多學科協同的化妝品全生命周期創新研發(上)
《化妝品監督管理條例》中,化妝品的定義是指以涂擦、噴灑或者其他類似方法,施用于皮膚、毛發、指甲、口唇等人體表面,以清潔、保護、美化、修飾為目的的日用化學工業產品。隨著社會進步和生活水平的提高,人們對化妝品的需求也將隨之增加。近年來,隨著現代化技術的不斷成熟,各學科研究方法和手段都能在化妝品研發和功效物質基礎研究中找到切入點,其中多學科交叉整合發揮著舉足輕重的作用,必將成為化妝品研發的趨勢。該文主要對學科間交叉協同在化妝品研發中的應用進行了總結,以期為化妝品創新研發及化妝品功效物質的開發提供參考。
化妝品學科群
近年來,隨著我國經濟持續穩定的發展,居民收入水平的顯著提升,人們的消費理念從物質層面轉向精神層面,這促進了我國化妝品行業的快速發展,已成為全球第二大化妝品市場。化妝品行業的發展和壯大也不是單一的,化妝品學本身就是一門橫跨化學、材料科學、皮膚科學、法學、大數據和藝術傳媒學等交叉學科,它的發展是隨著多門學科交相發展而發展的。構建以化妝品科學為核心、多學科協同的學科群,將各學科的優勢和作用有機地結合到化妝品的研發當中,開發適合中國人群膚質特征的化妝品,推動中國化妝品行業的高質量健康發展。
化妝品全生命周期研究
化妝品全生命周期包括對消費者皮膚狀況的檢測、原料篩選和配方設計、安全與功效評價、包裝材料的選擇設計、產品上市的監督管理等。
皮膚分子生態與精準護膚
目前市面上的化妝品主要是對消費者皮膚出現如衰老、敏感等癥狀進行功效宣稱,這屬于對癥護膚。但是要滿足肌膚需求,“對因護膚”即“精準護膚”會更加有效。精準護膚是指充分了解導致某一個癥狀(如皮膚暗沉,皮膚衰老等)的發生的生化過程和物質差異,在此基礎上進行護膚,即“基于皮膚代謝組學研究的精準護膚”。精準護膚不是定制化服務,也不是個體護膚,是更有針對性地對因護膚,即“以皮膚科學問題為導向,以皮膚組學研究等新興技術為工具,以多元統計學方法和大數據為手段,篩選并驗證不同原因導致同一癥狀(狀態)下的生物標識物(Biomarkers),研究Biomarkers的代謝來源(內源與外源)及其對皮膚屏障功能影響的分子機制。根據此機制有針對性地選擇和設計化妝品原料和配方,以達到科學精準的維持、保護或修復改善皮膚的目的。
皮膚脂質是維持皮膚屏障功能的最重要的化合物之一,它可以從不同的機制顯著影響皮膚的狀態,皮膚脂質含量和成分的改變會顯著影響皮膚細胞代謝和炎癥反應,如下調細胞增殖、誘導細胞分化、啟動細胞凋亡等。此外,皮脂含量和成分變化也會顯著影響皮膚微生態的平衡,一方面皮膚脂質可以充當皮膚微生物的培養基或抑菌劑,另一方面皮膚表面微生物的分布和密度也受到皮膚脂質的影響。同時男性和女性皮膚的生理結構和面部脂質存在一定的差異,相比于男性,女性皮膚脂質中神經酰胺(Cers)、葡糖神經酰胺(GlcCer)、磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酰膽堿(PC)等含量較高,這對于女士化妝品和男士化妝品的研發和制作提供一定的理論參考。通過對皮膚脂質的深入研究,尋找不同狀態皮膚之間脂質存在的相似性和差異性特征指標,可以為科學性、針對性地研發和使用化妝品提供理論依據。
人體皮膚表面存在著大量的微生物,與腸道、口腔、陰道共同組成了人體的4大菌庫,研究表明,一些常見皮膚病,如黃褐斑、銀屑病、特應性皮炎、痤瘡、皮膚瘙癢等與皮膚微生物失衡關系緊密。化妝品作為一種頻繁與皮膚接觸的產品,可能直接或間接對皮膚微生態平衡造成影響。對人類皮膚微生物群及其與宿主免疫系統和其他共生微生物的相互作用的進一步分析,能夠有效地挖掘和了解皮膚發生病理性變化的潛在機制,并為皮膚護理和治療提供一個新的研究方向。針對不同種族、不同地域、不同年齡等因素下人體皮膚微生態的特點,開發適用于不同人群的化妝品,以達到“精準護膚”的目的,這不僅僅是時代發展的需要,更是保障人體皮膚健康的需要。
