활성 화장품 성분 생산을 위한 새로운 기술로서의 식물 세포 배양
Mar 22, 2022
연락처: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 이메일:audrey.hu@wecistanche.com
Vasil Georgiev1,2Anton Slavov2Ivelina Vasileva2Atanas Pavlov1,3
식물항노화, 항산화, 항염, 자외선 차단, 항암, 주름개선, 피부진정, 미백, 보습, 등. 허브, 아로마 및/또는 약용 추출물식물의 효과적인 활성 성분으로 널리 사용되었습니다.화장품또는 영양제, 특히 국소 적용 및 피부 관리 제형을 위한 제품. 그러나 지난 10년 동안 식물 세포 배양 유래 활성 화장품 성분에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 이들은 일반적으로 고전적인 방법으로 얻은 식물 추출물보다 더 강한 활성을 보인 현대 계획 생명 공학 방법으로 생산된 고품질 천연 제품의 "신세대"입니다. 이 리뷰에서는 금송화 줄기 세포 제품 개발에 대한 제시된 사례 연구에서 활성 화장품 성분 생산을 위한 식물 세포 배양 기술의 장점과 현재 진행 상황을 요약하고 자세히 논의했습니다.
키워드:금송화 오피시날리스 L. /화장품/ 영양제 / 식물세포 / 식물줄기세포 /다당류/ 조직 및 장기 배양
1. 소개
식물인류가 탐구한 의약 및 미용 특성을 지닌 가장 오래된 천연 화합물 공급원입니다. 오늘날에도 전 세계적으로 70~80%의 사람들이 기본적인 의료 요구를 충족하기 위해 전통 약초에 의존하고 있습니다[1]. 실제로 현대 인간 의학에 사용되는 기존 필수 약품의 11%는 여전히 식물 기원입니다[2]. 활성 성분 화장품으로 적용되는 식물 유래 천연 제품의 비율은 훨씬 높습니다. 세계 인구의 지속적인 증가에 따라 천연 재배 재료에 대한 세계 수요는 계속 기하급수적으로 증가할 것으로 예상됩니다[1]. 결과적으로 우리는 이미 일부 초본 및 향기로운 식물의 자연 서식지를 대량 남용하여 위협을 가하거나 심지어 멸종에 이르게 하는 목격자입니다[3]. 이 부정적인 경향은 의약에 특히 위험합니다.식물, 대부분의 경우 희귀하고 고유종입니다. 이 종은 종종 극한 기후, 독특한 토양 구성 또는 특정 위도에서 자랍니다. 그들의 개체군은 일반적으로 낮은 수준의 유전적 다양성을 특징으로 하며, 이는 이러한 종을 유전적 침식에 극도로 취약하게 만들고 환경 오염의 경우 생존 기회를 감소시킵니다[4]. 더욱이, 식물 유래 활성 성분은 일반적으로 화학적으로 합성된 유사체로 쉽게 대체될 수 없는 생체 활성 분자의 매우 복잡한 혼합물입니다. 위의 문제를 해결하기 위해 식물 생명 공학은 증가하는 화장품 산업의 요구를 충족시키기 위해 건강에 유익한 특성을 가진 가치있는 파이토 케미칼의보다 친환경적이고 지속 가능한 공급을 확보 할 수있는 도구를 제공했습니다. 지난 10년 동안 식물 세포 및 조직 배양 기술의 장점은 식물 기원의 약제학적으로 중요한 분자 또는 치료 단백질의 이종 발현을 보다 신속하게 생산하기 위한 고효율 플랫폼의 개발에서 널리 탐구되었습니다[5]. 요즈음에는 두 가지 모두를 포함한 많은 화장품이 있습니다.화장품식물세포 배양기술에서 유래한 유효성분을 함유한 영양화장품. 이 논문의 목적은 화장품 응용을 위한 식물 세포 기술의 최근 발전을 검토하고 시장에서 판매되는 상용화된 식물 세포 배양 유래 활성 화장품 성분에 대한 간략한 개요를 제공하는 것입니다. 이 리뷰의 정보는 Prospector-R 검색 엔진, SpecialChem, Cosmetic Design Europe, 학술 검색 엔진 Scopus, ScienceDirect, Google Scholar 및 PubMed와 인기 있는 검색 엔진 Google. 또한, InnovaStemCell Calendula 제품 개발에 대해 제시된 사례 연구에서 식물 세포 배양 유래 활성 성분의 개발 및 특성화의 주요 단계에 대해 자세히 논의합니다.
