CN1210015C - 防太阳辐射组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于人体的阳光屏蔽组分,包括由植物、藻、蓝藻细菌、真菌及其它细菌中提取的一些可防阳光辐射的天然物质,这些活性因子是存在于植物、藻、蓝藻细菌、真菌和细菌中的化合物及其衍生物。
Description
技术领域
本发明涉及人类及物品免受阳光辐射损害的一种配方。本发明还涉及到由植物、藻和蓝藻细菌中提取的活性组合物及其衍生物,它们能避免阳光辐射造成的损伤。
背景技术
地球大气层的不同层,能吸收到达地球的大部分阳光辐射,特别是臭氧层能吸收高能量的紫外线。在到达地球表面的,与生物学有关的阳光辐射当中,只有2%的辐射是紫外线B(UV-B),其特性波长范围是280-315nm。其余的主要是紫外线A(UV-A),其特性波长范围是315-400nm;可见光(波长范围是400-700nm),以及红外线(特性波长大于740nm)。人类对平流臭氧层的破坏(Madroinichetal,1995.Ambio 24:143)导致到达地球的紫外线辐射水平增加,并且在将来更有上升的趋势。高水平的辐射和人类皮肤损伤及皮肤癌的上升有较大的相关(Jagger,1985,Solar-UV Actions on Living Cues,Praeger Pub,NY)。目前皮肤癌较其它所有癌症的总体发生的频率还要高。在1998年,仅北美就有大约100万新的皮肤癌患者。根据美国癌症学会资料显示,自1973年以来在美国诊断为皮肤癌的人数以每年4%的幅度增长(Science News 1997,151-383)。因此,皮肤癌已成为人类严重的健康问题。
皮肤癌是由紫外线A(UV-A)和紫外线B(UV-B)辐射导致的。尽管由紫外线B(UV-B)辐射引起的损伤已得到广泛研究(Motoyoshietal,1998,Cosmetics andToiletries 113:51),但只发表过为数有多的文章报导紫外线辐射对人类毛发的影响,或量化光损害的后果(Hoting et al,1995,J.soc.Cosm.Chem.46:85)。红斑是人类阳光晒伤反应的最明显的后果,同时阳光晒伤也能破坏DNA和RNA结构以及新陈代谢。受长期阳光辐射的最严重后果是光衰老和光致癌作用。
人类自身存在的皮肤色素、黑色素,可以在一定程度上保护自身免受阳光辐射的损害(Kollias et al,1991,J.Photochem.Photobiol.B:Biol.9:135)。表皮具有阻止紫外线穿过的能力。只有20%的入射辐射(波长为300-350nm)到达真皮层,当辐射射线波长为550nm等于其附近的数值时,可穿透射线的比率逐步增加到80%。很明显,角质层细胞阻挡紫外线B(U-B)的效果显著。然而,尽管排除了高能的紫外线B,角质化细胞仍会受到紫外线A(UV-A)辐射的伤害。另外,紫外线A(UV-A)已显示其诱导突变和潜在致命的效应(Jagger,1985,Solar-UVActions on Living Ceus,Praeger Pub,N.Y)。
保护皮肤免受阳光辐射损伤的对策大多是应用一些能阻挡辐射或吸收有害紫外线成分的配方(Gasparro et al.,1998,Photochem.Photobiol 68:243)。尽管目前市场上的防晒产品能在不同程度上防止人们被晒伤,但它们都不能阻止皮肤癌的发生。在过去的5到10年间,阳光屏蔽物的使用不断上升,但黑色素瘤的发生案例还在逐渐增加(ASP News,1998,27:7)。典型的阳光屏蔽物能阻挡紫外线B,但紫外线A则很容易通过。已有报导显示,尽管紫外线B导致阳光晒伤,但紫外线A对于诱发皮肤癌起了主要作用(ASP News,1998,27:7)。我们相信目前迫切地需要设计策略来保护人类免受紫外线A或B辐射损伤,以补充人体的天然保护机制。这些保护物质配方必需在抵挡紫外线A或B辐射上有较高的活性,使用于人类皮肤时安全,并能提供很好的美容效果。
美容化学师已将阳光屏蔽活性物质加入配方中,以达到较好的保护。如何配制具有更强的紫外线屏蔽力产品,是对于美容化学师一大挑战(Dromgode et al.,1990,Sunscreens:development,evaluation and regulatory aspects.Marcel Dekker,N.Y.,pp313-317)。阳光屏蔽物质保留在表皮表面非常有效,但不幸的是,这些物质通常被皮肤深层吸收,因而降低了效果并引起刺激反应。美容化学师在他们的阳光屏蔽配方中使用了有机化合物,例如:尼龙,丁烷一甲氧基双苯甲酰和辛烷甲氧基桂皮酸盐的复合物已使用于多种紫外线辐射屏蔽护肤液。(Cosmetic and Toiltries,1998,113:83;Gasparron et al.,1998,Photobiol:68:243)(见表1)
表一.一种阳光屏蔽剂/膏配方实例(Cosmetics & Toiletris,1998,113:84)
含量(%)
A.Carbomer 0.15
B.水 70.70
C.丙二醇 2.0
对羟基苯甲酸甲酯 0.20
D.Sodium cocoyl lactylate 0.50
辛酰醇 1.60
Octyl methoxycinnamate 7.00
3-苯酮 2.00
辛基水扬酸 3.50
C12-15烷基苯甲酸盐 5.00
异丙棕榈酸盐 2.00
对羟基苯甲酸丙酯 2.10
本配方能在一定程度上保护免受紫外线B辐射损伤,但对紫外线A作用很小。
基于近期的报告,已显示紫外线A对皮肤组织的损伤作用,美容行业目前的当务之急是尽快地通过拓宽护肤剂的光吸收范围来开发了有效的防阳光辐射保护剂(Gasparro et al.,1998,Photochem.Photobiol.68:243)。
光合自养植物和微生物,例如绿藻和蓝藻细菌可防止紫外线辐射的损伤效果而保护其敏感的光合作用。光合生物及异养生物,例如真菌和细菌,能自然产生一些保护自身免受阳光辐射损伤的化合物。迄今为止,这些生物还未被利用作为并应用于人体皮肤阳光屏蔽化合物的来源。这可能部分是由于相关美容行业的工业科学家的科学背景造成的。这些科学家是典型的有机合成化学家,他们对于陆生植物、绿藻、和蓝藻细菌的光合作用研究、生物学和生物化学的知识和经验相当有限,或知之甚少。如果能应用这些生物自身的阳光屏蔽物质于保护人类免受阳光辐射损伤,那将是极有帮助的。
发明内容
本发明提供了几种天然化合物,它们具有如下特点:(1)作为天然阳光屏蔽因子;(2)不仅可防止可见光和紫外线B损害,而且可保护免受紫外线A辐射损害;(3)能大量生产;(4)易于分离;(5)易于加入阳光屏蔽液中,能保护人体免受紫外线辐射损害(紫外线A和B);(6)因此,它们能减少皮肤癌、太阳晒伤、暴露于阳光的光衰老和光损害的发展。
本发明包括几种主要成分:
