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î TECNOLOGÍA COSMÉTICA
Prof. Mª Ángeles Muñoz
Dr. Noel García-Medel
Eduardo Muñoz-Molina
Directora del Grupo de InmunoBiología
Clínica del Hospital Gregorio Marañón
Experto en Inteligencia Artificial aplicada
a Investigación Biomédica
Máster en Dirección de Marketing y
Gestión Comercial
Simcosmetic Biotech, empresa ubicada en el Parque Científico de Madrid
UNA METODOLOGÍA INTEGRAL PARA
EL DESARROLLO DE PRODUCTOS
DERMOCOSMÉTICOS
¿Qué ingredientes hay que combinar para obtener una crema antiarrugas o un serum antifatiga? ¿Qué
diferencia hay entre un producto para el cuidado facial de día o de noche? ¿Cómo usar la centella asiática
para prevenir el envejecimiento de la piel o la rosa mosqueta para mejorar el aspecto de una cicatriz?
A
ctualmente no existe una metodología estandarizada para el desarrollo
de ingredientes activos en dermocosmética, o dicho de una forma más precisa, cosmeceúticos, una palabra acuñada
para referirse a sustancias cuyo uso puede
mejorar la apariencia de la piel interaccionando con ciertos aspectos de la biología
de las células epidérmicas, preservando
su integridad y previniendo los efectos del
paso del tiempo o de la exposición a agentes que ocasionan un perjuicio estético a
la piel. Hasta el momento, el desarrollo de
fórmulas para dermocosmética se ha basado en el conocimiento tradicional de las
propiedades de un grupo restringido de ingredientes cosméticos.
Además hay un condicionamiento determinado por la disponibilidad o el precio
de los ingredientes u otras tendencias del
mercado, como ha ocurrido con la rosa
mosqueta o el aceite de argán durante los
últimos años, cuyo uso ha supuesto importantes ingresos a sus principales productores, Chile y Marruecos, respectivamente.
Así, practicamente no existe un producto
cicatrizante en el mercado que no se promocione por su contenido en aloe vera o
en aceite de rosa mosqueta.
SimCosmetic Biotech, ahora parte de
InnoHealth Group, nace de la colaboración
establecida entre tres profesionales procedentes de campos tan diferentes, quienes
promovieron el proyecto empresarial con
la idea de proporcionar una metodología para desarrollo de dermocosméticos
con una calidad y rigor equiparables a las
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exigencias técnicas del proceso de desarrollo preclínico de fármacos. Para ello, han
creado una plataforma tecnológica que incluye dos componentes principales: un dispositivo experimental, para la caracterización de la actividad biológica de sustancias
que pueden emplearse como ingredientes
cosméticos, a la cual han bautizado como
SimDerma, y una herramienta de gestión
informática, que permite almacenar la información procedente de los ensayos experimentales y emplearla para el diseño de
combinaciones activas frente a aplicaciones
dermocosméticas específicas, que se ha
llamado INCOS (INgredients COmbination
System).
Creación de una plataforma para
screening de activos en
dermocosmética
Actualmente existen en el mercado más de
3000 ingredientes aprobados para su uso
directo en productos cosméticos que proceden de diversas fuentes, muchos de los
cuales probablemente puedan aplicarse
para una amplia variedad de usos para los
que aún no se han caracterizado.
Para determinar la potencial aplicabilidad
de estos ingredientes, se diseñó un panel de
30 ensayos que incluyen dianas célulares y
moleculares para estudiar actividades antioxidantes, antiinflamatorias, proliferación
celular, producción de colágeno, protección
celular frente a hipoxia, blanqueantes y otros
efectos biológicos de interés en dermocosmética. El conjunto de estas 30 dianas constituye la plataforma experimental SimDerma,
la cual puede ampliarse con la inclusión de
nuevos experimentos o la actualización de
los que están en uso. El método es aplicable
tanto para compuestos puros como para extractos botánicos y otras mezclas complejas,
empleándose en la empresa para caracterizar la actividad de sustancias comerciales,
ingredientes en fase de desarrollo o incluso
fórmulas que se han diseñado con el resto
de herramientas de la plataforma.
El reto consistía en poder ejecutar el panel
completo de ensayos para todos los analitos
en un tiempo reducido, generando unos resultados interpretables mediante un sistema
de evaluación unificado para todos los experimentos. Para ello, se seleccionaron modelos experimentales cuyas características
favoreciesen un procedimiento de trabajo
altamente estandarizado, fundamentalmente ensayos basados en cambios en los niveles de expresión de un marcador molecular
fácilmente medible, priorizando aquellos
sistemas que admitan un método común
de detección entre diferentes experimentos
como son la emisión o la absorción lumínica.