전체 cistanche 뿌리
2 식물추출물을 유효성분으로 인코스메틱
식물화장품에 잠재적으로 적용할 수 있는 수많은 대사 산물의 풍부한 원천입니다. 태곳적부터 인류는 영원한 젊음의 상태를 확립하기 위해 다양한 식물과 그 추출물을 사용하여 화장품을 만들었습니다. 심미적인 외관 외에도 추가적인 건강상의 이점을 제공할 수 있는 화합물. "로 알려진 이러한 제품의 개발화장품", 현대 화장품 및 퍼스널 케어 산업의 가장 최근 경향을 반영합니다. 실제로 식물에는 잠재적인 화장품 및 제약 용도가 있는 내인성 생리 활성 대사 산물이 풍부합니다[7-9]. 폴리페놀, 페놀산, 트리테르펜, 플라보노이드와 같은 이러한 식물 화학 물질의 대부분은 , 스틸벤, 스테로이드, 카로티노이드, 스테로이드알사포닌, 스테롤, 지방산,다당류,설탕, 펩타이드 등은 적절한 용매로 추출하여 화장품 제형에 존재하는 비활성 성분으로 사용할 수 있습니다[10]. 이 때문에 화장품 산업에서는 항산화, 항균, 항바이러스, 항암, 항진균, 항염, 항알레르기, 등, 강력한 보습, 노화방지, 주름개선, 자외선차단 효과도 나타납니다[11]. 그러나 식물 추출물의 품질 및 식물화학적 프로파일은 기후, 토양, 위도, 계절적 요인, 수확 시기 및 현장 관리 관행에 따라 광범위하게 변하여 활성을 표준화하는 것이 어려울 수 있습니다[12]. 새로운 천연 식물 화학 물질에 대한 검색은 다음과 같은 생리 활성 추출물의 수집으로 이어졌습니다.식물, 그러나 또한 버섯, 조류 및 식물 유래 부산물의 이용 [13-17]. 오늘날 효과적이고 안전한 천연 제품에 대한 소비자의 관심이 높아짐에 따라 식물 세포 배양 기술에 의해 생산된 고품질 생리활성 식물화학물질의 "신세대"가 지난 10년 동안 도입되었으며 현재 코스메슈티컬 분야에서 그 존재가 나타나고 있습니다. 시장이 꾸준히 성장해왔습니다.
