Cellule staminali vegetali e loro applicazioni: particolare enfasi sui loro prodotti commercializzati

1 Amity Institute of Pharmacy, Amity University, Noida,Uttar Pradesh 201313, India

2 Dipartimento di Botanica, Ege University, Izmir, Turchia

Astratto

steli di cistanche

introduzione

Le cellule staminali vegetali sono cellule innata indifferenziate presenti nei tessuti meristematici, che forniscono loro vitalità e un apporto costante di cellule precursori che successivamente si differenziano in varie parti o tessuti (Batygina 2011). Le due fonti vitali di cellule staminali nelle piante sono i tessuti meristematici apicali e laterali (Dodueva et al. 2017). Le caratteristiche di queste cellule sono l'autorinnovamento e la capacità di creare cellule differenziate (Xu e Huang 2014). Le cellule staminali vegetali non subiscono il processo di invecchiamento e senescenza, subiscono la differenziazione per formare cellule specializzate e non. Questi a loro volta hanno il potenziale per svilupparsi in qualsiasi organo o tessuto. Pertanto, le cellule staminali vegetali sono chiamate cellule totipotenti. Tali cellule hanno il potenziale per rigenerarsi e quindi portare alla formazione di nuovi organi nel corso della vita di una specie (Dinneny e Benfey 2008). Le cellule staminali vegetali sono una forma di adattamento ma, a causa della loro immobilità, è difficile per le piante contrastare stimoli pericolosi e stressanti. È stato ipotizzato che le cellule staminali aiutino le piante a sopravvivere a condizioni esterne difficili preservando così la vita vegetale (Sena 2014). Queste cellule sono differenziate in base alla loro azione (Tabella 1) (Crespi e Frugier 2008; Kretser 2007; Sablowski 2007; Verdeil et al. 2007; Vijan 2016) o posizione (Tabella 2) (Bäurle e Laux 2003; Byrne et al 2003; Stahl e Simon 2005).

Propagazione delle cellule staminali vegetali in coltura

Sono noti alcuni dei fattori importanti che contribuiscono al mantenimento delle cellule staminali nelle piante. Questi includono i segnali trasmessi dal microambiente e dal controllo epigenetico delle cellule staminali in modo simile a quello dei mammiferi (Weigel e Jürgens 2002). Le cellule staminali vegetali mature sono costituite da cellule staminali totipotenti in grado di rigenerarsi in una pianta completamente nuova. La tecnica della coltura di tessuti vegetali si concentra sul processo di propagazione delle cellule staminali vegetali che porta alla formazione di una pianta o di un tessuto completamente nuovo o di tipi specifici di singole cellule nella coltura allo scopo di raccogliere i metaboliti vegetali (Sang et al. 2018 ). Questa tecnica viene utilizzata per standardizzare la produzione di materiale vegetale in condizioni sterili, indipendentemente dai vincoli ambientali. Quasi tutti i tessuti vegetali possono essere utilizzati per avviare la coltura dei tessuti (Takahashi e Suge 1996). Il materiale tissutale ottenuto per la coltura è chiamato espianto, la cui superficie tagliata fornisce l'area necessaria per le nuove cellule. Questo è simile a una reazione di guarigione delle ferite. Le cellule si dedifferenziano ulteriormente, perdendo le caratteristiche distintive delle normali cellule vegetali per creare una massa cellulare incolore chiamata callo, in cui le cellule staminali sono paragonabili a quelle delle regioni meristematiche. Le cellule del callo vengono coltivate come singole cellule o piccoli gruppi di cellule in coltura liquida per una maggiore resa (Imseng et al. 2014; Pavlovic e Radotic 2017; Perez-Garcia e Moreno Risueno 2018). In Fig. 1 sono mostrate varie fasi e tecniche coinvolte nel processo di propagazione ed estrazione di cellule staminali dalle piante.

