Innovative Strategies for Photoallergy Assessment: Breaking Free from Animal Models in Cosmetic Ingredient Development

Photoallergy, a unique form of skin sensitization induced by specific compounds underultraviolet irradiation, has traditionally been investigated using animals. However, the prohibition ofanimal testing for the assessment of cosmetic ingredients in Europe and other countries underscoresthe necessity for in vitro or in silico alternative methods. Currently, there are no validated methods forassessing photoallergy or photosensitization, presenting a significant challenge in the development ofnew cosmetic ingredients. This review examines the landscape of alternative methods for detectingphotosensitization, emphasizing recent publications, and considering the underlying principles ofthe different proposed assays.</p

Estudio in vitro de las actividades fotoprotectoras, antioxidantes y despigmentantes de nuevos ingredientes cosméticos para la prevención y tratamiento del cáncer de piel y el melasma

[spa] La luz solar aporta diversos beneficios sobre el organismo ayudando al mantenimiento de la homeostasis, a la regulación de la temperatura corporal y a la síntesis de vitamina D. A pesar de que en la piel se producen diferentes eventos para proteger al organismo, la radiación ultravioleta que forma parte de la luz solar provoca ciertas alteraciones fisiopatológicas que pueden provocar cáncer, fotoenvejecimiento e hiperpigmentación de la piel. Las luces UVA y UVB son las principales causantes de estos trastornos ya que la luz UVC que queda retenida en la capa de ozono. Con el objetivo de prevenir o tratar estas alteraciones, son de uso común diferentes productos cosméticos. Entre ellos podemos encontrar productos de protección solar con filtros ultravioletas incorporados para prevenir el cáncer de piel y las quemaduras y productos en formato crema o suero para prevenir o tratar manchas y arrugas. No obstante, diferentes estudios confirman los efectos secundarios de las moléculas utilizadas en estos productos. Los filtros ultravioletas se dividen en filtros orgánicos e inorgánicos dependiendo de su naturaleza química. Ambos se han relacionado con desencadenar efectos nocivos en el medio marino, como por ejemplo la acumulación de filtros inorgánicos en la cadena trófica o el blanqueamiento de coral causado por filtros orgánicos. Además, los filtros orgánicos han mostrado efectos tóxicos en la salud humana según diferentes estudios, aunque existe controversia al respecto. Los tratamientos disponibles para la hiperpigmentación o melasma implican efectos secundarios cómo irritaciones o dermatitis, por lo que existe una necesidad para encontrar o desarrollar nuevos tratamientos eficaces. Esta tesis se centra en el estudio de nuevos ingredientes cosméticos para su uso en protección solar, fotoenvejecimiento e hiperpigmentación. Para ello, se utilizaron diferentes técnicas in vitro con modelos celulares en monocapa y modelos reconstituidos de piel. Los primeros productos estudiados fueron los filtros UV “A” y “B”, unas moléculas desarrolladas por Roka Furadada S.L. con una toxicidad intrínseca debido a su estructura orgánica. Este hecho se demostró en los ensayos de citotoxicidad realizados en queratinocitos humanos. Por esta razón, el filtro “A” se encapsuló con el objetivo de recudir su toxicidad. Sin embargo, los extractos obtenidos del escalado R_20 causaron mortalidad en queratinocitos humanos HaCaT revelando su degradación o liberación del filtro. Posteriormente, se estudiaron las propiedades de fotoactivación de una fórmula solar con cápsulas pertenecientes al escalado optimizado R_41. La fórmula se aplicó en modelos de piel reconstituidos que se irradiación con una dosis de radiación solar simulada de 20 J/cm2. Las cápsulas ofrecieron una mejora en UVA-PF y en la disminución de espongiosis, pero no mejoraron el SPF ni protegieron de la mortalidad celular. Además, no presentaron unas buenas propiedades cosméticas y galénicas, siendo necesario su optimización para mejorar la aplicación de la fórmula final y su fotoestabilidad. En paralelo se intentó mejorar las propiedades fotoactivas de la fórmula con la adición de lignina, un biopolímero capaz de incrementar el SPF en fórmulas con capacidades fotoprotectoras. Esta fórmula incrementó los valores de UVA-PF, de SPF y disminuyó la toxicidad por la luz UV demostrando los beneficios de la lignina en su incorporación. También se evaluaron las propiedades antioxidantes y despigmentantes de la combinación 1 a 1 de Floretina (NF02) y Neohesperidina dihydrochalcona (NHDC). A pesar de que esta mezcla no presentó actividad despigmentante en las condiciones ensayadas, si mostró una capacidad antioxidante superior a la que ofrecen los productos por sí solos. Además, destacamos que la utilización de melanocitos murinos B16F0 para evaluar productos despigmentantes, presenta diferentes aspectos críticos por lo que se refiere a su capacidad de síntesis de melanina, como la importancia de la elección del medio de cultivo o el número de pase celular.[eng] Sunlight provides different benefits to the organism by helping to maintain homeostasis, regulate body temperature and synthesis of vitamin D. Although different events take place in the skin to protect the body, ultraviolet radiation that is part of sunlight causes certain pathophysiological alterations that can cause cancer, photoaging and hyperpigmentation of skin. With the aim to prevent or treat these disorders, different cosmetic products are available. Among them we can find sun protection products with built-in ultraviolet filters to prevent skin cancer and burns, and products in cream or serum format to prevent or treat spots and wrinkles. Nevertheless, different studies confirm the side effects of the molecules used in these products. For this reason, the discovery or development of novel effective treatments is necessary. This thesis is focused on the study of new cosmetic ingredients for their use in solar protection, photoaging or hyperpigmentation using different in vitro techniques. The UV filters “A” and “B”, new molecules developed by Roka Furadada S.L., present an intrinsic toxicity due to their organic structure. This fact was demonstrated by the cytotoxicity induced by these compounds when exposed to human keratinocytes. For this reason and to reduce its toxicity, the filter “A” was capsulated. However, the extracts obtained by the batch R_20 of “A” capsules caused cell mortality when exposed to the human keratinocyte cell line HaCaT and thus revealing capsule degradation or filter release. Subsequently, after optimization capsule scaling process, the photoactivation properties of a sunscreen formulation including the new capsule batch R_41 were studied. This sunscreen formulation improves the UVA-PF and reduces the spongiosis observed in human skin reconstructed models when exposed to a simulated solar irradiation of 20 J/cm2 but it failed to increase the SPF and prevent cell mortality. However, all these parameters were improved when a lignin was included in the formulation. Moreover, the antioxidant and depigmenting properties of a mix of Phloretin (NF02) and Neohesperidin dihydrochalcone (NHDC) in a ratio 1 to 1 were also evaluated. This mixture, despite of lacking depigmenting capacity in the tested concentrations, showed higher antioxidant activity than the products alone. In addition, we highlight that the use of B16F0 melanocytes cells for evaluate depigmenting products presents critical aspects regarding to their melanin synthesis capacity