시스탄체 뿌리 &시스탄체 추출물
3 식물 세포 배양 기술: 활성 화장품 성분 생산을 위한 원리
식물 세포 배양 기술은 엄격하게 통제된 환경 조건에서 식물 세포를 성장시키는 기술입니다. 식물 세포는 전능성(totipotent)으로 간주되기 때문에 핵에 암호화된 전체 유전 기계를 발현할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 따라서 모체에서 발견되는 특징적인 이차 대사산물의 전체 스펙트럼을 생성할 수 있습니다.식물. 식물 세포는 우수한 제조 관행 절차에 따라 처리할 수 있으며 기후 또는 토양 또는 현장 관리 관행과 독립적으로 대용량 생물반응기를 사용하여 쉽게 증식할 수 있습니다[5, 18]. 또한, 시험관 내에서 배양된 식물 세포는 빠른 성장과 축적 능력이 특징입니다. 단기간에 대량의 균일한 바이오매스[19, 20]. 이것은 특히 식물에서 낮은 농도로 발견되는 레스베라트롤(resveratrol), 파클리탁셀(paclitaxel) 또는 테르페노이드(terpenoids)와 같은 희귀 생리활성 화합물의 생산에 매우 중요한 이점이며, 이들의 분리 및 정제에는 다량의 식물 바이오매스 처리가 필요합니다[21-25] . 또한 식물 세포 배양 기술은 약초, 향료, 약용, 심지어 희귀하고 멸종 위기에 처한 식물 종으로부터 오염이 없고 식물화학적으로 균일한 바이오매스를 지속적으로 공급할 수 있는 안정적이고 강력한 생산 플랫폼을 제공합니다[26]. 환경적으로 지속 가능한 생합성 플랫폼을 사용하여 천연 파이토케미컬을 얻으려는 관점은 식물 세포 배양 기술을 고부가가치 "녹색" 화장품 제형을 위한 활성 성분 생산에 매우 매력적으로 만들었습니다[27-30]. 주목해야 할 점은 식물세포 배양기술로 얻은 화장품 유효성분이 '식물줄기세포'라는 이름으로 소비자들 사이에서 대중화되고 있다는 점이다. 여기서 이 구절에 사용된 "줄기세포"라는 용어가 항상 실제 식물 줄기세포를 지칭하는 것은 아님을 이해하는 것이 중요합니다. 현존하는 대부분의 식물 세포 배양 생산 플랫폼은 실제로 진정한 식물 줄기 세포의 배양이 아닌 역분화 식물 세포의 사용을 기반으로 개발되었습니다. 역분화 식물 세포는 이미 분화된 다른 전문 조직으로부터 이미 분화된 성숙한 식물 세포의 역분화에 의해 얻어지는 반면, 진정한 식물 줄기 세포는 수명 주기에서 결코 분화되어서는 안 된다. 분화된 세포의 역분화에서 발생하기 때문에 역분화된 식물 세포 배양물은 얻은 조직 유형에 대한 특징인 일부 후생적 변형을 상속할 수 있으므로 생합성 및 성장 특성이 매우 이질적일 수 있습니다. 이 사실로 인해 동일한 식물에서도 고유한 식물화학적 프로필과 성장 특성을 가진 식물 세포주를 거의 무제한으로 생성할 수 있었고, 이러한 이유로 "잎 줄기 세포", "분열 줄기 세포", "뿌리 줄기"라는 용어가 사용되었습니다. 세포" "뿌리줄기세포", "꽃줄기세포", "과일줄기세포" 등은 활성화장품 성분의 INCI 명칭에서 흔히 볼 수 있지만, 사실 이들 모두는 역분화 식물 세포 배양물을 지칭한다. 반면에 진정한 식물 줄기 세포인 CMC(Cambial meristematiccells)의 재배를 기반으로 개발된 식물 세포 기술이 존재합니다. 이 세포는 형성층에 의해 분리되며 진정한 분열 줄기 세포로만 구성됩니다 [31, 32]. 형성층 분열조직 세포는 빠르고 균일한 성장, 후성유전적 변형의 결여, 유발인자와 같은 자극 인자로 처리될 때 예측 가능한 2차 대사산물 생산 능력을 특징으로 합니다[33]. 이 기술은 한국 기업 "(주)운화"에서 사용되었습니다. Cambialmeristematic 세포의 증식을 기반으로 개발 된 특허 보호 발현 플랫폼 DdobyulR을 사용하여 여러 활성 화장품 성분을 생산합니다 (표 1). 화장품에 사용되는 식물 세포와 관련하여 또 다른 중요한 사실은 "식물 줄기 세포"라는 용어가 캘러스 배양, 세포 현탁액 또는 모근에 의해 생성되는 활성 성분에 종종 동일하게 사용된다는 것입니다. 캘러스 배양은 고체 배지에서 배양된 식물 세포인 반면, 세포 현탁액 배양은 액체 배지에서 잠긴 조건에서 배양된 단일 식물 세포 또는 작은 세포 응집체라는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 캘러스 배양 및 세포 현탁액은 모두 역분화 또는 진줄기 세포로 구성될 수 있습니다. 반대로, 털이 많은 뿌리는 식물 세포의 유전자 변형에 의해 얻어진 장기 배양물입니다[23, 34]. 현재 시판되고 있는 식물세포배양기술 유래 화장품 유효성분 중 일부를 표 1에 정리하였다.
