Peptydy biomimetyczne i czynniki wzrostu.

Streszczenie

W pracy przedstawiono aktualny stan wiedzy na temat peptydów biomimetycznych i czynników wzrostu stosowanych w medycynie estetycznej. Omówiono mechanizm działania oraz zastosowanie preparatów zawierających peptydy biomimetyczne i czynniki wzrostu.

Słowa kluczowe: Peptydy biomimetyczne, czynniki wzrostu, mezoterapia, sekwencje sygnałowe.

Wstęp

Wszechobecny rozwój technologiczny w zakresie kosmetologii i medycyny estetycznej spowodował wciąż rosnące zapotrzebowanie na wprowadzanie substancji aktywujących naturalne mechanizmy obronne skóry.Prawdziwym przełomem ostatnich lat stały się w tym zakresie peptydy biomimetyczne (Biomimetic peptides) i czynniki wzrostu (Growth factors – GFs).

Początki badań nad odpowiedzią komórek skóry sięgają drugiej połowy XX wieku. Wówczas to powstały badania nad rolą egzogennych białek w patogenezie i wykrywaniu wczesnych objawów nowotworów piersi i roli HPV w patogenezie raka szyjki macicy. [10]  Te badania wyznaczyły kierunek poszukiwań innych egzogennych białek mających wpływ na zmiany metaboliczne zachodzące in vivo.

Podstawowym elementem składowym czynników wzrostu jak i peptydów biomimetycznych są aminokwasy. W przyrodzie występuje około 300 aminokwasów, niemniej jednak hydroliza białek (roślinnych, zwierzęcych i ludzkich) dostarcza nam jedynie 20 aminokwasów. Jest to dowód na uniwersalność kodu genetycznego i jedność budowy całego świata ożywionej materii. Aminokwasy połączone wiązaniem peptydowym tworzą peptydy, które łącząc się ze sobą w większe struktury tworzą białka. Masa cząsteczkowa peptydów nie powinna przekraczać 8-10 tysięcy Daltonów. Powyżej tej masy mamy do czynienia z białkami. [1, 2]

Peptydy biomimetyczne nie przekraczają 50 aminokwasów, czynniki wzrostu są większe i zaliczamy je do białek. [2, 3]

Olbrzymi wpływ na dostępność biologiczną peptydów i ich ukierunkowane, selektywne działanie odgrywają tzw. sekwencje sygnałowe – znajdujące się na końcach cząsteczek i wykazujące powinowactwo w stosunku do konkretnego receptora znajdującego się w błonie komórkowej komórki docelowej. Taka budowa peptydów biomimetycznych sprawia, że zastosowane nawet w bardzo małych dawkach mają możliwość oddziaływania dokładnie tam, gdzie chcemy wywołać zmiany metabolizmu komórek organizmu. Stwarza to ogromne możliwości w dalszych badaniach zmierzających do osiągnięcia swoistych i bardziej selektywnych substancji wpływających na poprawę metabolizmu komórek skóry i powstrzymywanie procesu starzenia. Badania te zapoczątkował niemiecki biolog prof. Günter Blobel, który w 1999 rokuzostały wyróżniony Nagrodą Nobla za pracę nad mechanizmem i identyfikacją wewnętrznych sygnałów kierujących transportem i lokalizacją białek w komórkach. [1, 4]

Peptydy biomimetyczne

Wszystkie procesy zachodzące w żywych organizmach dla swojego prawidłowego przebiegu wymagają obecności swoistych substancji modulujących. Są to naturalnie występujące peptydy i czynniki wzrostu. Wraz z wiekiem ilość naturalnych peptydów organizmu maleje lub uszkodzona zostaje ich prawidłowa synteza, a kontrolowane przez nie procesy naprawcze i metaboliczne stopniowo słabną i ulegają zaburzeniom. Proces ten w konsekwencji prowadzi do obserwowanych zmian związanych m.in. z procesem starzenia się organizmu. [1]

