2013/03/20

Poison Ivy’s Beauty Secret

Poison Ivy’s Beauty Secret

Based on the usual content of my blog, you couldn’t even tell I was a science student, could you? So I thought I’d share a short review I wrote for a subject at uni and which I also submitted for a popularization competition (not that I expect to succeed as the language is not exactly that non-biochemist friendly, I didn’t have the time to re-write it between the school assignment and the competition deadline, and my upperclassmen suggested I tried participating anyway...). I realize this text may be a little tough for people who aren’t into natural sciences, but I think the most important points are understandable anyway - but if you have any questions, feel free to ask and I’ll try my best to answer. If I write this kind of post next time, I’ll make sure to write in a bit more entertaining way.

As for my silly drawings - science magazines are crazy about copyright and I really didn’t want Elsevier breathing down my neck with a lawsuit, so I had to draw my own illustrations based on the original pictures. The art world should thank me for being a scientist and not a painter.  XD  

Lastly, if you disagree about the content, feel free to let me know! 

P.S. as for my interview, I had no trouble with English, and well, I hope my French was B1... I kind of hoped I'd do the "introduce yourself" in French, as that would be easier (because of course, I prepared vocabulary like des metaux lourds XD), well I'll have the results soon enough I think, but TBH, I'll only talk about my applications properly if I am accepted and if I am, than after (if) I graduate, I would feel like an idiot if I made an annoucement and then was forced to change it because I failed.

Poison Ivy’s Beauty Secret

(Poison Ivy is a reference to the comix character, not the poisonous plant. This article is about English ivy nanoparticles.)

Beautiful and youthful looking skin is one of the requirements for being considered attractive in cultures all over the world. For individuals seeking to conform to this criterion, it is therefore crucial to become aware of factors that have adverse effects on skin condition and also of the means to prevent skin damage. It is common knowledge that sun belongs among the factors contributing to worsening of skin condition, and that it can be prevented by regular use of sunscreens. However, there have been qualms about the safety of the commonly used UV radiation filters - titanium dioxide and zinc oxide. Several recent studies have shown that these oxides could be replaced by ivy nanoparticles.

Sun, tan, and photodamage
Exposing skin to sunlight, containing UVR, can cause a number of unpleasant effects, such as dryness and roughness, inflammation, irregular pigmentation, wrinkles, loss of elasticity and also skin cancer (Polefka et al., 2012; Yaar and Gilchrest, 2007). All of these effects are basically the result of the reactive oxygen species produced by UVR causing DNA mutations beyond the skin cells’ regeneration capacity (Moriwaki and Takahashi, 2008).

ZnO and TiO2 - Friends or Fiends?
These oxides are part of the modern sunscreen’s gear for photodamage prevention. As nano-sized particles, they reflect and scatter UVR photons. Whether these metal-containing molecules are able to penetrate into the living skin cells, and therefore can potentially pose danger to human health, or they only stay on the surface of the skin and in the upper layers of stratum corneum, has been investigated by countless studies, and it has been agreed that these nanoparticles pose no threat to our health (Darvin et al., 2012; Nohynek and Dufour, 2012; Nohynek et al., 2008). Nevertheless, ZnO has not been approved yet for use in sunscreens in most countries of the European Union (Loden et al., 2011). This caution is explained by the uncertainty whether ZnO nanoparticles penetrate skin or not. Apparently, the penetration ability is dependent on the nanoparticle size and it is essential to determine the minimal diameter that makes incursion impossible (Henkler et al., 2012). But even though it has been clearly demonstrated that the benefits of these nanoparticles outweigh any unlikely risks, the consumers’ opinion of “unnatural and inorganic” compounds in cosmetics is very negative (Schilling et al., 2010). In the past few years, “bio cosmetics”, containing mostly herbal and animal extracts, has been gaining popularity and has been generally seen as “safe and natural” (Chermahini et al., 2011). Therefore, it would be a logical step for cosmetic companies to explore herbal isolates that could potentially substitute the unpopular oxides.