3.1 식물 줄기 세포
식물 세포는 화장품 제형을 위한 신선한 식물 바이오매스의 지속적인 공급을 위해 증식되고 사용될 수 있습니다. 그러나 화장품에 식물 세포 전체를 도입하여 활성 성분으로 유지할 수는 없다는 점을 이해하는 것이 매우 중요합니다[30,35]. 식물 세포는 환경 요인, 영양 배지 조성, 삼투압 및 기계적(전단) 응력, 가스 교환 및 산소 공급, 온도, 빛, 이온 강도 및 수분 함량에 매우 민감하므로 화장품 준비 및 보관 또는 피부에 화장품을 바르는 것. 살아있는 줄기세포를 유지하고 공급할 수 있는 전달 시스템을 개발하더라도 식물 세포의 크기와 특정 구조로 인해 피부 표면에 부착되거나 침투할 수 없습니다. 논의된 모든 우려 때문에, 식물 줄기 세포는 오히려 다양한 유형의 추출물을 제조하기 위한 원료로 사용되며, 이는 화장품 제형에 활성 성분으로 포함될 수 있습니다. 건조된 식물 세포 및 활성 성분의 그램당 세포 수에 대해 표준화되었습니다(표 1). 이러한 예는 노화 방지 활성 성분 CeltosomeTMERyngium Maritimum ST(1억 세포/g의 활성 성분을 포함하는 바다호랑이 세포 배양 기준) 및 티로시나제 억제 피부 미백 활성 성분 Celtosome™ Crith mum Maritimum ST (활성 성분 g당 10억 세포 이상의 암석 샘파이어 세포 배양 기준) (표 1).
3.2 식물줄기세포 추출물
식물 세포 배양 기술로 얻은 대부분의 유효 화장품 성분은 다양한 추출물 형태로 판매되고 있습니다(표 1). 식물 유래 추출물과 달리 식물 세포 배양액에서 얻은 추출물은 쉽게 표준화할 수 있으며 고급 화장품 시장이 지속적으로 요구하는 엄격한 안전 요구 사항을 완벽하게 준수합니다[35]. 식물 세포 추출물에는 병원체, 농약, 독성 물질이 없습니다. , 알레르겐 및 오염 물질은 우수 제조 관행의 절차를 준수하는 통제된 조건에서 생산되기 때문입니다. 사용되는 용매의 종류에 따라 화장품에 사용되는 식물 세포 추출물은 조건부로 지용성(기름으로 추출) 및 수용성(글리세린으로 추출) 추출물, 건조 추출물(말토덱스트린으로 컨디셔닝됨), 식물 세포벽 추출물(펩티드 및 당이 풍부함)으로 나눌 수 있습니다. ), 나노에멀젼 또는 현탁액 추출물 [35]. 그러나, 존재하는 대부분의 추출물은 표적 화합물 또는 밀접하게 관련된 생리활성 화합물의 그룹의 추출을 기반으로 개발되었으므로 추출된 식물 세포의 전체 건강상의 이점을 활용할 수 없었습니다. 일부 예외는 전체 식물 세포가 화장품 제형에 직접 적용하기 위해 동결 건조되고 분말화되거나(표 1 "Vytrus Biotech" 및 "Naolys"에서 제공하는 일부 제품 참조) 전체 세포 현탁액이 유화되거나 고압 균질기를 사용하여 리포솜 복합체에 캡슐화되었습니다("Innova BM" 및 "Mibelle AG Biochemistry"에서 제공하는 일부 제품, 표 1 참조).
