов, определяющих как эмоциональную оценку человека, так и его привлекательность, является состояние его волос, их цвет и длина, стиль прически и т. п. На косметические продукты для ухода за волосами, позволяющими сделать их здоровыми и красивыми, ежегодно тратятся миллиарды долларов [74, 75]. Достаточно хорошо известно, что утрата волос, облысение могут приводить к психологическим проблемам, снижать качество жизни [76, 77].
Этиология возникновения алопеции весьма разнообразна: это могут быть как первичные (генетические или гормональные, влияние окружающей среды), так и вторичные факторы, связанные с химиотерапией, тиреоидными расстройствами и недостатком питания [78, 79]. Однако существующие на сегодня методы борьбы с ней ограничены. В настоящее время Food and Drug Administration (FDA) разрешило местное применение только minoxidil finasteride для лечения андрогенетической алопеции [78, 80, 81], а для лечения очаговой алопеции используют местные инъекции кортикостероида, а также местные аппликации tacrolimus и minoxidil [82]. К сожалению, все эти препараты имеют определенные ограничения.
Стимулирующее влияние производных фуллерена на рост волос было показано в модельных экспериментах с использованием кожи мышей и человека [83]. Как интрадермальное введение, так и местная аппликация могут ускорять рост волос и вызывать de novo образование волосяных фолликулов. Механизм этих эффектов не понятен, но авторы предполагают, что это действие обусловлено антиоксидантными свойствами фуллеренов, так как именно окислительный стресс может служить причиной нарушений в состоянии волос и вызывать их потерю [84, 85].
Исследовали применение фуллеренов и в других областях защиты кожи и косметики. Например, M. Murakami et al. использовали Radical Sponge™ для оценки восстановления кожного барьера после снятия ленты на предплечье 10 здоровых добровольцев [48]. Было отмечено значительное улучшение трансэпидермальной потери воды, но при этом не наблюдалось каких-либо изменений в гидратации рогового слоя. Авторы считают, что это увеличение может быть связано с индуцирующим эффектом фуллерена на дифференцировку кератиноцитов и стимулированием синтеза ороговевшей оболочки. S. Inui et al. изучали влияние фуллерена (в виде лосьона на основе Radical Sponge™) на поры лица. Лосьон наносили 10 добровольцам дважды в день в течение 8 недель. В результате эта процедура привела к видимому косметическому эффекту (поры уменьшились почти на 18 %), что, вероятно, связано с подавлением образования PGE2 в эпидермисе [86]. При этом те же авторы ранее не отмечали уменьшения количества заметных пор [73].
В последние годы в медицине широко используют лазеры, в том числе и для лечения заболеваний кожи. Покраснения и пигментация, возникающие в результате действия лазера, могут быть уменьшены с помощью антиоксидантов на основе фуллеренов [87].
Согласно существующему законодательству безопасность косметики, в отличие от лекарственных веществ, определяют по токсичности отдельных компонентов [88, 89]. На государственном уровне токсичность и безопасность парфюмерно-косметической продукции в РФ обеспечена совокупностью требований к содержанию токсичных элементов и токсикологическим показателям [90].
С этой точки зрения применению фуллерена С60 в косметике ничто не препятствует. Исследования его токсичности при разных путях введения, в том числе и при накожной аппликации в различных растворителях, предпринимали неоднократно. Более того, было показано отсутствие токсичности фуллерена даже при системном введении (см., например, [91]). Не было выявлено каких-либо токсикологических проблем и в результате многочисленных исследований конкретных используемых в косметике форм фуллерена [92–94]. Кроме того, была установлена способность фуллерена проникать только в верхние слои кожи [95]. Причем этой способностью обладает не только сам фуллерен, но и фуллерен в виде комплекса с ПВП (С60/ПВП) [96]. Отдельное исследование было посвящено уточнению токсикологических характеристик этого комплекса. Оказалось, что фуллерен в его составе не только не проявляет токсичности, но и снижает отрицательное действие самого ПВП [97]. В этой работе продемонстрировано, что, во-первых, отсутствуют выраженные токсические эффекты комплекса C60/ПВП при его прямом введении в организм, а во-вторых, что незначительные патологические изменения, вызываемые введением одного ПВП, исчезают при введении комплекса C60/ПВП. Таким образом, вся совокупность имеющихся на сегодня данных позволяет утверждать, что сам неизмененный фуллерен безопасен при местной аппликации [98] и не представляет риска для здоровья человека в целом.
