Microalghe e cosmetica

Selezione delle microalghe in base alla resa, estrazione e valutazione dell’attività biologica del prodotto finale a scopi cosmetici: questa in breve l’attività del Centro CRIAcq dell’Università “Federico II” di Napoli che opera in collaborazione con Arterra Bioscience. La cute è l’organo più esteso del nostro organismo e ad alta complessità strutturale che va incontro a un rapido e continuo cambiamento, per garantire il quale le cellule devono essere dotate di tutti i nutrienti necessari.  L’utilizzo delle microalghe o meglio l’aggiunta di estratti di queste a creme e a differenti basi cosmetiche, ha applicazioni vastissime nella cura della cute del viso, del corpo e dei capelli.

L’attività compattante, antiinfiammatoria, idratante e tonificante è legata all’elevato contenuto di vitamine, antiossidanti e nutrienti, di tipo proteico, zuccherino e lipidico. Poiché tutte le proteine sono strutture dinamiche, in continuo rimaneggiamento degli aminoacidi che le costituiscono, l’applicazione sulla cute di composti naturali ricchi in aminoacidi, come alcuni estratti di microalghe, contribuisce a mantenere o integrare il suo bilancio proteico normale. Gli aminoacidi essenziali presenti in forma altamente biodisponibile nelle microalghe costituiscono un’ottima base nutritiva per stimolare la produzione endogena di collagene e di tutte le proteine alla base della regolazione del processo di idratazione della cute, quali la proteina Aquaporina 3 (AQP3), la filagrina e l’involucrina [2, 3]. La componente in zuccheri delle microalghe impiegate a fini cosmetici è tale da assicurare alle cellule della cute energia sempre disponibile per i processi di replicazione che sono alla base di una cute giovane. Inoltre i carboidrati fanno parte dei Natural Moisturizing Factors (Fattori Naturali d’Idratazione), un complesso di sostanze fisiologicamente presenti nell’epidermide, che, trattenendo i liquidi, permettono una elevata idratazione [4]. Nelle microalghe è stata riscontrata anche la presenza diglucosamine, direttamente coinvolte nella sintesi dell’acido ialuronico, un importante glicosaminoglicano – ossia un polisaccaride composto da migliaia di unità disaccaridiche ognuna delle quali è formata da acido glucuronico e N-acetilglucosamina – che è in grado di complessarsi con moltissime molecole di acqua, fornendo un elevato grado di idratazione. Anche l’elevato contenuto di acidi grassi insaturi che formano una barriera contro la perdita d’acqua per evaporazione permette all’epidermide di mantenersi idratata. Per quanto riguarda poi le vitamine, le microalghe per uso cosmetico hanno un alto contenuto di vitamina E, che protegge specificamente le membrane cellulari dall’ossidazione, e di vitamine del gruppo B che, essendo implicate nel processo di duplicazione cellulare, inducono un effetto rigenerante del tessuto. In particolare la Niacina o nicotinammide prende parte alle reazioni della respirazione cellulare, della sintesi e demolizione di amminoacidi, acidi grassi e colesterolo, oltre a possedere un’attività “rimpolpante”, ottima per la riduzione delle rughe e per il “sollevamento” di seni, labbra, natiche e zigomi.  L’effetto rimpolpante si basa infatti sulla capacità che hanno alcune molecole, di trattenere l’acqua nei tessuti, di stimolare la produzione di nuovo collagene e soprattutto di stimolare la proliferazione delle cellule del tessuto adiposo, come appunto la nicotinammide, che porta a un aumento sostanziale di volume dei tessuti cutanei.