第一,我们指出蓝藻细菌主要利用三种不同类型化合物的结合体来保护自身免受阳光辐射的危害:(i)类胡萝卜素(ii)双歧藻素(iii)菌孢素氨基酸。这些化合物可作为阳光屏蔽组合物,能提供显著的保护作用。这些组合物无毒性,不被皮肤吸收,对皮肤无刺激作用,并且能够以一种可形成均一的连续薄膜层的制剂的形式应用于皮肤。另外,这些化合物作用于皮肤后,化学稳定,不易光解。这一配方不仅能保护人体皮肤免于光衰老和光损害,而且能保护人体毛发和其它表面。此外,这些化合物能掺入或附在物体上,例如窗、隐形眼镜、阳光眼镜、画和胶片上,以保护它们免受长期阳光辐射造成的破坏效应。本发明也涉及到通常通过对人体皮肤和其它表面施用有效剂量的本发明的制剂,以使其免受阳光辐射伤害的方法。
第二,我们提出了一种全新的方法,能诱导这些天然屏蔽化合物的超量生产。例如,在蓝藻细菌中这些化合物很容易产生。通过控制生长条件,可操纵蓝藻细菌的生产。因为这些化合物通过光合作用生物天然产生,所以这些配方是“生态友好的”,并且能很容易和有效地从生物中提取。这些化合物也能化学合成。
其次,基于以上研究描述,我们研制了一种敏感、稳定的生物学方法来测试不同屏蔽化合物的紫外线保护潜力。这是利用蓝藻细菌光合作用对紫外线的敏感性来完成的。
最后,我们鉴定了由其它生物中天然生成的阳光屏蔽化合物以及分离、利用的方法。
阳光屏蔽因子,特别是那些蓝藻细菌中的物质,能产生协同效应。含有从蓝藻细菌中分离的三种化合物及载体的组分在效果上优于那些含有单一化合物的阳光屏蔽化合物--即仅仅是三种之一种化合物及载体的组分。当三种化合物以一定的比例混合在一起时它们之间具有协同效应,通过比较其不同的保护作用选用合适的相关比例可获得最佳配方及效果。
在一个具体表现形式中,本发明包含类胡萝卜素或胡萝卜素衍生物和载体的阳光屏蔽组分。在一个替代的具体表现形式中,本发明包含有多酚化合物或多酚化合物衍生物及载体的阳光屏蔽组分。在另一个具体表现形式中,本发明是由菌孢氨基酸或菌孢氨基酸衍生物及载体组成的阳光屏蔽组分。在另一个具体表现形式中,本发明是由类胡萝卜素或类胡萝卜素衍生物,多酚化合物或多酚化合物衍生物,菌孢氨基酸或菌孢氨基酸衍生物和载体组成的组分。这些组分能保护皮肤、毛发和其它表面免受阳光辐射损害。载体对于本产品(组分)对之施用的表面,例如人类皮肤或毛发是相容的(在美容上或其它方面)。载体最好是水剂、气、水溶液、油、胶、乳剂、分散载体之一,或它们的某种混合物。
类胡萝卜素最好包括一种蓝藻细菌类胡萝卜素,例如由β胡萝卜素、叶黄素、新黄质、玉米黄质、紫黄质、眉藻黄素、老黄素(nostoxanthin)、β胡萝卜素-4-酮、角黄素、颤藻黄素(oscillaxanthin)和蓝藻叶黄素组成的物质中选出一种的化合物。多酚化合物最好是蓝藻细菌的多酚化合物,例如双歧藻素。菌孢素氨基酸最好是由菌孢素甘氨酸,palythine,紫苑香-330,palythinol,palythene,紫菜聚糖-334,菌孢素等氨酸:秸氨酸和shinorine组成的物质中选出一种的化合物。类胡萝卜素最好总体重量为2mg,多酚化合物总体重量为1mg,菌孢氨基酸最好以1mg重量添加。
适宜组分包括一种油水乳剂或水油乳剂。在一个不同的配方中,阳光屏蔽组合物进一步包含至少一种美容需要的附着剂或添加剂,例如防腐剂、有机溶剂、棕色着色剂,抗氧化剂、稳定剂、软化剂、硅酮(silicone),α-羟酸、缓和剂、抗泡沫剂、保湿因子、维生素、芳香剂、离子或非离子硬化剂、表面活化剂、填充剂、硬化剂、螯合剂、聚合物、推进剂、碱化或酸化因子、不透明剂、脂肪化合物或着色剂。
另外的一些有用的组分为非离子载体分散物、乳剂、膏、奶、胶、膏药、悬浮物、分散剂、solidstick、泡沫或喷雾。组分也可能包括化妆品、无水或含水液或糊。组分也包括洗发剂、喷雾、雾、胶、摩丝、香波、调节剂、液剂、分散剂和着色剂。
在另一个具体表现形式中,本发明涉及到一种通常通过把有效剂量的本发明的组分施用于人体皮肤或其它表面来为之提供保护,以免受阳光辐射危害的方法。本发明的另一具体表现形式为包括光合自养细胞抽提物和载体的阳光屏蔽组分。在美容或其它方面的应用上,载体对于通常预期要把本发明的组分施用于其上的表面是相容的,例如人类皮肤和毛发。载体最好选择水、胶、水样液、油、扩散物、分散物当中的一种,或它们的某种混合物。抽提物最好占总重量的0.1%到2.5%或0.1%到10%。阳光屏蔽组分含有光合自养细胞抽提物和载体,这里,光合自养细胞抽提物最好用甲醇和丙酮进行抽提获得。
在另一具体表现形式中,本发明是测定试验化合物的阳光屏蔽效应的方法(工具),包括:光合自养细胞培养,叶绿素荧光反应测定以及含有测试化合物的人造滤膜。本发明还包括了能保护人类皮肤、毛发或其它表面免受阳光辐射危害的方法,包括通常施用于其上的本发明的阳光屏蔽有效组分。本发明还包括了诱导蓝藻细菌产生蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素氨基酸的方法,这种方法包括在高刺激压力下蓝藻细菌的培养方法。本发明还包括生产含有高浓度蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素氨基酸当中至少一种的抽提物的方法,这种方法最好包括在高刺激压力下培养蓝藻细菌,并分离出至少含蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素氨基酸其中一种的抽提物方法。在这一方法中,所谓高刺激压力条件是指培养温度为5℃,光照强度为大约150μmolm-2s-1或培养温度为29℃,光照强度为750μmolm-2s-1。本方法也包括分离出蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素氨基酸中至少一种的最好方法。本发明还包括一种测定试验化合物阳光屏蔽效果的方法,其步骤为:抽提光合自养细胞并产生溶液;生产人工滤膜;测定人工滤膜是否保护其PS II光合化学反应效应可免受紫外线损害,通过叶绿素a荧光测定方法来确定PS II化合化学反应受紫外线辐射的影响程度。
本发明还包括保护人类眼睛免受阳光辐射的方法,通过施用类胡萝卜素、多酚化合物和菌孢素氨基酸或类胡萝卜素、多酚化合物或菌孢素衍生物中的至少一种化合物于眼睛的隐形眼镜或窗户,以达到保护目的。
在另一种具体表现形式中,本发明的阳光屏蔽化合物包括光吸收氨基酸或光吸收氨基酸衍生物和载体。
本发明还包括阳光的屏蔽组分,即类胡萝卜素或类胡萝卜素衍生物,多酚化合物或多酚化合物衍生物,光吸收氨基酸或光吸收氨基酸衍生物和载体。氨基酸或氨基酸衍生物最好从以下氨基酸即酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、酪氨酸衍生物和色氨酸衍生物中选择。这些衍生物具有阳光屏蔽活性,也就是说,它们能够吸收光(尤其是紫外线)并且作为本发明的阳光屏蔽组分时,对减少光辐射损伤是有益的。