Kluczową rolę w zrozumieniu procesów zachodzących w skórze wraz z wiekiem odgrywa zmiana w pierwszorzędowej strukturze peptydów. Zmiana taka zainicjowana przez czynniki mutagenne może prowadzić do całkowitego zmienienia lub zniesienia aktywności biologicznej danego peptydu. Zamiana pojedynczego aminokwasu na inny w peptydzie zbudowanym z sekwencji 100 lub więcej aminokwasów może zmniejszyć lub znieść jego aktywność biologiczną oraz powodować potencjalnie poważne następstwa dla całego organizmu (Np. niedokrwistość sierpowata). [2, 5]

Peptydy biomimetyczna to syntetyczne związki chemiczne działające na zasadzie wiernego naśladowania naturalnych, obecnych w organizmie substancji sterujących procesami metabolicznymi oddziaływującymi bezpośrednio na komórki docelowe.

W chwili obecnej w zakresie medycyny estetycznej wykorzystywanych jest ponad 300 peptydów biomimetycznych. Około 100 kolejnych jest obecnie w fazie dalszych badań i w trakcie procesu rejestracji. [5, 6]

Wskazania do stosowania peptydów biomimetycznych w medycynie estetycznej

W zakresie medycyny estetycznej i medycyny przeciwstarzeniowej peptydy biomimetyczne znalazły zastosowanie w kilku głównych wskazaniach:

• działanie Anti – Aging
• działanie przeciwprzebarwieniowe
• działanie powstrzymujące wypadanie włosów
• działanie antycellulitowe
• działanie rozkładające tkankę tłuszczową .[1]

Pod względem działania możemy wyróżnić następujące typy peptydów biomimetycznych:

• peptydy sygnałowe

Swoista zdolność peptydów do inicjowania procesów wewnątrzkomórkowych zaowocowała odkryciem ich wpływu na proces wzrostu fibroblastów, syntezę kolagenu i elastyny. Podczas badań odkryto heksapeptyd (Val-Gly-Val-Ala-Pro-Gly), który skutecznie stymulował proliferację skórnych fibroblastów oraz pośredniczył w regulacji działania metaloproteinaz MMP-1 i MMP-3 w stanach zapalnych skóry.

Sygnałowe peptydy są najczęściej fragmentami kolagenu i elastyny, wbudowywanymi w czasie biosyntezy tych białek. Dostarczanie tego typu substancji z zewnątrz do skóry właściwej, będzie sygnałem do produkcji nowych makromolekuł kolagenu, a tym samym będzie prowadzić do poprawienia wyglądu i elastyczności skóry. [1, 7]

• inhibitory neurotransmiterów

Prekursorem tej grupy peptydów biomimetycznych była toksyna botulinowa, stosowana w medycynie estetycznej od lat w celu blokowania połączeń płytki nerwowo-mięśniowej i w efekcie usuwająca zmarszczki mimiczne.

Wieloletnie prace badawcze nad syntetycznymi pochodnymi o działaniu zbliżonym do toksyny botulinowej zaowocowały uzyskaniem peptydu o nazwie Argirelina. Jest to heksapeptyd działający jako inhibitor acetylocholiny, co prowadzi do blokowania impulsu w obrębie płytki nerwowo-mięśniowej. [5, 6, 7]

Uzyskano, więc syntetyczną pochodną wykazującą zbliżone działanie do toksyny botulinowej, z pominięciem jej toksyczności. Argirelina znalazła zastosowanie w kosmetologii, dzięki braku toksyczności wykazywanej przez toksynę botulinową. [1,8]

•  peptydy transportujące

Kolejną istotną rolą, jaką spełniają peptydy biomimetyczne jest transport substancji niezbędnych do prawidłowych procesów metabolicznych zachodzących w skórze. Są to na przykład jony metali. Jony miedzi są niezbędne w procesie gojenia się ran oraz w wielu procesach enzymatycznych. Pierwiastek działa przeciwstarzeniowo na kilka sposobów. Bierze m.in. udział w procesie neutralizowania wolnych rodników  w skórze, a za ich neutralizowanie są odpowiedzialne systemy o charakterze przeciwrodnikowym.