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Sin embargo, el dispositivo experimental
incluye también algunos ensayos funcionales en los que no es posible evaluar la
actividad del analito mediante la medida
del cambio de niveles de marcadores moleculares, sino que es necesaria la observación directa del efecto biológico, como es
el caso de los experimentos de migración
o proliferación celular, que suponen etapas
limitantes en el proceso de análisis.
Comúnmente, en otras organizaciones,
los estudios sobre actividad biológica de
sustancias de uso cosmético se dirigen a
aquellas actividades de las que existan evidencias previas, restringiendo su aplicabilidad a los usos más tradicionales. En
SimDerma, sin embargo, todos los ingredientes analizados se someten al panel
completo de ensayos, lo cual determina la
posibilidad de identificar nuevas aplicaciones para el cosmecéutico, así como detectar otros efectos no deseados cuando se
combina el ingrediente para generar una
fórmula orientada a un uso concreto.
La actividad biológica del ingrediente
cosmético puede determinarse como la
capacidad de inducir un aumento en los
valores de un marcador o de promover un
efecto biológico, para el caso de ensayos
diseñados para la evaluación de sustancias
activadoras, o bien la capacidad de reducir
los valores del marcador o de bloquear el
proceso biológico, en el caso de ensayos
para evaluación de sustancias inhibitorias.
Sin embargo, sería excesivamente costoso calcular parámetros farmacológicos para
la cuantificación de la actividad de todos los
ingredientes cosméticos, debido al elevado
número de condiciones a las que deberían
repetirse los ensayos. En su lugar, se emplea una aproximación en la que los ensayos se llevan a cabo a tres concentraciones
diferentes del ingrediente, lo que permite
establecer un sistema de evaluación de su
actividad en base a cuatro categorías. La
primera categoría corresponde a sustancias
no activas, en las que no se observa actividad a ninguna de las concentraciones de
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ensayo. La segunda categoría engloba las
sustancias de baja actividad, cuyo efecto
es perceptible solamente a la mayor concentración ensayada, pero no en el resto de
concentraciones. En la tercera categoría se
incluirían los compuestos de actividad intermedia, en los que el efecto se observa a
partir de la concentración intermedia y, por
último, la cuarta categoría serviría para clasificar compuestos altamente activos, con
efectos perceptibles a la menor concentración ensayada.
Los resultados de los ensayos, particularmente si se trata de ingredientes aprobados para su uso directo en cosmética,
pueden incluirse en las bases de datos
empleadas por la herramienta de gestión
informática para diseño automatizado de
fórmulas cosméticas.
Productos naturales como fuente de
activos
Las tendencias actuales en dermocosmética priorizan el uso de extractos botánicos
u otros productos naturales frente al uso
de otros principios activos, tratando de
aprovechar la diversidad química proporcionada por el mundo vegetal.
Un extracto botánico es en definitiva una
mezcla compleja de moléculas, enriquecida en grupos funcionales que atienden a
determinadas características físicoquímicas,
según el método de extracción. De esta
forma, es probable que alguna de las moléculas presentes en el extracto interaccionen
positivamente con alguno de los modelos
experimentales en el rango de concentración de ensayo, no siendo necesario aislar
la molécula responsable del efecto biológico, lo que reduce drásticamente el tiempo y
coste de la etapa de investigación. Así mismo, puesto que estos extractos suelen estar
enriquecidos en familias de moléculas, el
efecto puede deberse a la intervención de
más de una especie química, posiblemente
actuando éstas de manera sinérgica frente
a sus dianas.
Parametrización de las aplicaciones
dermocosméticas
Un paso imprescindible para la modelización informática de cualquier proceso
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físico es la identificación de las reglas aritméticas y lógicas que determinan el transcurso del proceso. En el caso de este
proyecto, había que describir el problema
biológico que suponía una condición específica de la piel, vinculándolo a cambios
en los valores de expresión o activación de
dianas celulares y moleculares concretas.
Cualquier aplicación dermocosmética a
implementar en la plataforma debe poder
asociarse a un efecto biológico, el cual a su
vez debe vincularse a resultados positivos
en un grupo de modelos experimentales
de SimDerma.
Así, para el desarrollo de un producto
despigmentante, por ejemplo, se buscan
combinaciones de productos que sean
activas frente a los siguientes modelos
experimentales: 1) inhibición de la actividad tirosinasa, enzima responsable de la
transformación de la tirosina en melanina,
el pigmento natural de la piel; 2) actividad
antioxidante y 3) activación del proceso de
autofagia celular que regula la degradación
de los melanosomas en queratinocitos. La
reacción positiva en los tres modelos experimentales conduce al efecto biológico
de reducción en los niveles de melanina, el
cual está directamente vinculado a la acción
despigmentante.