Ivy nanoparticles - an acceptable compromise between natural and nano
Finding nanoparticles with the same benefits as TiO2 and ZnO but minus the potential risks and negative connotations is a fairly new idea. So far, two studies have shown that nanoparticles isolated from Hedera helix (English ivy) roots are the perfect candidates to replace the oxides.
Recently, nanoparticles from ivy rootlets were isolated and tested for light-scattering and absorption properties. It was discovered that the ivy nanoparticles range in size between tens and hundreds nanometers, which is a size range similar to the size of zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles used in sunscreens. The extinction spectra showed that the particles had powerful extinction in the UVR range. Even though the exact biochemical composition of the ivy nanoparticles remains unknown, distinct absorption maximum at 280 nm suggests proteins rich in Trp, Tyr and Phe. Overall, the extinction is mostly due to absorption, while light scattering plays a minor role. The studies conclude that ivy nanoparticles can effectively protect against UVR and are harmless, as their penetration ability is low and they are readily degraded in the body. Moreover, cytotoxicity comparison of ivy nanoparticles and TiO2 showed that TiO2 treated cells experienced apoptosis in twice as many cases as ivy nanoparticles treated cells (Li et al., 2010; Xia et al., 2010).
Having noticed the potential for biotechnological applications, two research groups optimized the nanoparticle production to be as efficient as possible (Burris et al., 2012; Xu et al., 2012)


Therefore, so far ivy nanoparticles seem to be a promising alternative to the traditionally used ZnO and TiO2. They can protect skin against UVR, they are harmless and there are protocols for their high throughput production.            

References:


 Yours truly
Vita


____________________________________________

Břečťanem ke kráse

Podle mých obvyklých příspěvků byste ani nepoznali, že studuji přírodní vědy, že? Tak jsem si říkala, že bych pro změnu mohla zveřejnit rešerši kterou jsme psala na jeden předmět ve škole a kterou jsem také poslala do popularizační soutěže (ne že bych čekala, že se umístím, jelikož to není psané zrovna populárně-naučným jazykem, neměla jsem čas to přepsat mezi uzávěrkou úkolu a uzávěrkou soutěže a poslala jsem to jen proto, že můj starší spolužák navrhl, ať to pošlu i tak). Myslím ale, že by hlavní myšlenky měly být celkem jasné i pro lidi, kteří s biochemií moc společného nemají - pokud ale máte otázky, klidně se ptejete a já se pokusím co nejlépe odpovědět. A slibuju, že pokud v budoucnu napíšu podobný článek, bude to zábavnější formou.

Co se týče mých ošklivých čmáranic - vědecké časopisy jsou na autorská práva vysazené a já fakt netoužím po tom, aby mě naháněl Elsevier s žalobou, tak jsem musela podle původních fotek nakreslit vlastní. Myslím, že umělecký svět mi může být vděčný, že jsem zůstala u vědy. XD

A na závěr - máte-li nějaké připomínky k obsahu, sem s nimi! :)


Břečťanem ke kráse

Krásná a mladistvá pleť je jedním ze základních univerzálně platných požadavků pro to, aby byl jedinec považován za pohledného. Pro ty, kdo usilují o splnění tohoto kritéria, je tedy důležité znát faktory, které mají negativní účinek na pokožku, a také prostředky, jak se poškození kůže bránit. Je všeobecně známo, že sluneční záření patří mezi faktory, které zhoršují stav pleti, a že je možné tomuto poškození předejít pravidelným používáním krémů na opalování. Již delší dobu se ovšem diskutuje, zda jsou v dnešní době používané anorganické UV filtry, oxid zinečnatý a oxid titaničitý, skutečně bezpečné. Několik nedávných studií ukázalo, že tyto oxidy by mohly být nahrazeny břečťanovými nanočásticemi.  

Slunce, seno a poškození kůže
Vystavování pokožky slunečnímu světlu, obsahujícímu UV záření, může způsobit mnoho nepříjemných efektů, například suchost, hrubost, záněty, nepravidelnou pigmentaci, vrásky, ztrátu pružnosti a také rakovinu kůže (Polefka et al., 2012; Yaar and Gilchrest, 2007). Všechny tyto dopady jsou v podstatě výsledkem toho, že reaktivní kyslíkové radikály, produkované právě UV zářením, způsobují mutace DNA za hranicí schopností buněk tato poškození opravit (Moriwaki and Takahashi, 2008).