3.3 재조합 단백질 생산을 위한 분자 양식
식물중요한 약학적 특성을 가진 재조합 단백질의 발현을 위한 우수한 생산 매트릭스입니다[36]. "분자 농업"으로 알려진 이 강력한 재조합 단백질 발현 기술은 백신[37-39], 사이토카인[40], 심지어 인간용 치료 단백질 생산[5, 41, 42]에도 널리 사용되었습니다. 고전적인 분자 농업 기술은 재조합 단백질 발현을 위한 식물의 유전적 변형을 기반으로 합니다. 이는 안정적인 형질전환 계통을 생성하기 위해 숙주 DNA에 외래 유전자를 영구적으로 통합하거나 손상되지 않은 식물 잎의 일시적인 형질전환에 의해 실현될 수 있다[43]. 그러나 두 가지 방법 모두 엄격한 규제 기준에 따라 엄격하게 통제된 환경 조건에서 전체 식물을 온실로 재배해야 합니다[36]. 이러한 기술을 사용하여 아이슬란드 회사 "BIOEFFECT"는 유전자 조작 보리씨에서 발현되는 화장품용 EGF(Epidermal Growth Factors)의 대규모 생산을 위한 식물 기반 형질전환 플랫폼을 처음으로 적용했습니다. 이 회사는 더 건강하고 젊어 보이는 피부에 기여하는 이 세포 활성제를 함유한 다양한 스킨 케어 제품을 제공합니다. 그러나 최근 관심을 받고 있는 분자 농업은 재조합 단백질 생산을 위한 식물 세포 배양 기술의 적응에 초점을 맞추고 있다. 이 기술은 생물반응기에서 정밀하게 제어되지 않은 미세 환경 시험관 내 조건에서 성장하는 식물 세포에 의한 지속 가능하고 지속적인 이종 단백질 생산을 제공합니다. 유전자 조작 식물 세포 배양의 재배는 유전자 변형 식물을 재배하여 농업 규모의 생산에 의존하는 고전적인 분자 농업 기술과 비교할 때 훨씬 더 강력한 발현 플랫폼으로 인식되었습니다[18, 41]. 최근 한국 회사 '천연 바이오 소재(NBM)'는 성장 인자(표피 성장 인자, 기본 섬유아세포 성장 인자, 인슐린 유사 성장 인자{19}}, 각질세포 성장 인자, 섬유아세포 성장 인자)를 함유한 일련의 활성 화장품 성분을 출시했습니다. -7, 재조합 벼(Oryza sativa L.) 세포 배양에 의해 발현되는 혈관내피 성장 인자(VascularEndothelial Growth Factor)(표 1). 그러나 이 기술로 생산된 인간 재조합 단백질은 부정할 수 없는 장점과 높은 순도, 동물성, 바이러스성, 세균성, 외독소성 생산이 특징임에도 불구하고 일부 소비자들은 여전히 우려를 표하고 있다. 유전자 변형 유기체에 의해 발현되기 때문에 그러한 제품을 사용하는 것.