本发明涉及到由载体和以下化合物中至少一种所组成的阳光屏蔽组分,即类胡萝卜素、具阳光屏蔽活性的类胡萝卜素衍生物,多酚化合物、具阳光屏蔽活性的多酚化合物,阳光屏蔽氨基酸以及阳光屏蔽活性氨基酸衍生物。另一方面本发明涉及以下阳光屏蔽组分:(a)具阳光屏蔽活性的类胡萝卜素和类胡萝卜素衍生物;(b)多酚化合物或具阳光屏蔽活性的多酚化合物衍生物;(c)具阳光屏蔽活性的光吸收氨基酸和具阳光屏蔽活性的光吸收氨基酸衍生物。氨基酸或氨基酸衍生物可以是酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、具阳光屏蔽活性的酪氨酸衍生物或色氨酸衍生物。
本发明还包括一种方法,通过把本发明的组分施用某种于化学物质中,能减少该化学物质的降解作用,这些化学物质对紫外线较为敏感。这些化学物质是指除草剂、杀虫剂、植物生长激素、赤霉素、脱落酸、细胞分裂素等。类胡萝卜素、多酚化合物、菌孢素氨基酸或其衍生物中的任何一种或它们的某种混合物都有此效果。
本发明还包含测定抽提物阳光屏蔽活性的方法,包括:抽提光合自养细胞并制备溶剂、制备水样滤膜、测定是否滤膜有保护PS I或PS II免受紫外线辐射损害,也就是免受紫外线损伤,从而指出这些化合物是否有阳光屏蔽活性。本方法所使用的化合物也可以从抽提取物中提纯。
本发明含有测定试验化合物是否具有阳光屏蔽活性的系统,即:
(a)产生紫外线辐射的光源或光源构件;
(b)容器设备或容器构件,与光源一起配合使用,装盛光合自养细胞、培养物、匀浆或其具有PS I或PS II活性的抽提物;
(c)用来保持试验化合物的样品的工具或样品构件,样品置于光源及容器之间。
本系统还包括分析培养物、匀浆或抽提物的记分装置或记分构件,以确定PS I或PS II活性,从试验化合物受紫外线照射后其PS I或PS II活性下降的总量指示出化合物的阳光屏蔽活性。
本发明还包括测定试验化合物阳光屏蔽活性的方法,其步骤如下:
(a)产生用以穿过试验化合物的紫外线;
(b)使用穿过具有PS II活性的试验样品的紫外线照射光合自养细菌培养物、匀浆或抽提物;让试验化合物与培养物、匀浆或抽提物隔开。
(c)测定培养物、匀浆或抽提物的PS I或PS II活性;
(d)分析试验化合物的PS I或PS II活性和阳光屏蔽活性的相关性。纯化化合物(合成的或从培养物、匀浆或抽提物中或分离的),光合自养细菌培养物、匀浆、或抽提物也可通过本发明方法或系统加以测定。
本方法还进一步包括测定试验化合物中阳光保护因子的方法。
本发明还包括减少表面紫外线光损伤的方法,将由光合自养生物获得的具有阳光屏蔽活性的有效量抽提物施用于表面。光合自养细菌包括光合自养细菌、光合自养植物、光合自养真菌或异养细菌。表面可以是皮肤,例如人体皮肤。在本方法中,抽提物包括以下化合物中至少一种,即类胡萝卜素、类胡萝卜素衍生物(具光吸收活性)、多酚化合物、具光吸收活性的多酚化合物、光吸收氨基酸和光吸收氨基酸衍生物。
附图说明
本发明的最佳表现形式将配合图示加以说明,各图示简要说明如下:
图1.过量辐射Plectonema boryanum类胡萝卜素组分的效果。
用过量辐射(15/150)照射细胞培养物,即低温(15℃)和适中光强度(150μmolm-2s-1),空白培养物置于高温(29℃)和中等光强度(150μmolm-2s-1)辐射,将细胞培养物置于低温(15℃)和低光强度(6μmolm-2s-1)辐射。由3-5个独立实验中7-9个测量值计算得出平均值(±)。
图2.用紫外线A辐射处理对Plectonema boryanum培养物PS II效率的影响。
将细胞培养于对照条件(29/150)及过量辐射(15/150)下,而后将它们置于紫外线A(UV-A)下照射,在不同时间间隔分别测定叶绿素a荧光比率FV/FM,以评估PS II的效率。所有数据以未经处理的对照培养物(29/150)的FV/FM的百分比表示,作为时间的函数来测量。由3-5个独立实验中7-9个测量值计算得出平均数。
图3.用紫外线A和紫外线B(UV-A+UV-B)处理对Plectonema boryanum培养物的PSII效率的影响。
将细胞培养于对照条件(29/150)或过量辐射条件(15/150)。而后将它们置于紫外线A和B下照射,在不同时间间隔分别测定叶绿素a荧光比率FV/FM,以评估PS II效率。所有数据以未经处理的对照培养物(29/150)的FV/FM的百分比表示。由3-5个独立实验中从7-9个测量值计算得出平均值(±)。
图4.双歧藻素(scytonemin)、菌孢素(mycosporine)和蓝藻叶黄素(myxoxanthophyll)的化学结构。
图5.商用紫外线阳光屏蔽膏(品牌1和品牌2)和0.5%蓝藻膏的吸收光谱。
图6.A.在P.boryanum细胞培养物中添加蓝藻膏(0.5%)对经紫外线照射后的PS II光化学反应的FV/FM的诱导退化的影响。B.添加蓝藻膏样品和对照样品经紫外线照射的时间对FV/FM的影响;数据由未经处理对照样品的FV/FM的百分比表示。C.根据蓝藻膏组(添加蓝藻膏)和对照组的FV/FM差异值计算的蓝藻膏对细胞的保护作用。
图7.商用紫外线阳光屏蔽膏品牌1、品牌2及蓝藻膏受紫外线照射后,照射时间和保护率的关系。分别涂抹0.3mg膏于聚苯乙烯培养瓶的固定区域,面积为9.45cm2。可得出膏的标准用量为0.032mg/cm2。膏使用的总量和表面面积可能会有波动。
具体实施方式
本发明的最佳表现形式可通过我们进行的光合作用实验来加以说明。
光是一种基本的能源形式,它通过光合作用进入生物圈,以维持所有生物的生命。在光合作用生物中,光能由色素吸收,例如叶绿素,它存在于叫光合系统的基本结构中。通过PS I和PS II的作用,色素吸收的阳光辐射就转化为化学能,化学能将用于将我们空气中的CO2转化为复杂糖类。光合作用生物面临一个重要的难题,那就是,尽管它们需要光来进行光合作用,从而得以生存,但是过量的阳光辐射(包括紫外线A和紫外线B)会破坏光合作用系统。因此,对于植物、绿藻和蓝藻细菌来讲,保护自身光合系统不受紫外线损伤是相当急迫的。
实施例1
阳光屏蔽化合物的鉴定
我们已指出当蓝藻细菌,当Plectonema boryanum受到过多光辐射(从而光合系统受到过多光辐射),培养物将增加以下三种重要的阳光屏蔽因子的产量:类胡萝卜素(蓝藻叶黄素)、双歧藻素和菌孢素氨基酸。当这些蓝藻细菌受到过量辐射作用时,(图1.15/150),与对照组(图1.29/150)相比,机体产生5倍或更多的蓝藻叶黄素。这种反应对于蓝藻叶黄素较为特殊,因为其它主要类胡萝卜素、β-胡萝卜素和玉米黄质只显示最低限度的增加。此外,当将这些培养物减轻辐射时(图1.15/6),蓝藻叶黄素降低到和对照组相当的水平(图1,比较15/6和29/150)。除了蓝藻叶黄素的积累以外,和对照组细胞(表2,29/150)相比,这些细胞(表2,15/150)积累2倍的紫外线吸收化合物双歧藻素(SCY)和菌孢氨基酸(MAA)。和观察蓝藻叶黄素一样,当细胞辐射降低时,我们发现双歧藻素和菌孢素的水平回到和对照组相当的水平(表2,比较15/6和29/150)。