Diseño racional de activos para
dermocosmética
Para la elaboración de una fórmula activa
frente a una aplicación dermocosmética
específica, la plataforma incluye la herramienta INCOS, consistente en un motor
de búsqueda que opera sobre las bases
de datos de la empresa, que incluyen
centenares de ingredientes previamente
caracterizados en SimDerma, creando una
composición optimizada en función de la
actividad de los ingredientes disponibles y
las condiciones particulares de la aplicación
deseada. El objetivo consiste en encontrar
una combinación de ingredientes que presenten actividad frente a todos los modelos
experimentales asociados a la aplicación
deseada, priorizando por tanto el uso de
sustancias clasificadas dentro de la cuarta
categoría de actividad biológica para los
ensayos relevantes. Las proporciones de
los ingredientes se ajustan en base al nivel
de actividad de estos frente a los modelos
experimentales vinculados a una aplicación
concreta, dentro del rango de concentración recomendado por el fabricante.
El sistema incluye unos filtros primarios que permiten restringir el espacio de
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búsqueda, por ejemplo descartando ingredientes que respondan a determinadas
características seleccionadas por el usuario,
como aquellos que no hayan sido sometidos a pruebas dermatológicas en personas,
los que carezcan de determinadas certificaciones (ECOcert, aptitud para consumo en cultura islámica o judaica, etc o los
que procedan de un proveedor distinto al
seleccionado.
Un factor particularmente condicionante
es el mercado chino, puesto que su elevado
volumen de consumo determina una importante limitación en el valor comercial de productos cosméticos que incluyan ingredientes no aprobados por este país. Tanto es así,
que uno de los filtros primarios del motor de
búsqueda permite restringir el uso de ingredientes no autorizados en China.
El motor de búsqueda puede emplear, alternativamente, dos algoritmos diferentes,
los cuales se adecuan al tamaño del espacio
de búsqueda. Si el espacio de búsqueda es
una colección de hasta 200-300 ingredientes aproximadamente, se puede emplear
un algoritmo de búsqueda ligero basado
en métodos de Monte Carlo. Cuando la
cantidad de ingredientes disponible es superior, es conveniente emplear un segundo
algoritmo basado en programación evolutiva, que requiere mayor rendimiento de la
maquina operante pero tiene mayor capacidad de optimización cuando trabaja con
grandes conjuntos de datos.
En el ejemplo anteriormente presentado,
relativo a la formulación de un producto
despigmentante, el sistema favorecería el
uso de ingredientes activos frente a los modelos de actividad antioxidante, inhibición
de actividad tirosinasa y activación del proceso de autofagia, en base a una alta probabilidad de seleccionar ingredientes clasificados dentro de la cuarta categoría de
actividad en SimDerma para estos ensayos,
probabilidad que iría decreciendo para ingredientes clasificados dentro de las restantes categorías correspondientes a sustancias de menor actividad. Cuando, debido a
falta de disponibilidad de ingredientes de
alta actividad, el sistema deba recurrir a ingredientes de la tercera categoría u otras
de menor actividad, las proporciones de
estos se ajustarán de forma que se garantice que la dosis de uso de la fórmula final
produzca los efectos biológicos vinculados
a la aplicación solicitada.
Pruebas de eficacia en simulador de piel
Además de introducir el diseño racional
automatizado de dermocosméticos, el
proyecto de SimCosmetic Biotech pretende avanzar un paso más adelante y desarrollar un sistema que permita la estimación teórica del comportamiento de la piel
al aplicarle el producto, dando cuenta no
solo de la eficiencia del producto y su aplicabilidad sino también de la identificación
de efectos potencialmente tóxicos o contraproducentes. SkinSim, que es como han
bautizado los promotores del proyecto a la
plataforma de screening in silico de activos
dermocosméticos, proporciona una etapa
intermedia en el proceso de desarrollo
de estos productos. SkinSim permitirá el
screening masivo de cientos de miles de
compuestos naturales con potencial uso
en cosmética y productos para el cuidado
de la piel antes de pasar a otros ensayos
biológicos más costosos. Ya que la experimentación en animales está estrictamente
prohibida en el desarrollo de cosméticos,
este sistema aportará una nueva herramienta de alto interés en este sector.
Con la incorporación de estas nuevas
tecnologías al mercado de la dermocosmética, los creadores de SimCosmetic Biotech
esperan aportar un sistema que permita
una investigación de calidad con unos costes asumibles para el desarrollo de nuevos
productos que sirven para el cuidado de un
órgano tan importante como es la piel
SimCosmetic Biotech estará
en el STAND C14 en
FARMESPAÑA INDUSTRIAL
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