В 2004 г. была опубликована работа, в которой сообщалось о токсическом действии фуллерена на центральную нервную систему [99]. Эта работа была широко разрекламирована в СМИ, что сильно подпортило «репутацию» фуллеренов и привело к тому, что появились статьи, осуждающие использование фуллеренов в косметике [100]. Более того, некоторые фирмы изъяли фуллерен-содержащую косметику с рынка [101]. Однако в дальнейшем была показана ошибочность этой работы: в использованных авторами образцах суспензии фуллерена содержался высокотоксичный растворитель тетрагидрофуран (до 10 %), применяемый для получения исследуемых образцов. Таким образом, как сам тетрагидрофуран, так и продукты его разложения оказывали токсическое действие [102, 103]. Справедливости ради следует отметить, что авторы работы [99] впоследствии признали свою ошибку [104].
Между косметическими и лекарственными препаратами существует одно серьезное отличие, и существует оно на законодательном уровне. Выпуск косметического препарата, в отличие от обычного лекарственного вещества, не требует предварительных глубоких исследований и клинических испытаний [105]. FDA в США, законодательном лидере в области фармакологии и подобных вопросов, считает, что «косметика» и «лекарственный препарат» — это две разные категории, причем «косметика не может быть одновременно и медикаментом, и лекарством» [106]. Именно поэтому, если лекарственный препарат должен быть утвержден FDA и получить одобрение для продажи, для косметических средств таких действий не требуется [107].
Основное, что сдерживает широкие исследования по использованию фуллеренов в лекарственных веществах — это то, что мы не знаем их судьбы в организме, а без этого никакой речи об официальной регистрации быть не может. То, что фуллерен в составе косметических средств используется лишь для местной аппликации, снимает всякие опасения о его попадании в систему со всеми вытекающими отсюда последствиями, в том числе не возникает необходимости в широком круге исследований по его безвредности. Напомним, что процесс утверждения лекарственных препаратов длителен и дорогостоящ, причем далеко не всегда может приводить к желаемому результату, поэтому отсутствие государственной регистрации косметических продуктов упрощает и удешевляет их введение на рынок.
Можно сформулировать четыре основные причины, почему фуллерены используют как ингредиенты косметических композиций.
Фуллерены в косметике и дерматологии применяют для предотвращения появления признаков старения, в качестве средства от морщин и пигментных пятен, как противовоспалительное средство (в том числе при акне), они активно и надолго увлажняют кожу, защищают от воздействия солнечного излучения и негативных факторов окружающей среды, сужают расширенные поры, выравнивают тон кожи, способствуют устранению самых разных косметических дефектов, сыпи и даже стимулируют рост волос. Противовоспалительное действие фуллерена, в том числе и при дерматитах, отмечается, в частности, в работах [108, 109]. Немаловажно и то, что фуллерены не вызывают раздражения кожи [110]. В работе [16] приведена таблица, в которой на примере более десяти пациентов описано использование фуллеренов для защиты кожи от УФ-облучения, антиоксидантов в виде дезодорантов, композиций для защиты волос, наполнителей, пигментов, антимикробных и противовирусных средств и т. п. Однако это далеко не полный перечень патентов [111, 112]. К сожалению, проблема, как уже отмечалось выше, заключается еще и в достоверности и достаточности сведений, насколько данные этих патентов подтверждены экспериментом. Собственный опыт указывает на то, что во всяком случае некоторые патенты не имеют под собой реальной основы. Более того, проверка данных этой таблицы показала, что на сегодняшний день не все они соответствуют действительности. Однако согласно данным таблицы (да и обзору [16] в целом) фуллерены востребованы в косметике.