Coltivazione delle microalghe

La coltivazione di alghe in ambiente controllato è diventata un’attività di importanza economica per la produzione di biomassa che viene impiegata per una molteplicità di scopi, da quello nutraceutico, a quello farmaceutico, cosmetico, energetico e di “phytoremediation”. Presso il Centro Interdipartimentale di Ricerche per la gestione delle risorse Idrobiologiche e per l’Acquacoltura (CRIAcq) dell’Università Federico II di Napoli, diretto dal prof. Vincenzo Fogliano, si coltivano microalghe in ambienti altamente controllati, quali vasche  e fotobioreattori all’aperto o al chiuso. La responsabilità di questo lavoro è affidata Silvia Buono che, oltre a selezionare le microalghe con le attività più adatte allo scopo, si occupa di modificare le condizioni di crescita in modo da aumentarne la resa  in termini di biomassa e di produzione di molecole bioattive.I protocolli per la coltivazione di alghe unicellulari si diversificano tra di loro per il volume degli impianti di produzione e per la loro tipologia, per i parametri chimico-fisici quali luce, temperatura e pH, a seconda dell’alga coltivata, e per la composizione dei terreni di coltura.Le microalghe oggi coltivate ai fini commerciali comprendono le specie di diversi generi, quali Chlorella, Arthrospira, Tetraselmis ecc. Gran parte della biomassa algale prodotta viene commercializzata per l’acquacoltura, o come integratore alimentare in forma di tavolette e capsule per l’elevato valore nutritivo. «Tra le specie utilizzate in campo cosmetico rientrano quelle tipiche di laghi tropicali con elevato pH e alte concentrazioni di carbonati e bicarbonati appartenenti al genere Chlorella e Arthrospira, quest’ultima denominata anche Spirulina perché si presenta come una microalga blu-verde, a forma di spirale. Al CRIAcq abbiamo testato differenti ceppi microalgali, anche di origine antartica, alcuni dei quali hanno effetti ottimali sulla cute e una resa in biomassa buona o addirittura elevata: ne è stata selezionata una, che attualmente è in fase di brevettazione» spiega Silvia Buono. «Il mezzo di allevamento viene preparato in acqua microbiologicamente e chimicamente pura, e contiene nutrienti controllati: azoto e fosforo ma anche micronutrienti che possono migliorare le performance di crescita. La microflora associata alla coltivazione è generalmente nulla nei piccoli volumi e bassa nei grandi volumi e comunque non patogena: infatti, l’elevata alcalinità di solito associata all’ambiente di coltivazione è un’eccellente barriera contro contaminazioni da batteri, funghi e lieviti– continua la ricercatrice del CRIAcq. –Tutte le cellule sono esposte alla luce grazie alla continua agitazione del mezzo: ciò permette di ovviare al problema che molte alghe a vita coloniale tendano a depositarsi sul fondo. Inoltre, l’insufflazione di CO₂ nel terreno di coltura a concentrazione controllata permette di incrementare al massimo la fotosintesi. Alcuni ceppi di Chlorella, ad esempio, hanno un tempo di generazione breve (circa 4h) e forniscono biomasse molto elevate, mentre per altre specie microalgali i tempi di generazione sono superiori (anche di giorni) con ridotta produzione di biomassa». Le alghe sono selezionate in primis in base ai dati presenti in letteratura, scegliendo quelle più ricche in proteine, acidi grassi e vitamine. Si procede prima con  uno screening delle microalghe che già sono utilizzate in altri settori con gli scopi più svariati.