表2.生长条件[温度和光照(光合作用荧光强度)]对紫外线吸收化合物双歧藻素(SCY)和菌孢氨基酸(MAA)含量的影响。平均值±Se通过3个独立的试验计算。
生长条件 mgSCY/mg叶绿素 mgMMA/mg叶绿素(℃,
μmolm-2s-1)
29/150 0.687±0.010 3.843±0.125
15/150 1.145±0.090 8.450±0.213
15/6 0.724±0.010 4.969±0.270
为证实这些蓝藻细胞确实通过积累高水平的蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素来保护自身免受紫外线损伤,我们在对蓝藻叶黄素进行过量辐射时(见图2),测定了PS II效率的变化。光合作用生物受到过量辐射损伤的最敏感的尺度就是PSII效率变化,传统上,PS II效率变化可通过叶绿素a荧光比率FV/FM的变化来测定(Long et al.,1994,Ann.Rev.Plantphysiol.Plant Mol.Biol.45:633)。PS I的效率变化(“PS I”,例如可由光谱学测定)也可作为一个尺度标准。图2的结果显示光合作用系统II(PS II),以FV/FM测定,在对照组中,蓝藻细菌细胞(实心标记)的三种保护化合物的水平较低(29/150),随着紫外线A辐射的时间增加,逐渐降低,90分钟以后,光合作用系统II(PS II)的效率降至初值的50%,而紫外线A和紫外线B同时照射90分钟以后,则降至初值的30%(图3,实心标记)。当细胞辐射强度降低后(15/6),因积累较低的水平三种化合物,故显示出对紫外线A和紫外线B辐射的敏感性,与对照组相似(未显示数据)。形成对比的是,既使受到紫外线A(图2,空标记)辐射或紫外线A和紫外线B同时辐射(图3,空标记),光合作用系统II(PS II)降低了5%或更少,这表明积累了高水平蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素的蓝藻细菌培养物实质上完全抵挡了紫外线辐射。因此,高水平的蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素保护了这些蓝藻细菌细胞高敏感的光合作用系统免受过量紫外线A和紫外线B辐射的损害。这些化合物的一般化学结构式见图4。
这些天然化合物及它们的衍生物可制成保护人类及物体免受过量紫外线辐射的优秀阳光屏蔽因子。通过这种机制,我们已经诱导蓝藻细菌培养物积累这些化合物,这似乎是由于环境因素,诸如光强度和培养温度的独特相互作用,而并非紫外线辐射。这点和已公开出版的资料相一致,资料指出陆生植物、藻通过PS II氧化还原状态的变化来感受温度和光的变化,也就是说,PS II激感压力。(Maxellet al.,1995,Plant Physiol.107:687;Maxell et al.1995,Plant Physiol.109:787;Gray et al.,1997,114:467;Escoubes etal.,1995,Proc.Nat.Acad.Sci.USA.92:10237:Durnford andFalkowski,1997,Photosyn.Res.53:229)。我们也发明了一种诱导生物中这些阳光屏蔽化合物积累的全新方法,这一方法通过控制培养条件使培养物非常易于生长及人为操作。
在一种较好的具体表现形式中,这些阳光屏蔽因子可以在组分中单独或一起使用。这些组分包括:(1)蓝藻细菌类胡萝卜素,最好是蓝藻细菌叶黄素;(2)多酚化合物,最好是双歧藻素以及;(3)至少一种类型的氨基酸衍生物,最好是菌孢素氨基酸。无论怎样,当这些化合物结合在一起时,可以产生最高效率的抗高光及紫外线辐射的效果。在这一组分中的每类化合物吸收特定范围的光,例如,类胡萝卜素一般吸收可见光范围辐射,双歧藻素主要吸收紫外线B以及菌孢素吸收紫外线B和紫外线A辐射。这些化合物可从一些蓝藻细菌种类中分离获得,例如:Plectonema boryanum,粘球蓝藻(Gloeocapsa sp.),绿胶蓝藻细菌(Chlorogloeopsissp.).伪枝蓝藻细菌(Scytonema sp.)和念珠蓝藻细菌(Nostoc commune)。组分也最好包括和人体皮肤相容的美容上需要的载体。
(1)蓝藻细菌类胡萝卜素
本发明最好的类胡萝卜素是在过量可见光辐射条件下的蓝藻细菌生物合成产物(Ehling-Shulz et al.,1997,J.Bacteriol.179:1940)。典型的类胡萝卜素包括:β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、玉米黄质、紫黄质、眉藻黄素、老黄素、海胆酮、角黄素、antheraxanthin以及颤藻黄素。其中,最好的化合物是海胆酮和蓝藻叶黄素(图4)。在此申请中,术语类胡萝卜素指单一种类的类胡萝卜素和多种类胡萝卜素的混合物。
(2)多酚化合物:
双歧藻素或其接合物是最好的多酚化合物(图4)。它是一种黄色、脂溶性色素,有效吸收范围是最大370nm的辐射,具有基于吲哚和酚亚单元的结构。(Proteau et al.,1993,Experentia 49:825;Ehling-Schulz et al.,1997,179:1940;Garcia-Pichel et al.,1992,Photochem.Photobiol 56:17)。在此申请中,术语多酚化合物包括单一种类多酚化合物和几种多酚化合物的混合物。
(3)菌孢素氨基酸:
菌孢素氨基酸是一类10-12个化合物的通称,这些化合物如图4所示显示了相似的结构。所有菌孢素都具有不同氨基酸改性的中心环结构。菌孢素氨基酸代表了一类相对广泛的种类,它们有水溶性的纺锤形环乙烷,连接不同氨基酸和寡醇,其光吸收最大范围在310nm到360nm之间。在本申请中,术语菌孢素包括单一种类菌孢素化合物和几种菌孢素的混合物。(Garcia-Pichel et al.,1992,J.B.acterial.56:17;Garcia-Pichel et al.,1993,Applied.Environ.Micobriol.59:170;Ehing-Schilz et al.,1997,J.Bacteriol.179:1940;Xiong et al.,1997,Physiol.Plant.100:378;Karsten et al.,Phycological.Res.46:271)。一般作为菌孢素的所有化合物都包含于本发明的范围。典型的菌孢素氨基酸包括:菌孢素氨基酸、PALYTHINE、紫苑香-330,palythinol,palythene,紫菜聚糖-334、菌孢素氨基酸颉氨酸、SHINORINE以及MAA357。