Фуллереновая косметика на рынке. На рынке фуллереновой косметики лидируют японские производители [16]. Выше мы уже упоминали пять из них. Наиболее продвинутой фирмой, безусловно, является Vitamin C60 Research Corporation (дочерняя компания Mitsubishi Corporation) [113]. Эта корпорация выпускает наиболее распространенные фуллерен-содержащие продукты Radical Sponge™ или Lipofullerene. Первый появился на рынке в 2005 г., тогда как его липофильный аналог — в 2009 г. Согласно данным фирмы более 1500 клиник в Японии используют продукты, в которых фуллерен служит активным ингредиентом, а всего считается, что таких продуктов более 1000 [114]. Это, конечно, сильно отличается от данных Woodrow Wilson International Center for Scholars, но следует учитывать, что они приведены коммерческой фирмой.
В номенклатуру этой фирмы, являющейся на сегодняшний день лидером в производстве фуллерен-содержащих композиций для косметики, входят следующие продукты: Radical Sponge™ — «водорастворимый фуллерен», комплекс фуллерена С60 с ПВП, первый в мире косметический продукт на основе фуллерена; LipoFullerene™ — его аналог, созданный на основе сквалана 3 ; Veil Fullerene™ — фуллерен, сорбированный на силикагеле и использующийся как основа для косметических средств и средств макияжа; Moist Fullerene™ — фуллерен-содержащий материал-прекурсор для липосом; Sun Guard Fullerene™ — фуллерен, диспергированный в этилгексил метоксициннамате и предназначенный для использования в композициях, защищающих от солнечного облучения; Hair Shiny Fullerene™ содержит дополнительно докозолактон и обеспечивает защиту и восстановление волос одновременно, проникая внутрь волос и действуя там как антиоксидант.
В качестве примеров фуллерен-содержащей косметики можно привести также линейку продуктов Fuller Belle C60 Premium Series фирмы Belle Coeur Laboratory Co., Ltd. (Хоккайдо, Япония), включающую семь продуктов [115]. Фуллерен-содержащую косметика выпускают также фирмы Zelens (Великобритания) и BellaPelle™ (США).
В РФ фуллерен-содержащую косметику предлагает бутик «Сезон красоты» [116], косметика производится в Японии (Amenity). Следует отметить, что эта косметика относится к косметике премиум-класса и цены за единицу продукции составляют 10 000 руб. и выше.
Еще раз подчеркнем, что на сегодняшний день практическое применение фуллерены нашли только в косметике. И тому есть несколько причин:
Можно предположить, что высоколипофильный фуллерен будет накапливаться в жировых депо. При этом особых путей его выхода оттуда не видится, и как это скажется на организме в целом через какое-то время, не известно. (Можно упомянуть четвертичные соединения, накапливающиеся в хрящевой ткани и очень медленно оттуда высвобождающиеся). Однако некоторые ферменты человека, в частности миелопероксидаза, могут полностью разрушать фуллереновый кор in vitro [118], но насколько этот процесс может протекать in vivo, не понятно. Все это ограничивает или задерживает применение фуллерена в медицине [119], в отличие от косметики.
В заключение можно сказать, что фуллерен и его производные в косметике представляют собой обширное и плодотворное поле деятельности для косметических фирм с целью создания эффективных косметических композиций, применяемых для улучшения внешности человека, опосредованно улучшающих и его эмоциональное состояние.
Примечания:
1 Согласно одному из определений серендипити — это способность, делая глубокие выводы из случайных наблюдений, находить то, чего не искал намеренно.
2 Если не указано иное, то в дальнейшем в этой работе речь пойдет именно о нем.
3 Сквален (squalene, гексаметилтетракоза-2,6,10,14,18,22-гексаен, C30H50) — натуральное вещество, которое содержится в растительных маслах (оливковое, масло рисовых отрубей, масло зародышей пшеницы), а также в печени акулы. Сквалан (squalane) представляет собой гидрированный сквален, он стабилен и может храниться более двух лет.
4 А как говорила Ф. Раневская: «Красота — это страшная сила».