LA BIOINGENIERIA DE LA PIEL Y EL ESTUDIO DE EFICACIA IN VIVO PARA PRODUCTOS COSMETICOS

Documento preparado por: Martha Patricia Oviedo Salazar

Los avances tecnológicos de la bio-ingeniería cutánea le han permitido a la industria cosmética desarrollar métodos experimentales in vivo no invasivos a través de los cuales se obtiene información relevante y resultados confiables acerca de la eficacia de los productos cosméticos. Estos estudios son llevados a cabo con la participación de voluntarios humanos y anteponiendo siempre el respecto al voluntario y la ética profesional como está establecido en la declaración de Helsinki y normativas internacionales.

Los métodos in vivo no invasivos para la evaluación de la eficacia de un producto cosmético, es una herramienta muy útil dentro del proceso de investigación y desarrollo ya que le permite al formulador encontrar la ruta para desarrollar un producto eficaz para el consumidor, así mismo constituye un soporte para el sustento que la reglamentación o entidad sanitaria respectiva exige al momento de comunicar un determinado claim o beneficio cosmético tales como: “disminución ó atenuación de arrugas”, “disminución de los niveles casuales de sebo”, “aclaramiento del tono de la piel”, “fortalecimiento de las uñas”, “efecto rizador, alargador y voluminoso de pestañas”, “restauración de la abarrera cutánea” entre muchos otros. Todo ello, soportado por la aplicación del método científico lo que nos permite obtener resultados válidos y confiables.

Los métodos de evaluación no invasiva abarcan desde la caracterización de las propiedades físicas cutáneas, propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas y ultrasonográficas, hasta propiedades fisiológicas, como la pérdida transepidérmica de agua, sudoración, secreción de sebo y flujo sanguíneo, todas estas propiedades son evaluadas para determinar el estado ó condición inicial de la piel y su evolución con el uso de productos cosméticos; es decir para demostrar la efectividad del producto cosmético.

Este artículo pretende hacer una rápida revisión de algunas propiedades de la piel así como de la tecnología comercialmente disponible para su evaluación. Entre las diferentes propiedades y los métodos instrumentales citaremos algunas de ellas, tales como:

HUMECTACION CUTANEA:La Humectación consiste en la humedad que la epidermis toma del medio exterior a través del empleo de preparados cosméticos, a que además suelen integrar en su composición cierta proporción de agentes higroscópicos (humectantes).El grado de humedad cutánea y la regulación del tránsito de agua hacía la atmósfera depende de la integridad de la epidermis y más en concreto del estrato córneo. El estrato corneo ofrece una considerable resistencia a la conducción de la corriente eléctrica, mientras que los queratinositos en diferenciación y la dermis son buenos conductores. El elemento esencial para que se produzca este fenómeno, es la presencia de agua que será directamente proporcional a la conductancia eléctrica o capacitancia al paso de la electricidad a través de los materiales e inversa a la resistencia. Se ha establecido que la concentración de saturación de agua en el estrato corneo es de 45 mg de agua por mg de SC. En condiciones predeterminadas de humedad, sobre el 60%, el SC plantar solo retiene 0,1 mg/mg, mientras que en otras zonas pueden alcanzar hasta 33 mg/mg, por lo que la H.R y la temperatura influyen notablemente en la determinación del SC por cuanto es necesario trabajar en un ambiente con condiciones controladas.Entre los métodos para la determinación del contenido de hidratación de la piel están la conductancia eléctrica de la superficie de la piel por medio de una corriente alterna de alta frecuencia, la resistencia a la corriente directa, espectrocopia de infrarojos, método foto-acústico, método de microondas entre otros. Uno de los equipo más utilizados es el Corneometro CM 825(Courage +Khazaka, Cologne; Germany) entre otros están Skicon 200 EX (I.B.S CO. Motohama-cho; Japan), Nova DPM900, Moisturemer SC, Moisturemeter D (Delfintech, Kuopio; Finland).

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CORNEOMETER CM 825, se basa en la medición de capacitancia en un medio dieléctrico. Este equipo mide el cambio de la constante dieléctrica debido al contenido de agua en la superficie cutánea cambiando la capacitancia de un condensador de precisión. Esta técnica puede detectar incluso pequeños cambios en el nivel de hidratación de la piel.