Cistanche tubulosa antietà

Potenziale delle cellule staminali vegetali

Le tendenze emergenti nei cosmetici includono creme antietà costituite da complessi a base vegetale derivati ​​da Mirabilis jalapa e dal frutto dell'uva spina indiana Phyllanthus Emblica (Choi et al. 2015). Oltre a questi, alcuni prodotti per la cura dei capelli a base di menta piperita sono derivati ​​utilizzando la tecnica della coltura di cellule vegetali (Barbulova e Apone 2014). Alcuni prodotti sono costituiti da una combinazione di costituenti a base di cellule staminali vegetali e umane, in cui la tropoelastina è il costituente derivato da cellule staminali embrionali umane. Molti produttori di cosmetici rivendicano l'uso della tecnologia delle cellule staminali nei loro prodotti (Schmid et al. 2008). I cosmetici professionali per la cura della pelle sono costituiti da derivati ​​attivi di estratti di cellule staminali vegetali e non da cellule staminali vegetali vive. Pertanto, gli effetti dichiarati come una pelle liscia e soda sono dovuti alla presenza di antiossidanti negli estratti vegetali (Schmid et al. 2008). Componenti vegetali significativi come composti antiossidanti e antinfiammatori si trovano in varie piante come l'uva (Vitis vinifera), i lillà (Syringa vulgaris) e le mele svizzere (Uttwiler spatlauber). I cosmetici contenenti questi estratti sono in grado di esibire un'azione fotoprotettiva contro i danni indotti dai raggi UV (Reisch 2009). Composti antiossidanti a base di frutta come antociani e curcumina si trovano rispettivamente nell'uva e nella curcuma, mentre le cellule staminali della mela sono considerate ricche di fitonutrienti come carotenoidi e flavonoidi (Prhal et al. 2014). Diverse altre fonti botaniche sono attualmente in fase di sviluppo come prodotti cosmetici, come pomodori (Solanum Lycopersicum), mele da frutteto (Malus domestica), zenzero (Zingiber of canale), lamponi (Rubus chamaemorus), stella alpina (Leontopodium nivale) e gemme di argan (Argania Spinosa), ecc. (Georgiev et al. 2018; Tito et al. 2011; Fu et al. 2001).

Confronto tra cellule staminali vegetali e animali

Le cellule staminali sono un gruppo di cellule indifferenziate, in grado di formare una varietà di cellule specializzate, agendo così come una chiave maestra. Tali cellule sono indispensabili per la crescita e la generazione dei tessuti. Nei mammiferi, il più grande svantaggio delle cellule staminali è che le cellule specializzate non sono in grado di tornare al loro stato originale indifferenziato. Questa limitazione è superata nel caso di cellule staminali vegetali che sono in grado di tornare al loro stato originale senza alcuna manipolazione esterna. Le piante intraprendono un naturale processo di riprogrammazione per reintegrare le loro cellule staminali (Heidstra e Sabatini 2014). Anche se le proteine ​​nei sistemi di cellule staminali dei mammiferi e nei sistemi di cellule staminali vegetali variano in natura, si possono osservare importanti somiglianze nel modo in cui interagiscono tra loro. Ad esempio, il processo in cui le cellule staminali si rafforzano o si indeboliscono a vicenda (Zubov 2016; Greb e Lohmann 2016). Le cellule animali sono vulnerabili al ritorno allo stato di cellule staminali a seguito di manipolazioni esterne. Tuttavia, il processo prevede passaggi come l'aumento della concentrazione di proteine ​​specifiche che lo rendono estremamente delicato e complesso. Acquisendo una migliore comprensione delle ragioni che portano alla facile manipolazione delle cellule vegetali rispetto alle cellule animali, è possibile migliorare il potenziale clinico della riprogrammazione cellulare negli esseri umani (You et al. 2014). Le formule matematiche possono essere utilizzate come strumento efficace per eseguire l'analisi delle interazioni che si verificano tra le proteine ​​nel corso dell'evoluzione delle cellule staminali, così come le interazioni che avvengono tra le proteine ​​e i geni legati al processo di formazione delle cellule staminali (Sablowski 2004) (Fig. 2).