基于皮膚本態的植物原料與配方開發
近年來化妝品行業和市場發展有2大趨勢:一是消費者對化妝品的安全性尤為關注,更加崇尚綠色,回歸自然;二是消費者對化妝品的功效性愈加追捧,使更多高活性原料成為化妝品的功效成分。在這種趨勢下,植物提取物以其來源豐富環保、成分多樣、副作用小而且功效也較佳等優點成為化妝品領域的研發熱點。基于皮膚本態就是以國人的皮膚狀況和皮膚生理指標為基礎,通過對皮膚生理指標、皮膚問卷等皮膚相關數據采集并建立人群皮膚大數據庫,采用合適的數學方法分析處理,挖掘數據背后所反映的皮膚本態特點并分析其產生的原因,這樣才能有針對性地提出產品研發思路和皮膚護理方案。將皮膚本態與植物原料開發結合,才能更好地滿足消費者的護膚需求。
盡管植物原料在化妝品研發中越來越受歡迎,但天然植物原料存在成分復雜、不穩定和安全不確定性等缺點,消費者更多的考慮是原料是否是天然的,認為越天然越好而忽略了其中的安全性問題,同時植物原料在化妝品中的配伍也是需要講究科學的。將傳統中醫藥理論應用于化妝品植物原料的開發是一條行之有效的途徑,以中醫藥理論為指導,開發安全有效的化妝品組方。
“君臣佐使”組方理論最早見于《黃帝內經》,將其應用于化妝品配方設計是具有實際意義的。君藥是指在化妝品中起到關鍵功效(如美白、抗衰老和保濕等)的、解決皮膚問題的關鍵組方,如熊果苷、紅景天等中草藥的活性成分可以抑制酪氨酸酶的活性而達到美白的效果;臣藥是輔佐君藥的中草藥,如丁香、豆蔻等具有促進功效成分透皮吸收的作用,川穹具有活血化瘀、改善微循環的功效;佐藥是配合君藥和臣藥進行治療兼證的中草藥,針對不同的問題肌膚(如敏感、止癢、刺激和炎癥等)兼證需要佐以相應的中藥,如蘆薈、仙人掌等具有舒緩肌膚的功效,積雪草、連翹等具有抗炎的功效;使藥是起到調和諸藥作用的中草藥,甘草是使用最廣泛的一種使藥。將“君臣佐使”的組方思想應用于化妝品,可以充分發揮植物原料的功效,設計出多種功效于一身的化妝品配方和產品。以中醫理論為指導,以皮膚科學為基礎,研究開發特色植物功效原料,設計開發具有中國文化底蘊的化妝品,為支撐中國化妝品產業的健康發展貢獻力量。
化妝品安全與功效評價
隨著時代的進步和經濟的快速發展,人們生活質量不斷提升,消費觀也慢慢從物質需求向精神需求轉變,這也大大地促進了化妝品行業的發展。據統計,2020年全國化妝品行業零售額達3400億元,同比2019年增長了9.5%。在化妝品行業高速發展的同時,也面臨著一系列問題,市面上的產品質量良莠不齊,出現了很多問題產品。化妝品安全風險主要源自化妝品原料的安全風險,如一些化妝品生產商為了謀取利益而在化妝品中加入禁用物質,配方工藝缺陷的安全風險等;其次是制備過程、工藝設備和操作可能存在的安全風險;最后是化妝品包裝材料潛在的安全風險。歐洲、美國和日本等發達國家很早就對化妝品提出專門的質量要求,每年對化妝品的安全性進行評估,并提出新的要求。在我國對化妝品的安全也提出了很高的要求,在《化妝品安全技術規范》中指出,“化妝品應經安全性風險評估,確保在正常、合理的及可預見的使用條件下,不得對人體健康產生危害。”并規定了化妝品的安全性評價和功效評價方法,包括體外毒理學檢測方法(如皮膚變態反應試驗、皮膚刺激性試驗、眼刺激性試驗等)、人體安全性檢驗方法、人體功效評價檢驗方法(如SPF值和PFA值的測定、防水性能測定)。近年來,針對化妝品成分的動物研究的替代毒性測試方法也有發展的勢頭,此外,還討論了組學和人工智能(AI)等新技術,以擴大或提高化妝品成分的知識和危險識別。