(4)替代成分
本发明的替代成分包括由其它生物中获得的阳光屏蔽因子,例如植物、藻、真菌和细菌阳光屏蔽因子。
从植物、绿藻、和蓝藻细菌中获得的类胡萝卜素、多酚化合物和菌孢素氨基酸既可单独,也可一起应用于组分中。类胡萝卜素,作为一般的色素种类,存在于所有的光合作用生物中,包括植物、绿藻、蓝藻细菌和光合细菌。尽管多酚双歧藻素存在于蓝藻细菌中较为特殊,但植物和绿藻也产生其它种类多酚化合物作为潜在的紫外线屏蔽化合物。菌孢素氨基酸被大量发现于北冰洋海洋生物中,并具有相似的结构(Karentz et al.,1991,Mar.Biol.108:57.)。那些能充分吸收阳光辐射的氨基酸,例如酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp),在本发明的组分中也具有一定作用。
一定种类的异养生物(例如某些真菌和细菌)能产生类胡萝卜素来保护自身不受光辐射的影响。但无论怎样,这些生物不会因为激感压力而产生这些色素。它们会由于紫外线照射或其它光生物信号而产生这些化合物。本发明还包括类胡萝卜素或从光合作用或异养(即非光合作用)生物中获得的色素,例如Deinococcusradiodurans,它能产生一种花黄素的类胡萝卜素,叫作解花黄素(deinoxanthin)。在阳光屏蔽组分中应用这些生物的抽提物也是可能的。
实施例2
蓝藻细菌阳光屏蔽因子和相关阳光屏蔽因子的改性
本发明所描述的和类胡萝卜素、多酚化合物和菌孢素氨基酸以及光吸收氨基酸,例如酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)相似的化合物都可应用于组分中。衍生物可通过以下方法、步骤或其它步骤来准备。例如,双歧藻素和菌孢素的羰基团可减少或通过给予醇和胺基化合物来还原胺化。这些醇和胺基化合物也可选择进一步通过反应衍生,例如,酰基卤、酰肝、甲酸盐和异氰酸盐能提供酯、酰胺、脲或相似物。胺基化合物也能以醛和酮从亚基胺基上还原烷基化。这些醇和胺的衍生反应相当普遍,并且使用已知程序就可完成(Organic chemistry,1967,Morrison andBoyd,Second Edition)。蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素上的醇基可用相似的技术进行改性。通过移去或与糖、寡糖、脂肪酸、脂肪醇、氨基酸、肽和蛋白改性物的结合可以改变化合物的水溶或脂溶特性。这些衍生物可用已知的技术或本发明中的技术来加以分析,测定它们的光吸收能力和在本发明中组分的作用。当这些化合物应用于哺乳类动物皮肤(例如人体),就要利用已知方法对它们和皮肤的相容性进行试验。
实施例3
抽提
本发明显示光合自养生物,例如光合自养细菌(如蓝藻细菌)的抽提物可结合入阳光屏蔽组分。光合异养细菌也可使用。抽提物可以是水溶性抽提物或氢醇抽提物。抽提物最好达到必须量才具有有效的防阳光辐射的作用。例如,在配制的阳光屏蔽组分中,抽提物的量控制范围是重量的0.001%到25%,0.1%到25%,0.1%到10%,0.1%到5%,0.1%到1%或0.5%到5%。例如,已知的方法指出用抽提因子处理光合自养生物,诸如蓝藻细菌可获得蓝藻细菌抽提物。可用的抽提因子包括水、矿物油、碳氢化合物、硅酮(silicones)、脂肪酸、脂肪酸衍生物、胶(waxes)、油、酮及它们的混合物。例如,水和脂肪醇,例如乙醇即可使用。疏水抽提因子及亲水抽提因子都可使用。这类因子包括脂肪酸、酯、双酯、三酯、碳氢化合物、胶或硅酮。亲水因子包含水和低分子量的脂肪醇。其它抽提因子已在相关资料中写明。
在本发明中,蓝藻细菌最好使用甲醇和丙酮进行抽提。同样,也可从光合细菌、植物和藻获得有用的抽提物。为应用于这些生物,我们有必要对前述的一些步骤进行调整。本发明包括由光合生物、光合异养细菌和其它生物制备抽提物,并将其配入阳光屏蔽组分中(可以抽提物分离出活性组合物),从而获得阳光屏蔽组分的方法。本发明还包括鉴定一组合物或因子是否有阳光屏蔽活性,即从以上提到的生物获得组合物或因子,例如抽提物,然后通过测定它们的阳光屏蔽活力来决定这一组合物或因子的阳光屏蔽能力。本发明中描述的技术可用于鉴定阳光屏蔽活性。
实施例4
阳光屏蔽组分配制
在过去的二十年中涌现了大量的配制防阳光辐射产品的有效方法(Flick,1984,Cosmetic and Toiletry Formulations,pp513,Noyes Pub.,New Jersey;Casparro et al.,1998,Photochem.Photobiol.68:243)。阳光屏蔽产品可包含较广的成分范围,这些成分并不吸收阳光辐射,但它们对控制产品的特性有所帮助,这些特性包括膜硬度、透明性能、抗摩擦、耐水性和均一性等。本发明的阳光屏蔽因子,类胡萝卜素,例如蓝藻叶黄素、多酚化合物诸如双歧藻素以及菌孢素氨基酸或这些化合物的衍生物,和已知的一些化合物一起配制,以获得最佳性能的阳光屏蔽功能(Sun Care Products Formulary,1998,Cosmetics and Toiletris 113:83)。
适宜的蓝藻叶黄素浓度为重量0.02到20mg,并且最好为0.5到5mg。适宜的双歧藻素浓度为重量0.1到0.2mg,且最好为0.1到2mg。菌孢素氨基酸或其它光吸收氨基酸的适宜浓度重量范围为0.01到10mg,最好为0.1到2mg。本发明中未涉及的其它阳光屏蔽因子的适宜重量、浓度可通过已知技术来加以确定。
本发明的化合物也可用于整合到其它领域,以阻止阳光辐射造成的光损坏和光漂白。以下的特定例子将对本发明进行更具体的阐述,但并不对本发明的范围构成限制。
(1)防紫外线辐射膏或其它组分的配制
配制阳光屏蔽组合物时,最好包括蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌强素氨基酸,最好在以磷酸盐为基础,结合长链酯,诸如二十四酸ERUCATE的乳化系统中准备,以配合应用于皮肤时的水抵抗性及控制扩散。组分也可根据已知的其它技术速配制,特别是油水或水油液的准备技术。获得阳光保护因子作用的阳光屏蔽化合物的特殊份量可由已知的技术来确定。SPF可根据已知技术确定。较好的SPF至少是2。
另外可用的载体包括气、水、水样液、洗液、分散剂、油、油样溶液、粉、胶、乳化剂中的一种或它们的混合物。按期望的SPF值通过文章中的这些技能可确定载体的适宜用量。阳光屏蔽产品可以使用疏水载体和亲水载体。应用于皮肤和毛发的载体必需分别与皮肤、毛发相容。
已知的其它阳光屏蔽因子也可加到组分中,例如,至少一种另外的亲水或亲脂的有机紫外线A和紫外线B阳光屏蔽因子。此外,本发明的组分还包括传统的佐剂和添加剂,例如防腐剂、有机溶剂、紫色剂、抗氧化剂、稳定剂、软化剂、硅酮、2-羟酸、缓和剂、抗发泡因子、填充剂、硬化剂、螯合剂、聚合物、推进剂、碱化或酸化剂、透明剂、脂肪化合物(例如油、蜡、乙醇、酯、脂肪酸),着色剂或它们的混合物或那些可用于美容,特别是可用于阳光屏蔽组分生产的其它成分。