Cellule staminali vegetali v/s estratti di cellule staminali vegetali

Molti produttori di cosmetici affermano che i loro prodotti contengono cellule staminali quando in realtà contengono estratti di cellule staminali e non cellule staminali vive. La terminologia è un fattore importante in termini di affermazioni fatte dai produttori di cosmetici. Per avere un'idea dell'affermazione sulle "cellule staminali vegetali" fatta dai produttori, è necessaria la comprensione degli ingredienti nei prodotti cosmetici. Ciò può comportare l'uso di cellule staminali estratte da cellule primitive (Lohmann 2008). Vari prodotti per la cura della pelle e aziende produttrici di cosmetici stanno commercializzando i loro prodotti con la pretesa di utilizzare la tecnologia delle cellule staminali per scopi diversi. Uno di questi esempi è Image Skincare che ha una serie di prodotti come sieri antietà, creme schiarenti, detergenti schiarenti e lozioni (Draelos, 2012). Inoltre, alcuni prodotti a base di cellule staminali come il siero Dermaquest Stem cell 3D HydraFirm, il siero rassodante occhi Peptide, ecc. sono commercializzati con l'affermazione di contenere cellule staminali derivate da piante come gardenia (Gardenia jasminoides), Echinacea (Echinacea purpurea), lillà (Syringa vulgaris) e arancio (Citrus sinensis) (Barbulova e Apone 2014). L'evidenza scientifica dai dati basati sulla ricerca sulle cellule staminali vegetali utilizzate nella cura della pelle mostra il loro potenziale come agenti protettivi, antietà e antirughe della pelle. Tuttavia, le cellule staminali utilizzate nelle formulazioni cosmetiche sono già morte. Gli estratti dalle cellule staminali non agiscono allo stesso modo delle cellule staminali attive. I benefici armati di una pelle liscia e soda derivano dalla presenza di altri prodotti vegetali benefici come antiossidanti ed estratti attivi di cellule staminali. Per ottenere tutti i risultati autentici e positivi dalle cellule staminali e farle funzionare secondo le loro applicazioni descritte nei prodotti per la cura della pelle, devono essere incorporate come cellule attive e dovrebbero rimanere tali nelle formulazioni cosmetiche (Reisch 2009).

estratto di cistanche antinfiammatorio

Applicazioni Protezione delle cellule staminali umane

Le cellule estratte dal sangue presente nel cordone ombelicale sono una fonte eticamente accettata di cellule staminali di origine umana. L'estratto di cellule staminali della specie Uttwiler spatlauber è stato studiato e osservato per il suo effetto sulla crescita delle cellule staminali ottenute dal sangue del cordone ombelicale in due diversi studi. Il primo studio è stato progettato per osservare l'effetto delle cellule estratte sull'attività proliferativa delle cellule staminali umane. È stato osservato che l'effetto era dipendente dalla concentrazione. Il secondo esperimento è stato condotto mantenendo le cellule staminali in un ambiente stressato utilizzando la tecnica dell'irradiazione con luce UV come sorgente di lunghezza d'onda adeguata. Si è concluso che il 50 percento delle cellule coltivate nel solo mezzo di crescita è morto, mentre le cellule che sono state coltivate in presenza di un estratto di cellule staminali di Uttwiler spatlauber hanno subito solo una piccola perdita in termini di vitalità ( Schmid ed altri 2008).

Inversione dei segni di senescenza nelle cellule dei fibroblasti

La senescenza è descritta come un processo naturale in cui dopo essersi divisa 50 volte (circa), la cellula perde la sua capacità di subire ulteriori divisioni. Tuttavia, la senescenza può verificarsi anche prima nel ciclo di vita di una vita cellulare come risultato di un trauma sottostante come una risposta correttiva al DNA cellulare danneggiato. La senescenza prematura può essere considerata un'atrocità soprattutto quando colpisce le cellule staminali perché indispensabili per il processo di rigenerazione dei tessuti. È stato sviluppato un modello cellulare per dimostrare e prevenire la senescenza prematura sulla base di cellule di fibroblasti. Dopo un trattamento con perossido di idrogeno per un periodo di 2 h, sono stati osservati tipici segni di senescenza nelle cellule. Questo modello è stato sviluppato per stabilire l'attività anti-senescenza dell'estratto di cellule staminali di Uttwiler spatlauber (Fig. 3) (Schmid et al. 2008).