Najważniejszym z nich jest system oparty na działaniu dysmutazy nadtlenkowej i katalazy. Zadaniem dysmutazy nadtlenkowej jest przekształcanie anionorodnika tlenowego w nadtlenek wodoru, natomiast katalaza rozkłada nadtlenek do wody i tlenu. Kationy miedzi pełnią w tym procesie rolę kofaktora, czyli elementu niezbędnego do działania enzymu. Dodatkowo, miedź jest pierwiastkiem, od którego zależna jest oksydaza lizylowa, pełniąca kluczową funkcję w tworzeniu kolagenu i elastyny. [2,7,8]

Obserwowane efekty kliniczne prowadzą do zwiększenia grubości skóry właściwej i naskórka, redukcji zmarszczek, poprawy elastyczności skóry, redukcji przebarwień związanych z procesem fotostarzenia.

Czynniki wzrostu – (Growth factors – GFs)

To substancje o budowie polipeptydowej wydzielane przez niektóre typy komórek organizmu. Ich działanie polega na stymulowaniu innych komórek do podziałów, wzrostu lub różnicowania się. Czynniki wzrosty swoje działanie wywierają poprzez receptory znajdujące się w komórkach docelowych. Gdy czynnik wzrostu zwiąże się z receptorem transbłonowym, wówczas dochodzi do zapoczątkowania szlaku sygnalizacji wewnątrzkomórkowej. Wytwarzane są  mediatory przekazujące sygnał przez błonę komórkową, co w konsekwencji wpływa na ekspresję odpowiednich genów. Fakt, iż czynniki wzrostu nie wnikają do komórki jest istotny, ponieważ w takiej sytuacji nie występują działania mutagenne a jedynie stymulacja normalnych procesów zachodzących w komórkach docelowych. [9,10]

Obecnie w medycynie estetycznej wykorzystywane są dwa rodzaje czynników wzrostu. Czynniki wzrostu, które są produkowane przez systemy bakteryjne oraz czynniki wzrostu pozyskiwane z osocza bogatopłytkowego.

Wszechstronność i bezpieczeństwo preparatu pozwala na nieograniczone wręcz zastosowanie. Prowadzone badania wciąż rozszerzają ustalone wskazania. Na dzień dzisiejszy przyjęto następujące lokalizacje w zakresie podawania PRP:

• policzki
• fałdy nosowo-wargowe
• kurze łapki
• powieki
• usta
• podbródek
• czoło
• szyja
• dekolt (rowek między piersiami)
• dłonie
• skóra owłosiona głowy

Przeciwwskazania do stosowania PRP

• Zespoły dysfunkcji płytek
• Krytyczna małopłytkowość
• Niedobór fibrynogenu
• Niestabilność hemodynamiczna
• Posocznica
• Zakażenia ostre i przewlekłe
• Przewlekłe schorzenia wątroby
• Terapia antykoagulacyjna (w odniesieniu do wypełniaczy)
• Aspiryna