I test sugli estratti microalgali per attività di interesse cosmetico

Gli estratti microalgali, in genere in forma idrosolubile, sono poi testati da Arterra Bioscience, azienda partner del CRIAcq con sede a Napoli, che ne misura per prima cosa l’eventuale tossicità, poi tutta una serie di attività che vanno dalla stimolazione della sintesi di collagene, idratazione e protezione dai radicali liberi, nonché l’effetto protettivo sul DNA dai danni ambientali e legati all’inquinamento (UV, freddo, metalli pesanti, batteri, stress ossidativo ecc.). Per prima cosa viene fatto un test di tossicità che si chiama MTT su fibroblasti murini: si tratta di un saggio colorimetrico per la misurazione dell’attività di alcuni enzimi mitocondriali, indice dello stato di salute o vitalità della cellula. Poi si procede a saggi più specifici per determinare le attività della specie di microalga in esame, ed individuare quindi il tipo di applicazione cosmetica: antirughe, anti-infiammatoria, protezione delle cellule dall’azione ossidante di metalli o radicali liberi, oppure l’effetto “rimpolpante”, cioè la capacità di stimolare il differenziamento degli adipociti a partire da cellule mesenchimali umane. L’estratto algale viene testato a diverse concentrazioni e i suoi effetti sono confrontati a quelli di controlli positivi, che sono generalmente rappresentati da molecole note per la loro attività specifica sulle cellule, come ad esempio acido ascorbico, resveratrolo o nicotinammide. «Abbiamo testato l’estratto idrosolubile di una microalga selezionata e prodotta dal CRIAcq, ora in fase di brevettazione -spiega Fabio Apone di Arterra Bioscience. –Nello specifico, l’estratto di questa alga ha dato una serie di effetti sulle cellule della pelle, come stimolazione della sintesi del collagene da parte dei fibroblasti, aumento della capacità di idratazione dei cheratinociti e persino un’attività di stimolazione del differenziamento delle cellule mesenchimali in adipociti maturi».

Stato dell’arte e applicazioni future delle microalghe in cosmetica

Le microalghe non sono solo una sorgente di molecole bioattive ma i loro estratti mostrano innumerevoli applicazioni. La completa assenza di tossicità sulla pelle per molte specie microalgali in uso è ormai documentata e differenti tipi di test su diverse linee cellulari ne hanno evidenziato la capacità di protezione dei tessuti da diversi tipi di inquinanti ambientali, dallo stress e dall’invecchiamento. «Le microalghe hanno grandi potenzialità di utilizzo in campo cosmetico, ancora largamente inesplorate: sono però necessari protocolli sperimentali ben definiti per valutare le attività di ogni preparazione algale bioattiva. Oltre ai test in vitro e ai saggi cellulari sono necessari altri strumenti per stimare l’attività su tessuto, come ad esempio il ricorso a pelle artificiale» puntualizza Fabio Apone di Arterra.«Gli effetti putativi di estratti attivi di microalghe dovrebbero essere testati su pathway metabolici noti per interferire con lo stato di salute della cute, sull’espressione di geni e attività di proteine correlate a questi pathway».«Per l’azienda cosmetica è sufficiente avere un estratto algale idrosolubile ad elevata attività e non è necessario disporre di una molecola purificata, anzi è meglio l’estratto totale perché è più ricco. Per l’Università e a fini farmaceutici, invece, è importante risalire alle molecole o principi attivi responsabili degli effetti benefici, ma non è semplice: per scoprirlo bisogna studiare il metaboloma della microalga. Al CRIAcq stiamo infatti studiando il profilo degli aminoacidi liberi più facilmente assimilabili dalla cute perché direttamente disponibili, il profilo delle vitamine, quello degli acidi grassi e degli esopolisaccaridi» conclude Silvia Buono.

Bibliografia
1. Plaza M, Herrero M, Cifuentes A, Ibanez E (2009). Innovative Natural Functional Ingredients from Microalgae. Journal of Agricultural and Food Chemistry. Review 57, pp 7159-7170.
2. Benga G (2009). Water channel proteins (later called aquaporins) and relatives: past, present, andfuture. IUBMB Life, 61(2), pp. 112-33.
3. Pereda MCV, Dieamant GC, Eberlin S, Werka RM, Colombi D, Queroz MLS, Di Stasi LC (2010). Expression of differential genes involved in the maintenance of water balance in human skin by Piptadenia colubrina extract J Cosm Dermatology, 9, pp. 35-43.
4. Robinson M, Visscher M, Laruffa A, Wickett R (2010). Natural moisturizing factors (NMF) in the stratum corneum (SC). I. Effects of lipid extraction and soaking. J Cosmet Sci.61(1), pp. 13-22.

di S.Guenzi- biologa