本发明还涉及到通过把有效剂量的本发明组分施用到人体皮肤或毛发上来提供保护,使之免受阳光辐射造成的损伤效果的方法。
(2)蓝藻膏的配制
将Plectonema boryanum于强剌激条件下培养,例如低温(15℃)和中等辐射(150μmolm-2s-1)条件,最大限度地获得蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素的产量,而后对培养细胞离心和抽提。
获得粗色素抽提物的步骤包括:用干冰或液氮破坏细胞;100%甲醇抽提溶菌产物;在甲醇溶解物中分离色素;蒸发甲醇。剩余产物即为粗色素抽提物。人们也可制备纯化化合物,可用已知技术分离和纯化化合物,例如高压液相色谱法(HPLC)。
适宜的配方基质是Glaxat基质(Roberts;Dermatological Base Emollient)。Glaxal基质是水混合液、非脂肪、非药物、低变态、羊毛脂自由基质,或皮肤病膏和膏药的稀释物。活性成分包括:4-Cl-M-甲酚0.1%,Cetomacrogol 10001.8%,Cetostearyl alcohol 7.2%,石蜡15%,甲酚0.1%,凡士林液6%。任何乳化液、膏、洗液、喷剂等水油或油水基质是较好的可用基质(底)。这些适宜基底与人体皮肤或毛发相容。其它适宜的基底是显而易见的。将0.5%的粗色素抽提物(重量)添加于基质中即形成“阳光屏蔽液”。本发明中描述的其它物质也可使用。
(3)紫外线屏蔽化合物个人护理产品的配制
通过添加紫外线屏蔽化合物于洗发水、气雾喷剂、雾、胶、摩斯、香波、调结剂、洗液、胶片、乳化剂、着色产品,或以获得护理毛发或个人护理的组分,减少毛发的光损伤和染发的光漂白。本发明还涉及到通过把有效剂量的本发明组分施用到人体皮肤或毛发上来提供保护,使之免受阳光辐射造成的损伤效果的方法。。
化妆产品例如粉底、唇膏、眼影膏、Blush(红脸膏),指甲油、睫毛膏、保湿膏和洗液或眼线等也可加入本发明化合物。这些可根据化妆品生产的方法加以配制,例如无水或有水固体、糊、乳化物、悬浮物或分散物的制备方法等。
(4)有紫外线屏蔽化合物的汽车挡风玻璃、阳光板、日光浴室和建筑物窗的配制
将紫外线屏蔽化合物嵌入或将嵌入有紫外线屏蔽化合物的膜覆盖于汽车挡风玻璃、阳光板、日光浴室、建筑窗或其它的玻璃、PLEXI-GLASS、透明聚合物、塑料和相似物、从而可保护生物机体、植物及物体免受紫外线照射。
(5)有紫外屏蔽化合物的眼镜产品的配制
将紫外线屏蔽化合物嵌入或将含有紫外线屏蔽化合物的膜覆盖于眼镜、隐形眼镜及透镜(或水晶体)可保护眼睛免受紫外线辐射。
(6)在太空中旅行中运用紫外线屏蔽化合物的透明遮挡物的配制。
将紫外线屏蔽化合物嵌入用于太空旅行和空间站的透明遮挡物和窗户,可以保护机体、植物和其它物体免受紫外线辐射。
(7)含紫外线屏蔽化合物的保护薄层的配制
将紫外线屏蔽化合物整合进多种油画、着色、颜料组分、漆及相似的薄层中能阻止对物体表面的永久光损害和光漂白。
(8)有紫外线屏蔽化合物的气雾喷剂的配制
阳光屏蔽化合物可和气雾喷剂混合,这些气雾喷剂含有除草剂、杀虫剂或植物生长物质,例如荷尔蒙、植物生长素、赤霉素、脱落酸、细胞分裂素或它们的衍生物的一种;从而保护除草剂、杀虫剂和植物生长物质诸如植物生长素、赤霉素、脱落酸或其衍生物免受光解作用。相似的组分也可用于动物,例如哺乳类动物。
实施例5
屏蔽化合物的超量生产
本发明也涉及到通过给予高剌激压力诱导蓝藻细菌培养物超量生产本发明的屏蔽化合物的方法。也就是说,通过改变其内在的氧化一还原状态,从而使PSII效率受到人为控制。我们已经证明在Pectonema boryanum中,蓝藻叶黄素是主要的类胡萝素,它主要存在于这种纤维状细菌的胞壁中。我们也第一次证实蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌施素氨基酸的积累是由于在高剌激压力下的作用结果,而非紫外线辐射。可制造高剌激压力,例如既可以是让培养物保持恒定的生长辐射和降低生长温度,也可以是保持恒定的生长温度而增加光照辐射(而非紫外线辐射)。这些化合物的累积使培养物能完全阻止紫外线A和紫外线B的辐射,基于PS II效率的测定值(图2和3)。本发明给出了典型的或适宜的处置条件(例如反应温度、时间、反应物的摩尔比率、溶剂和压力等),当然也有其它的处置条件。最佳条件会随特殊的培养物、营养或使用的反应物的不同而波动,但可以通过例行的最优化步骤获得这些条件。植物尤其是高等植物)、藻和其它含有叶绿素A和B的高等生物,通过已知的相似方法,也可产生阳光屏蔽化合物。
只要通过蓝藻细菌生长培养,例如Plectonema boryanumL,就能诱导积累高水平的蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素,其条件是中等强度的光照辐射(150μmolm-2s-1)和15℃的培养温度或29℃的中等培养温度和高光辐射(750μmolm-2s-1)。因此,我们将这些快速生长的蓝藻细菌开发为那些屏蔽化合物的自然资源。我们能在一定条件下培养蓝藻细菌,使其在尽可能在短时间内产生最大量的蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素。
限制生物产生这些化合物的效率和能力的一个重要因素是生长温度,生长温度越低,细胞的生长率就越低;因而相关的化合物产率越低。事实上,Plectonema boryanum生长率的主要限制因素,是生长温度而不是生长辐射。(MISKIEWICZ和HUNER,UNPUBLISHED)然而,屏蔽化合物的大量生产需要低生长温度。因为Plectonema boryanum的生长速率,以干物质产量计算,在15℃到30℃之间有一温度常数(Q10),即生长温度增高仅1℃,则细胞干物质产量将有10%的增长潜力。我们可在现有实验室的批量培养中确定蓝藻叶黄素,双歧藻素和菌孢素最大产量时的最佳生长温度。控制生长辐射(150μmolm-2s-1)和接种浓度不变,在29℃和15℃的高低温度范围变动生长温度。最好使用丙酮抽提色素、分离、而后使用以前描述的高效液相色谱法对每克细胞干物重量所含的色素定量(MAXWELL ETAL;1995,PLANT PHYSIOLOGY 107:687)。以甲醇抽提双歧藻素和菌孢素氨基酸;定量使用分光光度测定法。而后,通过一定温度下相应的每克细胞干物质中的毫克屏蔽化合物关系,确定获得最大产生屏蔽化合物时的最佳生长温度。