4 사례 연구: INNOVA StemCellCalenula에서 엑소폴리사카라이드의 개시, 성장, 식물화학적 프로파일 및 이화학적 특성
"금잔화"로 알려진 금송화(Calendula officinalis L.)는 전통 약초 및 피부 관리에 널리 사용되었습니다.화장품국소 적용용 [11]. 바지는 페놀산, 플라보노이드, 트리테르펜, 카로티노이드, 방향 화합물 및 고도불포화 지방산의 독특한 혼합물이 풍부한 것으로 나타났습니다[44-46]. 높은 치료 가치와 입증된 미용 효과로 인해 불가리아 회사 "Innova BM"은 금송화 역분화 세포 배양을 기반으로 하는 두 가지 고품질 활성 미용 성분을 개발하여 시장에 출시했습니다(표 1). 이러한 제품의 개발은 그림 1에 개략적으로 나와 있습니다. 기술 단계에는 금송화 선별이 포함됩니다.식물우수한 식물화학적 프로필, 캘러스 유도 배지에서 식물 외식편의 선택, 살균 및 배양, 적절한 식물화학적 프로필을 가진 부서지기 쉬운 세포주의 선택, 액체 세포 현탁 배양 시작, 배양 조건 및 영양배지 조성 최적화. 최적화 단계는 선택된 세포주의 생합성 잠재력과 축적된 바이오매스의 상당한 증가를 달성할 수 있기 때문에 우리 기술에서 중요합니다(표 2, 그림 2). 최적화 후, 선택된 라인은 교반 탱크 생물 반응기에서 대규모 배양으로 확장되었습니다. 생성된 세포 현탁액(세포 및 배양액)을 고압 균질기로 처리하여 글리세린 추출물(50중량%) 또는 금송화 에멀젼(75중량% 세포 현탁액)을 생산하였다[47]. 피부에 바르면 뛰어난 보습, 주름 개선, 보습 및 재생 효과가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 효과는 금송화 세포의 배양 동안 분비된 엑소폴리사카라이드 함량이 높기 때문입니다(그림 2D). 엑소폴리사카라이드는 펙틴 유형에 속하는 것으로 확인되었습니다. 조 엑소폴리사카라이드 분획은 879 ug/mg 중성당과 50 ug/mg 단백질을 포함합니다.다당류및 펩타이드는 이 엑소폴리사카라이드 분획을 국소 적용을 위한 화장품의 유화제로 적용하기에 거의 완벽하게 만들었습니다. 다른 대중적인 유화제와 함께 적용했을 때의 잠재적인 시너지 상호작용과 유화 안정화 특성이 표 3에 나와 있습니다.다당류분자량이 6.7 × 1{16}}4 Da이고 413 ug/mg의 우론산을 포함합니다. 엑소다당류 분획의 전체단당류 조성은 글루쿠론산(13.6ug/mg), 갈락투론산(399.7ug/mg), 포도당(185.5ug/mg), 갈락토스(179.9ug/mg), 람노스(178.9ug/mg)로 결정되었습니다. , 아라비노스(166.7 ug/mg), 푸코스(0.6 ug/mg) 및 만노스(4.7 ug/mg). Innova StemCellCalendula 제품에 포함된 이 엑소폴리사카라이드 분획의 존재는 방출된 세포 함량(표 2)의 생리활성 화합물과 결합하여 이러한 제품을 독특하고 활성 화장품 성분 시장에서 유일하게 만들었습니다.
5 결론
활성 성분으로 적용하기 위해 식물 기원의 고품질 천연 제품에 대한 계속 증가하는 수요에 따라코스메슈티컬제형, 식물 세포 배양 기술은 고객의 요구를 효과적으로 공급할 수 있는 강력한 생산 플랫폼을 개발했습니다. 우리는 화장품 산업 시장에 제공되는 상업화된 식물 세포 유래 성분의 수가 기하급수적으로 증가하고 생산에 사용되는 활용 식물 종의 다양성이 매년 계속 증가하고 있음을 목격하고 있습니다. 사실, 화장품에 필요한 식물 세포 유래 성분의 생산에 대한 관찰된 관심은 기술 선진국에서 식물 세포 배양 기술의 개발 및 상업화의 최근 발전과 관련이 있을 수 있습니다. 또한, 새롭게 개발된 유전자 편집, 대사 산물 공학 및 합성 생물학 기술은 원하는 활성을 가진 맞춤형 화장품의 수율 향상 및 개발에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 분자 농업의 발전은 이미 인체의 자가 복구 메커니즘을 사용하여 피부 수명을 연장할 수 있는 잠재력을 지닌 화장품 개발의 첫 번째 단계인 희귀한 인간 활성화제 펩타이드, 사이토카인 및 성장 인자의 상업적 생산으로 이어졌습니다. 그러나 지금까지 규제 기준 및 문서화, 건강 혜택 강조 표시의 통합 및 의약품 효과 평가 방법론과 관련하여 많은 미해결 질문이 있으며 소비자가 올바른 선택을 할 수 있도록 답변해야 합니다.코스메슈티컬제품.