El capacitor consta de dos placas de metal, separadas una de otra mediante un medio aislante (vacío, aire, plástico, vidrio, etc.), el cual actúa como un dieléctrico. Si un voltaje es aplicado al capacitor éste se carga eléctricamente. El capacitor almacena la carga y ésta es llamada capacitancia.

Representación gráfica del principio de medición

PERDIDA DE AGUA TRANSEPIDERMICA (TEWL)El agua en forma de vapor se difunde pasivamente a través del S.C contra una gradiente de concentración y los corneocitos juegan un papel importante en su retención, estas células cubren la epidermis junto a las estructuras lamelares lípidicas intercorneales. Las investigaciones han demostrado que el agua no esta ligada al S.C. de una manera uniforme; así el 5% esta íntimamente enlazado y se denomina constitutiva, el 40% esta débilmente enlazado y será retenido por los humectantes naturales, el resto se encuentra libre. La TEWL es la pérdida del agua libre por evaporación y del agua débilmente enlazada del S.C y es proporcional a la función barrera epidérmica.En la piel hay componentes que mediante mecanismos diversos contribuyen de manera natural a mantener el estado óptimo de hidratación cutánea. El estado de hidratación condiciona las cualidades mecánicas y estéticas de la piel; siendo estas el reflejo del equilibrio entre los aportes de agua (endógena y exógena) y las pérdidas que se producen por evaporación (sudoración y transpiración).De esta forma el concepto de hidratación cutánea no se puede ser aislado, sino que depende de dos variables: la cantidad de humedad que contiene la epidermis y la perdida de agua transepidermica (TEWL).El SC tiene una configuración un tanto especial a base de corneocitos unidos por la sustancia lamelar cementante, que hacen difícil el tránsito, salida y entrada de las moléculas acuosas. El modelo de lípidos cementantes se base en capas alternantes de agua y lípidos que forman una estructura tipo cristal líquido. Las ceramidas forman el armazón y los lípidos restantes se incorporan en la bicapa lipídica formada por su unión a ácidos grasos libres.La presencia de agua en la sustancia cementante es imprescindible para mantener la cohesión, de forma que la estructura de cristal líquido se debe a la presencia de agua en ella. El nivel de descamación viene determinado por la alteración de cristal líquido y el desprendimiento de los corneocitos no cementados.La valoración de la TEWL tiene diferentes aplicaciones desde su determinación en pieles sanas, pieles enfermas producto de diferentes transtornos patológicos, salud ocupacional, observación de recién nacidos y muchos otras aplicaciones.En el campo cosmético la TEWL es empleado para la valoración de productos humectantes y recuperadores ó restauradores de la barrera cutánea que después del uso de detergentes o tensioactivos deterioran y alteran dicha barrera.

Algunos de los métodos para la cuantificación de la TEWL están equipos como el Evaporimeter EP2 (Servomed, Kinna; Sweden); el Tewameter TM310 (Courage +Khazaka, Cologne; Germany), Aquaflux/Vapometer (Delfintech, Kuopio; Finland), entre otros.

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TEWAMETER TM300: cuenta con una sonda de medición de cámara abierta el cual consiste en un pequeño tubo, abierto por ambos lados que tiene en su interior dos higrosensores (humedad) unidos a termistores (temperatura) para la medición de humedad en dos puntos diferentes a lo largo de la sonda. Las señales de flujo de vapor de agua de los detectores son transmitidos a un microprocesador donde se calcula el flujo de vapor de agua de acuerdo a la ley de Fick:

Donde: el flujo de difusión dm/dt indica la masa (g) de agua por m2 que es transportado en un período de tiempo (h), el cual es proporcional al área A y al cambio de concentración por distancia dc/dx. D es el coeficiente de vapor de agua en el aire.

TEWAMETER TM310 Sonda TM310: Cilindro abierto higrosensores y termisores

MELANINA Y HEMOGLOBINA

El color normal de la piel está dado por la combinación de cuatro biocromos: amarillo, rojo, pardo y azul, los cuales son brindados a la piel por pigmentos cutáneos: el amarillo, brindado por los carotenoides y por el estrato córneo. El pardo, dado por la melanina. El rojo, cedido por la hemoglobina oxigenada, presente en las arteriolas y los capilares arteriolares dérmicos. El azul, proveniente de la hemoglobina reducida de las vénulas y capilares venosos dérmicos.