化妝品是一種直接施用于人體表面的日用化學工業產品,化妝品的質地、氣味、顏色等會直接影響消費者對化妝品的喜愛程度。化妝品感官評價是對化妝品的清爽度、黏稠度、涂展性、滋潤效果等使用膚感進行評價的方法,是人們通過視覺、嗅覺、觸覺、味覺感知物質特征、性質的一種科學主觀評價的方法。通俗地講就是以“人”為工具,利用科學客觀的方法,借助人的眼睛、鼻子、嘴巴以及手,并結合心理、生理、物理、化學及統計學等學科,對樣品進行定性、定量的測量與分析,了解人們對這些產品的感受或喜歡程度,并測知產品本身質量的特性。這種方法不需要特殊的儀器設備和化學試劑,但其評價結果與評價員感官靈敏程度、實踐經驗等因素息息相關。當今隨著化妝品行業的不斷壯大,感官評價對于化妝品配方、工藝、研發、貨架期等相關問題具有越來越重要的指導作用。
化妝品包裝材料研究
化妝品的包裝是在生產、運輸和銷售過程中為保護化妝品、方便儲運、促進銷售而采用的容器及材料,而化妝品的初級包裝是直接接觸化妝品的包裝容器材料。化妝品包裝具有金屬、玻璃、陶瓷、塑料、橡膠等材質,而塑料是目前最廣泛使用的化妝品包裝材料。由于化妝品的特殊性,化妝品的安全性問題在世界各國都是一個需要重視的問題,而作為與化妝品直接接觸的包裝材料,人們對其安全性和材質提出了很高的要求。
目前化妝品用包裝材料存在的問題主要有:一是包裝材料(塑料為主)中添加大量助劑,長時間接觸容易遷移到化妝品中,如雙酚A、鄰苯二甲酸酯類、重金屬等;二是包裝材料上印刷油墨殘留的危害物,如氯苯溶劑等,也可能對包裝內容物化妝品的質量安全產生風險;三是化妝品中脂溶性和水溶性物質,對與其接觸的包裝材料性能(力學性能、阻隔性能等)造成影響(增塑作用、溶脹作用等),進而削弱其對化妝品質量安全的保護作用。筆者建議應該針對化妝品用包裝材料質量安全與風險評估存在的核心和主要問題,研發綠色包裝新技術、新材料及新產品,并以包裝材料中加工助劑、重金屬及其他化學物等為對象,研制內分泌干擾作用類物質高效精準識別和量化技術,解析危害物遷移轉化機制,建立內分泌干擾物聯合毒性評價模型和方法,構建化妝品用包裝材料質量安全與風險評估技術體系,并制定相關標準,為保障化妝品的安全性奠定理論基礎和應用支撐。
全生物降解化妝品包裝材料研究與開發
近年來,社會及政府倡導可持續發展和綠色環保的理念已深入人心,2020年我國也大力開展垃圾分類。在此大背景下,可生物降解材料逐漸走進人們生產生活的各個方面。采用生物基材料和生物降解材料,通過共聚、共混等方法對材料進行改性,調整配方設計,改進加工方法和加工工藝(如多層復合等),開發出力學性能、阻隔性能、穩定性等優良的綠色包裝新材料及新產品。
化妝品用包裝材料中風險物檢測及遷移研究
化妝品包裝作為與化妝品直接接觸的物質,人們對化妝品包裝材料具有較高的生物安全性要求,在化妝品包裝的添加物中,某些有害物質可能被化妝品溶出,從而造成化妝品被污染。消費者使用了這種污染的化妝品可能會造成皮膚屏障受損、皮膚刺激、皮膚炎癥甚至是皮膚病和皮膚癌,因此對化妝品包裝材料中風險物檢測及遷移研究是非常必要的。可以結合文獻、調研及檢測數據,根據包裝材料特點,布設采樣,開展化妝品用包裝材料質量安全水平調查。根據包裝材料中風險物特性,建立風險物測試篩選體系,采用固相微萃取、超聲萃取等前處理技術與氣質、液質等聯用對包裝材料中潛在的風險物進行測試,同時建立數據信息庫,并根據譜峰的結構信息等對風險物進行分類及定性、定量分析。利用前期建立的物質識別和量化方法,對雙酚A、鄰苯二甲酸酯類、鎘等主要風險物進行追蹤,研究風險物在包裝材料中濃度變化、分布(包括時間分布情況等)和污染特征等情況,構建化妝用包裝材料中風險物質向化妝品模擬物遷移模型,揭示其遷移轉化機理。
(摘編自《日用化學品科學》2021年第9期 作者何聰芬 趙華 孟宏 李麗 賈焱 賀建彪)
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(責任編輯:譙英固)
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