ZnO a TiO2 - Přátelé či protivníci?
Oba tyto oxidy jsou součástí arzenálu běžně používaných krémů na opalování pro prevenci poškození pleti sluncem. V podobě nanočástic odrážejí a rozptylují fotony UV záření. Mnoho studií se zabývalo tím, zda jsou tyto částice schopné pronikat do živých buněk (a tedy být potenciálně nebezpečné pro lidské zdraví), nebo zda jsou zadrženy v horních vrstvách strata cornea na povrchu kůže. Tyto studie povětšinou dospěly k závěru, že nanočástice ZnO a TiO2 nepředstavují žádné riziko pro naše zdraví (Darvin et al., 2012; Nohynek and Dufour, 2012; Nohynek et al., 2008). Přesto ale nanočástice oxidu zinečnatého zatím nebyly povoleny pro použití v opalovacích krémech ve většině zemí Evropské unie (Loden et al., 2011). Tato opatrnost je vysvětlována nejistotou, zda nanočástice ZnO kůží pronikají nebo ne. Zřejmě je jejich schopnost prostupovat pokožkou závislá na jejich velikosti a je tedy nutné určit minimální průměr, při němž již ZnO spolehlivě není schopen pletí pronikat (Henkler et al., 2012).
Ovšem ačkoliv již bylo přesvědčivě dokázáno, že výhody těchto nanočástic převyšují jakékoliv nepravděpodobné nebezpečí plynoucí z jejich používání, názor zákazníků na „nepřírodní a anorganické“ chemikálie v kosmetice je velmi negativní (Schilling et al., 2010).
V posledních několika letech začala získávat popularitu „bio kosmetika“ obsahující především rostlinné a živočišné extrakty, která jsou všeobecně považované za „bezpečné a přírodní“ (Chermahini et al., 2011). Pro kosmetické společnosti by tedy bylo logickým krokem zaměřit se na rostlinné izoláty, které by mohly případně nahradit nepopulární oxidy.


Břečťanové nanočástice - přijatelný kompromis mezi „bio“ a biotechnologiemi
Hledání nanočástic se stejnými přínosy jako mají ZnO a TiO2 ale bez případných rizik a negativních konotací je poměrně nová myšlenka. Doposavad vyšly dvě studie ukazující, že nanočástice izolované z kořenů Hedera helix (břečťan popínavý) jsou ideálními kandidáty pro náhradu oxidů. Byla testována schopnost těchto částic rozptylovat a absorbovat světlo. Bylo zjištěno, že břečťanové nanočástice se vyskytují v rozpětí velikostí v řádech desítek až stovek nanometrů, což jsou rozměry podobné těm, v nichž jsou oxidy zinečnatý a titaničitý přidávané do přípravků na opalování. Extinkční spektra ukázala, že v oblasti UV záření dochází k vysoké extinkci. Ačkoliv přesně biochemické složení nanočástic zatím není známé, zřetelné absorpční maximum při 280 nm naznačuje, že se jedná o proteiny bohaté na Trp, Tyr a Phe. Celkově je extinkce způsobená především absorpcí, rozptyl k ní přispívá jen v nižší míře. Obě studie se shodují, že břečťanové nanočástice jsou schopné efektivně bránit kůži před negativními účinky UV záření a jsou bezpečné, neboť jejich schopnost pronikat kůží je nízká a jsou v lidském těle rychle degradovány. Navíc při porovnání jejich cytotoxicity s oxidem titaničitým bylo zjištěno, že buňky vystavené TiO2 zahájily apoptózu v dvojnásobném počtu případů než buňky vystavené břečťanovým nanočásticím (Li et al., 2010; Xia et al., 2010).
Jelikož mají tyto nanočástice zřejmý vysoký potenciál v biotechnologických aplikacích, dva výzkumné týmy optimalizovaly produkci nanočástic tak, aby byla co nejefektivnější (Burris et al., 2012; Xu et al., 2012)

 
Břečťanové nanočástice se tedy zatím zdají být slibnou alternativou k tradičně používaným ZnO a TiO2, neboť účinně chrání před UV zářením, nejsou nebezpečné pro lidské zdraví a existují protokoly pro jejich produkci s vysokými výnosy.

Citace:

Burris, J.N., Lenaghan, S.C., Zhang, M.J., and Stewart, C.N. (2012). Nanoparticle biofabrication using English ivy (Hedera helix). Journal of Nanobiotechnology 10, 7.
Chermahini, S.H., Majid, F.A.A., and Sarmidi, M.R. (2011). Cosmeceutical value of herbal extracts as natural ingredients and novel technologies in anti-aging. Journal of Medicinal Plants Research 5, 3074-3077.
Darvin, M.E., Konig, K., Kellner-Hoefer, M., Breunig, H.G., Werncke, W., Meinke, M.C., Patzelt, A., Sterry, W., and Lademann, J. (2012). Safety Assessment by Multiphoton Fluorescence/Second Harmonic Generation/Hyper-Rayleigh Scattering Tomography of ZnO Nanoparticles Used in Cosmetic Products. Skin Pharmacology and Physiology 25, 219-226.
Henkler, F., Tralau, T., Tentschert, J., Kneuer, C., Haase, A., Platzek, T., Luch, A., and Gotz, M.E. (2012). Risk assessment of nanomaterials in cosmetics: a European union perspective. Archives of Toxicology 86, 1641-1646.
Li, Q.S., Xia, L.J., Zhang, Z.L., and Zhang, M.J. (2010). Ultraviolet Extinction and Visible Transparency by Ivy Nanoparticles. Nanoscale Research Letters 5, 1487-1491.
Loden, M., Beitner, H., Gonzalez, H., Edstrom, D.W., Akerstrom, U., Austad, J., Buraczewska-Norin, I., Matsson, M., and Wulf, H.C. (2011). Sunscreen use: controversies, challenges and regulatory aspects. British Journal of Dermatology 165, 255-262.
Moriwaki, S., and Takahashi, Y. (2008). Photoaging and DNA repair. Journal of Dermatological Science 50, 169-176.
Nohynek, G.J., and Dufour, E.K. (2012). Nano-sized cosmetic formulations or solid nanoparticles in sunscreens: A risk to human health? Archives of Toxicology 86, 1063-1075.
Nohynek, G.J., Dufour, E.K., and Roberts, M.S. (2008). Nanotechnology, cosmetics and the skin: Is there a health risk? Skin Pharmacology and Physiology 21, 136-149.
Polefka, T.G., Meyer, T.A., Agin, P.P., and Bianchini, R.J. (2012). Effects of Solar Radiation on the Skin. Journal of Cosmetic Dermatology 11, 134-143.
Schilling, K., Bradford, B., Castelli, D., Dufour, E., Nash, J.F., Pape, W., Schulte, S., Tooley, I., van den Bosch, J., and Schellauf, F. (2010). Human safety review of "nano" titanium dioxide and zinc oxide. Photochemical & Photobiological Sciences 9, 495-509.
Xia, L., Lenaghan, S.C., Zhang, M., Zhang, Z., and Li, Q. (2010). Naturally occurring nanoparticles from English ivy: an alternative to metal-based. J Nanobiotechnology 8, 12.
Xu, Z.H., Lenaghan, S., Gilmore, D., Xia, L.J., Zhang, M.J., and Ieee (2012). Automated High Throughput Scalable Green Nanomanufacturing for Naturally Occurring Nanoparticles using English Ivy. 2012 Ieee International Conference on Robotics and Automation (Icra), 2761-2766.
Yaar, M., and Gilchrest, B.A. (2007). Photoageing: mechanism, prevention and therapy. British Journal of Dermatology 157, 874-887.

 S láskou
Víta


7 comments:

  1. Such an unusual and interesting post! Got to learn a lot of new information!

    callmemaddie.blogspot.com

    ReplyDelete
    Replies
    1. Thanks for putting up with this boring pile of text XD I'd be quite excited if some company decided to try to make sunscreen with them :)

      Delete
  2. So very interesting. I was about to write about the PARABENS and the fact that they can be cancer forming. Perphas you could show some light on the matter for me.
    I would never have thought you to be a scientist .
    I feel so proud of you.
    XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

    ReplyDelete
    Replies
    1. He, really? I thought you knew I was a science major, but it doesn't really matter that much, it just makes getting information really easy thanks to my uni's mag subscribtions. I wrote a short paragraph on parabens here: http://vitainvitro.blogspot.cz/2012/09/ingredient-analysis-hot-pink-super-plus_19.html But it isn't very detailed :/.

      Delete
  3. I would be most grateful, Vita if you could send me info to my hotmail:canelahada@hotmail.com
    comment deleted.
    Much love

    ReplyDelete
  4. I went to a beauty school that focused a lot on chemistry (just the stuff you need for beauty and make up), so for me, this was a fun read^^ reminded me of my school time!

    I had no idea ivy nanoparticles had this sort of quality to them, but I'll definitely follow up this subject since I'm so paranoid about sun damage and avoiding a tan that I pretty much smother myself in TiO2 everyday... Great article Vita! :)

    PS: I'm keeping my fingers crossed for your applications!

    ReplyDelete
    Replies
    1. Wow I had no idea! That's cool, I have a couple of textbooks for beauticians regarding cosmetic chem, it must have been really fun :)

      Delete