Las cantidades variables de melanina en los queratinocitos producen un amplio espectro en coloración cutánea entre los individuos. El Eritema es una lesión cutánea caracterizada por enrojecimiento de la piel, limitado o extenso, permanente o pasajero, debido a fenómenos vasculares, produciendo así vasodilatación. Se da por ejemplo por quemaduras causadas por el sol, por procesos irritativos ó alérgicos.En el campo de la dermo-cosmética se cuenta con equipos no invasivos que permite la cuantificación de dos de estos biocromos: melanina y hemoglobina. Entre los equipos de Bio-ingeniería citaremos a equipos como el Mexameter MX300 (Courage +Khazaka, Cologne; Germany); DermaSpectrometer (Cortex. Technology, Hadsund, Denmark); Erythemameter (Diastron, United Kingdon).

MEXAMETER MX 18, es un equipo de bioingeniería cutánea, no invasivo que permite medir el nivel de melanina y eritema en la piel basado en el principio de absorción/reflexión. La sonda del Mexameter MX18 emite una luz circular a tres longitudes de onda 568 nm(verde), 660 nm (rojo) y 880 nm (infrarrojo). Un receptor mide la luz reflejada por piel. Las posiciones del emisor y el receptor garantizan que únicamente se mide la luz difusa y dispersa. Al definirse la cantidad de luz emitida, es posible calcular la cantidad de luz absorbida por la piel. La melanina se mide mediante longitudes de onda específicas elegidas para que correspondan a diferentes tasas de absorción de los pigmentos. Para la medición del eritema también se utilizan longitudes de onda específicas, correspondientes al máximo nivel de absorción espectral de la hemoglobina y evitando otras influencias de colores (por ejemplo, la bilirrubina). El resultado correspondiente a ambos parámetros los cuales se muestran de forma inmediata en forma de cifras índice.

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Principio de medición Mexameter MX18

SEBO:

El sebo es una secreción grasa amarillenta y fluida que se compone de glicéridos y ácidos grasos, y es sintetizada por las glándulas sebáceas holocrinas. El sebo fluye hacia la superficie de la piel por los poros de los folículos pilosos y desempeña un papel esencial: junto con el sudor, protege la piel contra la sequedad, formando una película hidrolipídica. Además, aporta a la epidermis lípidos para reforzar su estructura y darle suavidad y coherencia.

La intensidad de producción de sebo depende de distintos factores: factores genéticos constitucionales, edad (aumento en la pubertad con un máximo a los 25 años, y posterior descenso paulatino), zona corporal (sobre todo en cara, centro del tórax y espalda), factores hormonales (estimulación por andrógenos, inhibición por estrógenos).

Entre las herramientas para el monitoreo de productos cosméticos que mejoran o controlan la apariencia del brillo ó los niveles casuales de sebo están las técnicas fotográficas como las que se obtienen con diferentes tipos de iluminación: Luz Visible, Luz Fluorescente y Luz Polarizada cruzada, estos diferentes tipos de iluminación permitirán imágenes para la evaluación cualitativa desde la textura de piel, detección de la presencia de bacterias P. acnes asociado a la producción de porfirinas y apariencia de brillo respectivamente.

Entre los métodos biofísicos para la cuantificación de los niveles casuales de sebo están el Sebutape (Cuderm; Dallas, USA) y el Sebumeter SM810 (Courage +Khazaka, Cologne; Germany) entre otros.

SEBUMETER SM 810, equipo de bioingeniería que permite medir de manera directa los niveles casuales de sebo sobre la superficie de la piel.

La medición de la concentración de sebo ó niveles casuales de sebo se realiza por fotometría. Este método esta basado en la posibilidad de incrementar la transparencia de una cinta plástica sintética mate por la absorción de sustancias grasas. La variación en la transparencia es medida a través del fotómetro dentro del equipo y es dada en g de sebo/cm2.

Un cassette dispensador provee la cinta plástica sintética mate de 0.1 mm de espesor. Esta se coloca sobre la superficie de la piel a evaluar (64 mm2 de piel) durante 30 segundos, tiempo durante el cual el analista debe ejercer una presión de 0.3 N sobre la piel, la misma que permanece constante gracias a un muelle que empuja desde dentro del cassette hacia fuera, durante cada medición.