Senescenza ritardante nei follicoli piliferi isolati

I follicoli dei capelli umani vengono isolati mediante il processo di microdissezione da frammenti di pelle che vengono lasciati dopo la procedura chirurgica di lifting. A tale scopo vengono utilizzati follicoli che esistono nella loro fase anagen. I follicoli piliferi possono essere paragonati a un sistema di mini-organi che imita il modello naturale di co-coltura di cellule staminali di origine epidermica e melanocitica, nonché di cellule differenziate. Questi follicoli vengono conservati in un mezzo di crescita in cui vengono lasciati allungare per un periodo di 14 giorni, dopodiché le cellule follicolari entrano nella fase di senescenza o subiscono il processo di apoptosi, cioè la morte cellulare programmata. A causa della mancanza di circolazione sanguigna, i follicoli piliferi isolati non sono in grado di vivere e crescere per un periodo di tempo più lungo. Tuttavia, i follicoli piliferi isolati vengono testati al fine di determinare le attività responsabili del ritardo nel processo di necrosi (Fig. 4) (Schmid et al. 2008; Nishimura et al. 2005).

Effetto antirughe

L'attività antirughe di PhytoCellTec™ Malus Domestica è stata stabilita durante uno studio clinico condotto in una durata di 4 settimane. Una crema che costituiva un estratto al 2% di PhytoCellTec™ Malus Domestica è stata somministrata due volte al giorno a zampe di gallina. La profondità della ruga è stata analizzata utilizzando il sistema PRIMOS dopo determinati intervalli di tempo per determinare l'effetto della crema. Le fotografie digitali dell'area delle zampe di gallina sono state scattate prima della somministrazione della crema e confrontate con quelle scattate al termine dello studio. È stato riportato che l'applicazione della crema PhytoCell TecTMMalus Domestica riduce notevolmente la profondità della ruga dopo un periodo di 2 settimane e poi 4 settimane. L'effetto può essere dimostrato efficacemente creando immagini 3D dei soggetti per il confronto. L'attività antirughe può essere osservata anche mediante fotografie digitali (Fig. 5) (Schmid et al. 2008; Sengupta et al. 2018).

estratto di cistanche tubulosa beneficio: antietà

Prodotti commercializzati

Gli estratti di cellule staminali ottenuti dalle piante attraverso varie tecniche di estrazione vengono attualmente utilizzati sia per la produzione di prodotti cosmetici di routine (utilizzati quotidianamente dai consumatori) sia per prodotti cosmetici per la cura professionale. Si tratta di agenti sbiancanti come l'arbutina, un costituente attivo ottenuto dalla pianta Catharanthus roseus, e vari pigmenti fitologici come il cartamo e l'aroma ottenuto da C.tincorius. È stato osservato che le cellule staminali ottenute da una rara specie di mela coltivata in Svizzera possiedono eccellenti proprietà di conservazione. Questo estratto delle cellule staminali di mela coltivate è stato ottenuto a seguito di un processo di estrazione che prevede la lisi delle cellule vegetali sotto omogeneizzazione ad alta pressione (Oh e Snyder 2013; Trehan et al. 2017). L'azienda cosmetica Mibelle AG Biochemistry a Buchs, in Svizzera, ha condotto esperimenti in cui sono state incubate cellule di fibroblasti umani e sono stati indotti sintomi caratteristici del danno del cDNA in queste cellule coltivate in un estratto al 2% di cellule staminali di Uttwiler spatlauber. Queste cellule staminali erano in grado di invertire il processo di invecchiamento delle cellule dei fibroblasti cutanei provocando una sovraregolazione di vari geni essenziali per la proliferazione e la crescita delle cellule e stimolando anche l'espressione dell'enzima antiossidante richiesto noto come emeossigenasi{{5} }. Questo esperimento ha anche stabilito l'efficacia di aumentare la durata della vita delle cellule staminali derivate dal sangue del cordone ombelicale e aumentare la vitalità