Wnioski

• Peptydy biomimetyczne oraz czynniki wzrostu znalazły już swoje stałe miejsce w zakresie zabiegów wykonywanych w gabinecie medycyny estetycznej. Trwające wciąż badania nad nowymi substancjami, wykazującymi swoiste działanie in vivo, poszerzają gamę dostępnych produktów. Wszystko wskazuje więc na to, że najbliższe lata przyniosą lawinowy rozwój opisanych powyżej technologii. Kluczową role w tym procesie odgrywa fakt, że zarówno peptydy biomimetyczne jak i czynniki wzrostu działają poprzez stymulację naturalnych mechanizmów naprawczych i regeneracyjnych naszego organizmu. Są więc bezpieczne, nie wykazują zdolności alergizujących, a ich działanie bardziej przypomina leczenie, a nie upiększanie.
• Obecnie główne zakresy stosowania zarówno peptydów biomimetycznych jak i czynników wzrostu to działanie przeciwzmarszczkowe, stymulacja odnowy komórkowej i tkankowej, regulacja melanogenezy, stymulacja wzrostu włosów. Dalsze kierunki badań zmierzają do stworzenia substancji mających znaczenie w procesie zapobiegania siwieniu włosów oraz regulujących sekrecję gruczołów łojowych.
• Trwają również prace nad usprawnieniem mechanizmów wprowadzania substancji aktywnych do organizmu. Poza zamykaniem ich w kapsułach liposomalnych czy też stosowaniu metod fizykalnych interesującym wydaje się być kierunek łączenia ich z sekwencjami sygnałowymi sterującymi ich transportem w miejsca docelowe w dostępnych już na polskim rynku suplementach diety.
• Pomimo bardzo obiecujących możliwości potencjalnego działania opisanych powyżej substancji aktywnych należy pamiętać, że brak jest obecnie miarodajnych badań opisujących  zarówno dokładne mechanizmy działania, jak i odległe skutki ich stosowania u ludzi. Nie wiemy w jaki sposób będą one wpływać na naturalne procesy zachodzące w organizmie człowieka, ponieważ większość badań dotyczących ich działania i zastosowania była przeprowadzana na hodowlach komórkowych w warunkach laboratoryjnych. Jest to niewątpliwa wada wszystkich nowych preparatów wprowadzanych na rynek. Należ jednak mieć nadzieję, że obiecujące wyniki przeprowadzonych dotychczas prac badawczych przełożą się w pełni na ich działanie in vivo.

Bibliografia:

1. Kępa A. Peptydy biomimetyczne i czynniki wzrostu – przełom w medycynie estetycznej. Artykuł przyjęty do druku w Kosmetologii Estetycznej w numerze 1/5/2013
2. Murray, K.R.; Granner, K.D.; Mayes, P.A.; Rodwell W.V. (1995) Biochemia Harpera. Warszawa, Wydawnictwo PZWL.
3. Nowak, J.Z. Zawilska, J.B. (red)(2009) Receptory i mechanizmy przekazywania sygnału. Warszawa. Wydawnictwo Naukowe PWN.
4. Tarnowska, B. (2001) Nagrody Nobla. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN
5. Konarska, L. (red)(2007) Molekularne mechanizmy przekazywania sygnałów w komórce. Warszawa. Wydawnictwo Naukowe PWN.
6. Arct, J. Chmielewski, R. Niskocząsteczkowe biologicznie czynne peptydy w kosmetyce. Przełom w substancjach czynnych czy chwyt marketingowy ? (2011), Wykład, Wyższa Szkoła Zawodowa Kosmetyki i Pielęgnacji Zdrowia w Warszawie
7. Stepulak M., Kosmetyki oparte na peptydach – czyżby nowy sposób na walkę z efektami starzenia?(Data dostępu2011.07.15) http://www.biotechnologia.pl/biotechnologia portal/info/kosmetologia/34artykuly-opracowania/641, kosmetyki oparte na peptydach czyżby nowy sposób na walkę z efektami starzenia.html
8. Kępa A. Peptydy biomimetyczne i czynniki wzrostu. Wykład na Konferencji Naukowej Kosmetologia wczoraj, dziś i jutro. Niepubliczna Wyższa Szkoła Medyczna we Wrocławiu 20-21.10 2012.
9. Nagraba, Ł. Mitek, T. Stolarczyk, A., Nowak, P. (2009) Efficacy of Platelet Rich Plasma (PRP) in muscle injuries, Arthroscopy and Joint Surgery 5(2).
10. Surowiak, P. Mezoterapia versus osocze bogatopłytkowe, (2011), Warszawa, Academy of Aesthetic and Anti-Aging Medicine nr 2/2011.

Autor artykułu: lek. med. Andrzej Kępa