在Plectonema boryanum中屏蔽化合物的积累是对增加的PS II剌激压力的反应。因此,我们通过增加生长光照辐射进一步增加在最佳生长温度下屏蔽化合物的产量。一旦建立了最佳生长温度,则最佳光照辐射也可以获得。保持由以上获得的最佳生长温度不变而生长辐射在150-750μmolm-2s-1之间波动,而后通过不同生长辐射和相应的每克细胞干物质中的毫克屏蔽化合物的产量,可确定获得最大量屏蔽化合物时的最佳生长辐射。因此,最佳生长温度和生长辐射允许我们最大限度地提高屏蔽化合物的产量。根据已知的生长时间,生长速率以小时每克细胞干物质中的毫克屏蔽化合物计算。利用已知的用于屏蔽化合物产物的光合荧光测定方法,我们以每个吸收光子每小时中每克细胞干物质积累的每毫克屏蔽化合物计算生产效率。
我们也可通过扩大培养物生产规模来最大限度地扩大培养容器的容积。大容积的培养容器能保持充分强度光照的均匀分布,从而创造充分的剌激压力诱导生产屏蔽化合物。其次,培养容器包括一水浴缸,以保持恒定的低温(例如Plectonema boryanum的15℃培养溶度)。
双歧藻素、菌孢素并非纤维蓝藻细菌,Plectonema boryanum的所特有的产物,在PS II制剌激压力的作用下,已知的其它蓝藻细菌种类也能产生双歧藻素和菌孢素,也是有用的屏蔽化合物资源。运用在Plectonema boryanum中产生屏蔽化合物的相同或相似的生长条件,我们能在以下的纤维状蓝藻细菌中生产屏蔽化合物,例如粘球蓝藻(Gloeocapsa sp.)(GARCIA-PICHEL ET AT)1993 APPLIEDENUIRON MICROBIOT 59:170)、伪枝蓝藻细菌(Scytonema sp.)(Proteall etal.,Expententia 49:825)和念珠蓝藻细菌(Nostoc commune)和(Ehling-Schulzsetal.,1997,J.Bacteriol.179:1940)。因为在极冷条件下的优异效果,这些种类对于在高PS II剌激压力下生产屏蔽化合物是理想的。另外,我们在单细胞蓝藻细菌Synehocystis sp.和Synechococcus sp.种类中,也可生产屏蔽化合物,随之而来的,我们也可对这些种类的对紫外线的抵抗性和以上描述的P.boranum的相关性加以评诂。
这些程序适用于本发明中其他产生屏蔽因子生物的屏蔽化合物的超量生产。
实施例6
阳光屏蔽保护的生物学评估
一般将阳光保护因子(SPF)作为防紫外线B辐射损伤的一种尺度。SPF定义为在阳光辐射下,有或无屏蔽保护时,皮肤能忍受的皮肤损伤比率。因此,SPF是衡量防紫外线B辐射的尺度,但它并不能反映紫外线A辐射的损伤效果。结果是,评估阳光屏蔽效果的SPF尺度,其本身价值近期受到质疑(Gasparro et al.,1988)Photochem.Photobiol:68:243)。我们运用了灵敏、可靠的生物学分析来衡量多种化合物保护免受紫外线辐射的效果。这一点是通过利用蓝藻细菌、藻或植物光合系统II(PS II)对紫外线辐射的敏感性来完成。蓝藻细菌PS II对紫外线辐射的敏感度对于评估潜在的阳光屏蔽因子或某种配制的紫外线屏蔽膏的保护质量是有用的分析工具。这些因子最好用蓝藻细菌抽提物(或植物、藻或光合细菌的抽提物)的滤膜来进行试验。我们通过运用叶绿素荧光反应参数FV/FM来监测细菌培养物PSII效率的变化,从而分析人工滤膜对避免紫外线损伤的保护率。这一试验可用于美容或药物公司测试紫外线屏蔽因子的效能。
蓝藻细菌或藻培养物测试的优点在于快速、简单、具有可再现性和低成本。蓝藻细菌或藻培养物测试将取代或补充很昂贵和复杂的动物模型试验,它目前用于美容行业和药物工业。尽管蓝藻细菌培养物似乎是用于测试紫外线屏蔽效果的最简单生物,其通过叶绿素荧光比率(FV/FM)来监测光合系统的效能,但这些测试方法也可推广、应用于藻、地衣、高等植物和含有叶绿素A的其它生物。
实施例7
保护免受紫外线A(UV-A)和紫外线B(UV-B)损伤的抽提屏蔽化合物的测试
为证实本发明包含的蓝藻叶黄素,双歧藻素、菌孢素及其它化合物的抽提物具有保护免受紫外线损害的效能,我们用蓝藻细菌抽提物创造了人工滤膜。例如,如以上图示2和图示3中描述的实验操作,对在不积累屏蔽化合物的条件下(29/150或15/6任何一种)培养的蓝藻细菌进行紫外线A和紫外线B的辐射。在培养物和紫外线光源之间,插入一仅含基质的人工滤膜(对照),同时,将含有已知浓度抽提屏蔽化合物的人工滤膜也插入相同培养物和紫外线光源之间。如图2和图示3所示的通过不同辐射时间的FV/FM比率的变化监测PS II效应可测试紫外线照射(29℃)的效果。因此,在含有屏蔽化合物的人工滤膜下的细胞受到保护,免受紫外线辐射损害。相反,在仅含基质的人工滤膜下的相同细胞则受到紫外线辐射损害。紫外线损害可通过受紫外线辐射时或以后FV/FM的降低或其它叶绿素荧光参数诸如Fo、Fo1、Fm1、Fv1,Fv1/Fv1,qp和qn的变化定量。我们利用相似的方法成功试验了植物花色素等的能力,它是一种红色类黄酮,特异性积累于叶的表皮细胞,以保护叶免受过量辐射(Krol et al.,1995,Can,J.Bot.73:11119)。我们确定了获得最大保护免受紫外线辐射危害的蓝藻叶基素:双歧藻素:菌强素的最佳浓度和比率。本申请中描述的其它屏蔽化合物也完成了相似的评估。
我们在不同时间间隔测定了受可见光和紫外线辐射的抽提化合物的稳定性。在对植物花色素的工作中,(Krol et al.,1995,73:1119)我们通过调节溶剂和PH值来稳定抽提物。蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素的破坏可通过可见光和紫外线的吸收光谱的变化,其次可通过包含这些化合物的液体滤膜保护免受紫外线辐射损害的能力降低,对照那些不含这些屏蔽化合物的蓝藻细菌的增大的光抑制所指示的紫外线辐射来加以监测。现在我们首先通过选择溶剂,溶剂浓度和PH值来稳定抽提的屏蔽化合物。
实施例8
防紫外线损害评估的生物学测定
首先,将Plectonema boryanum于高温(29℃)和适宜的高辐射(150μmolm-2s-1)下培养,以保证蓝藻叶黄素、双歧藻素和菌孢素产量最低,因此对紫外线辐射最为敏感。将此对照培养物无菌转移到经过处理搅拌棒的三角聚丙乙烯培养瓶中,保持细胞悬浮。在培养瓶表面覆盖黑带,仅留一很少面积,将量(0.3gm)的膏用屏蔽物,0.5%“蓝藻膏”或仅有载体的空白配方物其中之一均匀地倒入培养瓶的这一区域。在培养瓶表面的商用屏蔽物(品牌1)、0.5%“蓝藻膏”和空白配方组(其载体和蓝藻膏载体相同)的紫外线可见光吸收光谱见图5,尽管有报道品牌的I的SPF为15,但其对在180mm-400mm之间的紫外线A和紫外线B的吸收和空白配方组相当。品牌I中的活力紫外线吸收因子浓度为8%。和品牌I形成对比的是,0.5%蓝藻膏组不仅可吸收光谱为380mm-400mm的紫外线B和紫外线A(UVB-UVA)区域而且也在也在光谱为400mm-650mm区域显示较大的吸收活性。因此,0.5%蓝藻膏比市售膏剂显示较大的紫外线吸收,尽管蓝藻膏中活性吸收因子的浓度比品牌I中的活性成分浓度低16倍。