di follicoli piliferi umani isolati (Schmid et al. 2008). Un altro prodotto sviluppato utilizzando un metodo di produzione competente riguardava le cellule di lampone (Rubus chamaemorus). In questo caso erano stati utilizzati bioreattori da callo trincerato e colture in sospensione di Rubus chamaemorus in cui Murashige e Skoog erano i mezzi opulenti nei fitormoni come la chinetina e l'acido -naftalenico acetico. I prodotti a base di cellule di cloudberry ottenuti con questo metodo potevano essere utilizzati come materia prima nell'industria manifatturiera cosmetica su larga scala. Questo processo standardizzato era una tecnica prospettica per la produzione sostenibile di cellule fresche o estratti di frazioni cellulari, composti isolati con potenti attività biologiche, prodotti cellulari liofilizzati, fragranze o agenti coloranti, ecc. (Martinussen et al. 2004). È stato scoperto che le cellule staminali coltivate da cellule di pomodoro (Lycopersicon esculentum) possiedono un enorme potenziale in termini di protezione della pelle dagli effetti avversi causati dalla tossicità dei metalli pesanti. Un ingrediente attivo cosmetico idrofilo è stato prodotto da colture liquide di L.esculentum con concentrazioni relativamente più elevate di alcuni componenti come flavonoidi e acidi fenolici come acidi rutina, cumarico, protocatechuico e clorogenico.

Questo estratto di cellule staminali di pomodoro aveva un contenuto più elevato di fitochelatine antiossidanti e agenti chelanti che sono responsabili della chelazione dei metalli pesanti. Questo a sua volta cattura i metalli e previene potenziali danni ai materiali cellulari e agli organelli. È stato anche osservato che l'estratto ottenuto con questo metodo ha mostrato altre applicazioni fenomenali nell'area dei cosmetici per la cura della pelle allo scopo di supportare la crescita e il mantenimento della pelle sana (Tito et al. 2011). Lo zenzero raffinato (Zingiber Officinale) è costituito da cellule attive delle piante ottenendo un particolare mix biotecnologico di dedifferenziazione cellulare vegetale e una coltura cellulare vegetale che è responsabile del controllo della sintesi di molecole attive all'interno della cellula. In uno studio clinico condotto dal produttore, è stato osservato che le donne indicavano segni di miglioramento nel 50 percento della struttura della loro pelle a causa della riduzione dei pori e dell'effetto opacizzante. Questo effetto è stato potenziato da una conseguente riduzione della lucentezza della loro pelle e anche da una significativa riduzione del sebo. Nei test in vitro è stato osservato un aumento della sintesi delle fibre di elastina nella pelle che di conseguenza ha ridotto il tasso di produzione di sebo (Trehan et al. 2017).

L'Istituto di Ricerca Biotecnologica ha esaminato l'attività protettiva e potente anti-collagenasi e ialuronidasica di un componente antietà ottenuto da estratti di cellule staminali di stella alpina (Leontopodium alpinum). È ricco di acidi leontopodici A e B, che sono responsabili dell'esibizione di un forte e potente effetto antiossidante sulla pelle (Trehan et al. 2017). La tecnologia brevettata delle cellule staminali fornita da XtemCell utilizza le cellule vegetali attive di una pianta rara e organica ricca di sostanze nutritive per poter creare nuove cellule altamente pure e ricche di sostanze nutritive. La tecnologia brevettata promette alte concentrazioni di lipidi, proteine, amminoacidi e fitoalessine come risultato del processo di estrazione in contrasto con le tecniche di estrazione chimica convenzionale. Negli studi clinici effettuati dal produttore è stato stabilito che le cellule attive utilizzate nei prodotti XtemCell venivano assorbite nelle cellule più esterne dell'epidermide quasi istantaneamente; consentendo così un rapido rinnovamento delle cellule della pelle, aumentando l'assorbimento dei nutrienti e aumentando il numero di proteine ​​​​filaggrina nella pelle. Questi sono responsabili della protezione della pelle da eventuali ulteriori danni causati dall'esposizione al sole e dall'invecchiamento (Trehan et al. 2017).

Mercato globale

I cosmetici a base di cellule staminali vegetali sono considerati uno dei mercati più diversificati e ambiziosi, costituito da un gran numero di produttori con quote elevate e marchi di spicco legati all'industria cosmetica. I nomi dominanti in questo mercato sono Mibelle Group of Industries, L'Oreal cosmetics, Estee Lauder, Channel 21, Christian Dior, Clinique cosmeceuticals, MyChelle Dermaceuticals, Juice Beauty e Intelligent Nutrients (Oh e Snyder 2013). I movimenti chiave nel mercato dei cosmetici includono quanto segue:

• Crescente domanda di cosmetici a base di cellule staminali vegetali nelle regioni tropicali a causa dell'esposizione ai dannosi raggi UV e del conseguente aumento del rischio di invecchiamento (Blanpain e Fuchs 2006).