Sebumeter 810 Medición de los Niveles Principio de medición Casuales de sebo

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PROPIEDADES BIOMECANICAS DE LA PIEL

Las propiedades mecánicas de la piel siempre han tenido una gran importancia en el campo dermatológico, cosmético y biofísico. Los parámetros biomecánicos de la piel tales como la elasticidad y firmeza difieren según la zona anatómica bien sea por su fisioanatomía como por el efecto de diversas condiciones cutáneas. A su vez la pérdida de firmeza y de elasticidad de la piel es considerada como síntoma de envejecimiento, sin embargo su manifestación no está asociada únicamente al paso del tiempo, es el resultado de la interacción de varios factores que cuentan entre ellos desde los factores genéticos hasta los hábitos de cuidado, exposición al sol y alimentación. La tecnología cosmética ha provisto no solo de principios activos que actúa en diferentes niveles para mejorar o ampliar el tiempo de aparición de este síntoma sino que además se ha acompañado de las metodologías de bioingeniería no invasivas que permiten cuantificar la variación en el tiempo de estas propiedades.

Las técnicas desarrolladas para la valoración de las propiedades biomecánicas de la piel se clasifican en función a las fuerzas ejercidas sobre la piel entre ellas están las que usan fuerzas paralelas y fuerzas perpendiculares; en un primer grupo podemos mencionar métodos como propagación de ondas, de fuerza torsional, dinamómetro y de extensión, bajo el segundo principio están los métodos de indentación, de elevación, de impacto y de succión; a seguir algunos nombres comerciales como es el Cutometer SEM 575 (Courage +Khazaka, Cologne; Germany) y el Dermal Torque Meter (Dia-Stron; Hampshire, UK).

CUTOMETER MPA 580, El principio de medición se basa en el método de succión. El aparato genera presión negativa y la piel es arrastrada hacia el interior de la sonda. La profundidad de penetración es medida mediante un sistema óptico. Este consiste en una fuente de luz y un receptor de luz, así como en dos prismas situados uno junto al otro, que proyectan la luz desde el emisor hasta el receptor.

La intensidad de la luz varía debido a la profundidad de penetración en la piel(*). La resistencia de la piel a la deformación mecánica (firmeza) y su capacidad de volver a su posición original (elasticidad) se muestra en forma de curvas al final de cada medición.

CUTOMETER SEM 575 (*)Succión al vació sobre la piel

MICRORELIEVE DE LA PIELEl envejecimiento cutáneo está considerado como una serie de cambios histológicos y clínicos que hacen que su prevención o al menos la modulación de sus efectos, mejore ostensiblemente de la calidad de vida. El envejecimiento cutáneo viene determinado por factores intrínsecos y factores extrínsecos. El envejecimiento intrínseco o cronológico es un conjunto de cambios clínicos, histológicos y fisiológicos que acontecen con la edad y que afectan el recambio celular epidérmico, al aclaramiento de varias sustancias de la dermis, al grosor y a celularidad de la propia dermis, a la capacidad de termorregulación y de cicatrización, a la respuesta inmunológica, a la percepción sensorial, a la producción de las glándulas sebáceas y sudoríparas y a la síntesis de vitamina D. Existen también factores extrínsecos que no solo afectan al envejecimiento cutánea acelerado y exagerando los procesos cronológicos sino introduciendo cambios cualitativos. Entre los factores extrínsecos tenemos exposición a la radiación ultravioleta (UV). Otros factores bien definidos son el tabaco y la contaminación. Dichos factores actúan sobre la piel provocando alteraciones morfológicas visibles y otras que se hacen patentes a nivel funcional. En la actualidad existen sectores de la industria que proporciona, de acuerdo a su alcance, muchas alternativas para la prevención y tratamiento del envejecimiento cutáneo; entre ellas tenemos al sector dermatológico, quirúrgico y cosmético. Este último puede considerarse de fácil acceso para los

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consumidores. Existen muchos productos en el mercado, los mismos que pueden ser comprobados a través de estudios de eficacia con usuarios, utilizando métodos y tecnologías no invasivas.