实施例9
屏蔽化合物的纯化
紫外线屏蔽化合物最好使用从含叶绿素的生物中获得的粗抽提物或部分纯化抽提物。也可纯化这些屏蔽化合物。抽提物和屏蔽化合物最好用预备的高效液相色谱进一步纯化。例如,将半纯化的抽提物溶解于氯仿/甲醇液,最后注入含有高溶解硅胶(200-400筛)粒的预备HPLC柱(3×100cm)中,用KILOPREP WATERS预备HPC系统检查仪检测含蓝藻叶黄素,双歧藻素和菌孢素的碎片,并进行收集及真空蒸干溶剂。
利用如上所述的液体滤膜方法,在蓝藻培养物上对作为紫外线屏蔽物质的纯化物质进行试验。因为到目前为止,蓝藻是由蓝藻细菌产生的最为丰富的物质,它作为紫外线屏蔽物被大量纯化和使用。而含有双歧藻素和菌孢素混合物的碎片也可单独使用,以屏蔽紫外线辐射或结合蓝藻叶黄素使用。本申请中描述的其它屏蔽化合物也可采用相似的程序纯化。
进一步的实验:(1)证实评估抵御紫外线诱导损伤的生物学测定的有效性;(2)验证粗抽提物保护蓝藻细菌培养物保护免受紫外线诱导损伤(和已知的SPF商用屏蔽物相关)的配方蓝藻膏(在高刺激压力下(15℃/150μmolm-2s-1)Plectonema boryanum培养物的粗抽提物)的能力。
在含有Plectonema boryanum的空白培养物的多个培养瓶中,分别不加入膏样(空白样品)和加入0.3mg的蓝藻膏(均匀地分布于9.45cm2的表面),然后在25℃经紫外线辐射2小时,每隔30分钟将细胞悬浮样品取出测量FV/FM,以测定其PS II光化学效率(图26A)。在对照组中(图26A,实方形)Plectonemaboryanum悬浮物的FV/FM,比率在2小时后下降了50%,显示对光合作用的损害状态。形成对比的是,在0.5%蓝藻膏组中(图6A实园形),Plectonemaboryanum悬浮物的Fv/Fm比率在2小时之后仅仅下降了10%,显示对防止紫外线损害有显著的保护作用。当0.3mg的载体(空白)分布于培养瓶表面时,无保护效果。这显示导入0.5%蓝藻膏可防紫外线辐射的原因在于在配方中加入了蓝藻抽提物。
图6B和图6A描述了相同的数据,但图6B是将这些数据标准化为Plectonemaboryanum培养物未受紫外线辐射之前的初始FV/FM值。根据标准化后的数据,我们可以计算经过两个小时紫外线辐射以后,相对于对照、空白样品,导入0.5%蓝藻膏的保护率(图6C)。通过将在受紫外线辐射的一定时间间隔0.5%蓝藻膏样品(图6B实园形)的FV/FM减去相应的对照样品(图6B,实方形)的FV/FM,即可计算出保护率。因此,经过两个小时的紫外线辐射后,0.3mg 0.5%蓝藻膏组较无膏组和0.3mg的载体组,其保护率高出30%或更多。我们得出这样的结论:0.5%蓝藻膏确实是保护了蓝藻细菌培养物,使之免受紫外线辐射损伤。此外,我们还进一步证实,通过标准叶绿素荧光比率,FV/FM来评估光合系统的紫外线诱导损伤的生物学测定是非常灵敏和有用的紫外线评估。生物学测定的另一个优点在于和使用动物来评估紫外线损伤相比,它相对成本低廉,易于操作。这种测定方法也可用于其它组分的试验,例如,化妆品和本申请中列出的其它组分。
由0.5%蓝藻膏提供的防紫外线损伤能力明显优于已知SPF商用阳光屏蔽产品。为证实这一点,我们从两家不同制造商购买了两种阳光屏蔽膏。品牌1和品牌2的标签指出其SPF为15,在这两个品牌中,活性紫外线吸收组合物的浓度为8%,利用以上描述的相同生物学测定,我们比较了0.3mg品牌1,品牌2和0.5%蓝藻膏保护P.BOLYANUM悬浮物的免受紫外线损伤的能力,图7描述的结果显示,加有0.5%蓝藻膏保护率分别是品牌1和品牌2的2-3倍。尽管事实上蓝藻膏(0.5%)中的活性组合物浓度比目前品牌1或品牌2的活力组合物浓度(8%)低16倍,但却提供了较高水平的保护效果,这些资料和图1显示的吸收光谱相一致。我们进一步断定0.5%A蓝藻膏显示高于15的SPF。0.5%蓝藻膏提供的防紫外线损伤的能力远远大于SPF为15的商用阳光屏蔽物。其它的测定化合物阳光屏蔽活性的系统和方法也被提出,例如US5691158中的示例。
另外,当我们将市售膏剂应用于受紫外线辐射的装有蓝藻细菌的聚苯乙烯培养瓶时,聚丙乙烯变成半透明。只有在紫外线辐射时,培养瓶才能发生这一反应,这是由于化学反应诱导了市售膏剂中的自由基,而自由基随后和聚苯乙烯发生反应。市售膏剂对紫外线诱导的自由基无充分的保护作用。而在本发明的膏剂中,这一反应并不发生。本发明配方中的类胡萝卜素能抑制由紫外线引起的任何自由基。类胡萝卜素也抑制紫外线辐射皮肤产生的相似自由基。
上面已通过本发明人发现或提出的本发明的具体表现形式对本发明进行描述,从而提供了本发明应用于实践的较好模式。专业人士将会根据目前已披露的材料对本发明进行评估。在不超出本发明的指定范围的情况下,完全可以对上面说明的本发明各个具体表现形式进行多种变更和改动。所有这些变更和改动均属于本发明指定的专利权限范围。
包含加拿大专利申请2251457号(含有从植物、藻、蓝藻细菌中获得的防阳光幅射作用化合物)的所有出版物,专利和专利申请被作为一个整体提及,就如同每一个单个出版物,专利和专利申请逐一特别指明以其整体被提及一样。
Claims (9)
1.一种阳光屏蔽组合物,包括一种载体和有效剂量的蓝藻细胞抽提物,抽提物具有阳光屏蔽活性,细胞是在增加光照或降低温度的高刺激条件下进行培养。
2.按权利要求1所述的阳光屏蔽组合物,其特征在于:其中的载体至少由水、气、水溶液、油、胶、乳剂、分散载体中的一种或它们的混合物组成。
3.按权利要求1或2所述的阳光屏蔽成分,其特征在于:其中的抽提物总重为0.1-25%。
4.按权利要求1的所述的阳光屏蔽组合物,其特征在于:其中的抽提物占总重的0.1-10%。
5.按权利要求1所述的一种阳光屏蔽组合物,其特征在于:所述的蓝藻细胞抽提物通过用甲醇和丙酮对蓝藻细胞抽提获得。
6.按权利要求1所述的一种阳光屏蔽组合物,其特征在于:所述的蓝藻细胞抽提物是经过在增加光照或降低温度的高刺激条件下进行培养以诱导细胞产生以下具有吸收阳关辐射的化合物的一种或其组合物:类胡萝卜素、有阳光屏蔽活性的类胡萝卜素衍生物、多酚化合物、具有阳光屏蔽活性的多酚化合物、具阳光屏蔽活性光吸收氨基酸或具阳光屏蔽活性的光吸收氨基酸衍生物。
7.按权利要求6所述的阳光屏蔽组合物,其特征在于:所述的具有阳光辐射吸收的化合物是蓝藻叶黄素,双歧藻素和/或菌孢素氨基酸。
8.按权利要求6所述的阳光屏蔽组合物,其特征在于:其中的增加光照或降低温度的高刺激压力条件由以下组成:5℃培养温度和150μmolm-2s-1的高强度辐射或29℃培养温度和750μmolm-2s-1的高强度辐射。
9.一种个人护理产品,其特征在于:其由权利要求1中所述的成分组成。
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