• Desiderio di sostanze nutritive che possono essere assorbite direttamente attraverso la membrana della pelle per soddisfare i requisiti nutrizionali e di idratazione della pelle creando una maggiore domanda di cosmetici a base di cellule staminali vegetali (Barthel e Aberdam 2005). • Negli ultimi decenni, l'estetica, l'antietà e altre procedure si sono concentrate solo sulle donne. Tuttavia, i recenti prodotti cosmetici disponibili in commercio hanno preso di mira anche la popolazione maschile (Trehan et al. 2017).

Conclusione e prospettive future

Le cellule staminali vegetali e la relativa tecnologia sono argomenti imminenti nell'industria terapeutica e cosmetica. Le cellule staminali vegetali hanno un'ampia gamma di applicazioni in entrambi i campi, tuttavia, il loro vero potenziale rimane ancora inesplorato a causa della mancanza di prove scientifiche e di una grande varietà di forum disponibili per scopi sperimentali. L'uso di estratti vegetali e loro parti come frutti, fiori, foglie, steli, radici, ecc. è consolidato nel campo della cosmesi e della farmaceutica fin dall'antichità. L'applicazione delle piante e dei loro estratti in cosmesi è quindi molto diffusa e i prodotti formulati hanno un'ampia gamma di applicazioni come sbiancanti, de-abbronzanti, idratanti, detergenti, ecc. Sono allo studio vari recenti sviluppi nel campo delle cellule staminali vegetali e umane pietre miliari importanti nella ricerca di fonti vitali di rinnovamento dei tessuti umani. Generalmente, le cellule della pelle umana si rinnovano in un processo continuo al fine di proteggere l'organismo da lesioni, infezioni e danni dovuti al fenomeno della disidratazione. Con l'aumentare dell'età delle cellule staminali, si osserva una diminuzione della loro capacità di guarigione insieme ad una degenerazione accelerata dei tessuti presenti nella pelle. Pertanto, la protezione e il mantenimento di supporto delle cellule staminali sono indispensabili per una pelle sana. Le aziende manifatturiere stanno introducendo rapidamente prodotti che utilizzano la tecnologia delle cellule staminali vegetali.

Tali prodotti in genere aiutano a proteggere le cellule staminali della pelle da vari tipi di danni, in particolare dall'invecchiamento. La propensione allo sviluppo di prodotti skincare a base di estratti di cellule staminali vegetali è una tendenza emergente in questo momento a causa del vasto potenziale delle cellule staminali vegetali che sono in grado di svilupparsi in diversi tipi di cellule. Attualmente varie forme di cellule staminali vegetali ei prodotti derivati ​​dai loro estratti sono commercialmente accessibili all'industria cosmetica. È stato riscontrato che i costituenti vegetali hanno una quantità sufficiente di cellule staminali vegetali e altri prodotti vegetali terapeuticamente rilevanti come fitormoni e antiossidanti. La ricca biodiversità presente sul nostro pianeta ha un grande potenziale di utilizzo. I loro componenti e costituenti sono rimasti inesplorati e non sfruttati per essere utilizzati come fonte di cellule staminali vegetali e utilizzati nell'industria cosmetica per vari scopi. Nonostante tutti questi promettenti sviluppi nell'area delle cellule staminali vegetali e delle loro svariate applicazioni, non è ancora chiaro se gli estratti di origine vegetale e quelli delle cellule staminali abbiano effetti specifici sull'etnia sull'uomo. In tal caso, potrebbe aiutare a trovare il fattore ospite che regola tutti i tratti benefici della tecnologia delle cellule staminali. Si rivelerà una proposta altamente gratificante se vengono identificati i geni responsabili del conferimento dei tratti benefici delle cellule staminali all'uomo. Ciò accelererebbe il processo di guarigione naturale, raggiungendo un altro obiettivo del sistema sanitario.

beneficio cistanche: antietà

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