MORFOLOGIA DE LA PIEL La morfología del cuerpo humano varía en gran manera entre las distintas personas. Dependiendo de factores tales como la edad, la genética, la actividad que realizamos, la alimentación, pudiendo encontrar variantes que se toman en cuenta a la hora del estudio. Dentro de los métodos de investigación cosmética utilizados para estudiar la morfología humana, tenemos las técnicas a través de la captura de imágenes en 3D, que aportan el sustento para el beneficio de los productos cosméticos.

PRIMOS COMPACT 3D (Phaseshift Rapid In vivo Measurement Of Skin), La técnica se fundamenta en la proyección digital de franjas o líneas paralelas con el uso de Dispositivos Digitales de Microespejos (DMDTM) como proyectores de luz digital. Una cámara graba la imagen a través de un sensor óptico. Los datos son transmitidos al ordenador donde ha sido instalado el programa PRIMOS. Así, la piel puede ser monitoreada en sus tres dimensiones debido a las desviaciones en la proyección de las líneas que produce el relieve de la piel, y la representación gráfica se obtiene a través del proceso de digitalización de imagen, que se logra bajo iluminación de una fuente de luz fría (KL1500 LCD) y por procesamiento electrónico.La evaluación de la imagen se realiza de acuerdo a parámetros que evalúan el microrrelieve de la piel, en términos de rugosidad (inversa a la suavidad), y con base en las normas DIN (Deustcher Industrie Normen).

Primos 3D Antes de un Tto cosmético Después de un Tto Cosmético

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Rz: (µm) Promedio de las profundidades máxima de cinco tramos colindantes. Su disminución indica un efecto atenuante de arrugas .

Rq: (µm) Dimensión vertical; promedia la raíz cuadrada de las alturas dentro de un área en evaluación, cuantificadas desde la línea media. Su disminución evidencia una mejora en el relieve de la superficie de la piel (smoothness effect).

PRIMOS BODY; a diferencia del PRIMO 3D cuya área de trabajo es a nivel de micro-relieve, el Primos Body permite la medición macro en diferentes partes de cuerpo y rostro humano, mediante la tecnología de medición basada en la proyección digital de franjas con micro-espejos; la reconstrucción de la imagen en 3D se logra por las mínimas desviaciones de la proyección de cada una de las franjas.

La medición se realiza in vivo, de manera rápida, sin hacer contacto directo con la piel con lo que se logra una medida precisa con alta resolución y eficiencia.Luego de la tomas de las imágenes de cada uno de los controles, se realiza un match del control basal con cada uno de los tiempos de control. El software PrimosBody superpone las dos imágenes y las compara para realizar la estimación de los cambios.

PRIMOS BODY Proyección Digital de Franjas

Evaluación objetiva de la remoción de “callos”

Evaluación objetiva del aumento del volumen en labios

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Conclusiones:

La Bioingeniería de la piel hoy para la industria cosmética mundial, está creciendo y estableciéndose como uno de los polos con gran desarrollo que le aporta principalmente al área de I&D para asegurar productos cosméticos eficaces y constituyéndose como una herramienta de gran importancia para las áreas de mercadeo y asuntos regulatorios.

Los parámetros y técnicas mostradas en esta revisión terminan siendo reducidas frente a la explosión tecnológica que ha aportado esta ciencia en los últimos diez años, no obstante, aún son muchos los profesionales que desconocen esta ciencia, su tecnología y su aplicabilidad en la industria cosmética. A esto le debemos sumar todas las aristas que quedan pendientes por responder desde: que normatividad es la que rige este tipo de estudios es sus aspectos regulatorios y éticos?, que parámetros y equipos son los adecuados para un “claim” ó beneficio cosmético especifico?, que aspectos ambientales, muestrales deben ser tenidos en cuenta?, como desarrollar las mediciones en la práctica?, que herramientas estadísticas deben ser consideradas para la formulación e interpretación de hipótesis y resultados?, etc, es decir en línea general: Cómo diseñar y desarrollar protocolos científicamente válidos cuyos resultados sean aceptados en los diferentes medios donde el producto vaya a ser comercializado?...

Aun cuando hay mucho por conocer alrededor de esta ciencia y su aplicación en la industria cosmética; estas preguntas no debemos dejar de responderlas si queremos elevar el nivel de innovación de nuestra industria cosmética local y asegurar productos eficaces que logren incursionar en el mercado internacional.

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