Estudio in vitro de las actividades fotoprotectoras, antioxidantes y despigmentantes de nuevos ingredientes cosméticos para la prevención y tratamiento del cáncer de piel y el melasma

Programa de Doctorat en Biotecnologia[spa] La luz solar aporta diversos beneficios sobre el organismo ayudando al mantenimiento de la homeostasis, a la regulación de la temperatura corporal y a la síntesis de vitamina D. A pesar de que en la piel se producen diferentes eventos para proteger al organismo, la radiación ultravioleta que forma parte de la luz solar provoca ciertas alteraciones fisiopatológicas que pueden provocar cáncer, fotoenvejecimiento e hiperpigmentación de la piel. Las luces UVA y UVB son las principales causantes de estos trastornos ya que la luz UVC que queda retenida en la capa de ozono. Con el objetivo de prevenir o tratar estas alteraciones, son de uso común diferentes productos cosméticos. Entre ellos podemos encontrar productos de protección solar con filtros ultravioletas incorporados para prevenir el cáncer de piel y las quemaduras y productos en formato crema o suero para prevenir o tratar manchas y arrugas. No obstante, diferentes estudios confirman los efectos secundarios de las moléculas utilizadas en estos productos. Los filtros ultravioletas se dividen en filtros orgánicos e inorgánicos dependiendo de su naturaleza química. Ambos se han relacionado con desencadenar efectos nocivos en el medio marino, como por ejemplo la acumulación de filtros inorgánicos en la cadena trófica o el blanqueamiento de coral causado por filtros orgánicos. Además, los filtros orgánicos han mostrado efectos tóxicos en la salud humana según diferentes estudios, aunque existe controversia al respecto. Los tratamientos disponibles para la hiperpigmentación o melasma implican efectos secundarios cómo irritaciones o dermatitis, por lo que existe una necesidad para encontrar o desarrollar nuevos tratamientos eficaces. Esta tesis se centra en el estudio de nuevos ingredientes cosméticos para su uso en protección solar, fotoenvejecimiento e hiperpigmentación. Para ello, se utilizaron diferentes técnicas in vitro con modelos celulares en monocapa y modelos reconstituidos de piel. Los primeros productos estudiados fueron los filtros UV “A” y “B”, unas moléculas desarrolladas por Roka Furadada S.L. con una toxicidad intrínseca debido a su estructura orgánica. Este hecho se demostró en los ensayos de citotoxicidad realizados en queratinocitos humanos. Por esta razón, el filtro “A” se encapsuló con el objetivo de recudir su toxicidad. Sin embargo, los extractos obtenidos del escalado R_20 causaron mortalidad en queratinocitos humanos HaCaT revelando su degradación o liberación del filtro. Posteriormente, se estudiaron las propiedades de fotoactivación de una fórmula solar con cápsulas pertenecientes al escalado optimizado R_41. La fórmula se aplicó en modelos de piel reconstituidos que se irradiación con una dosis de radiación solar simulada de 20 J/cm2. Las cápsulas ofrecieron una mejora en UVA-PF y en la disminución de espongiosis, pero no mejoraron el SPF ni protegieron de la mortalidad celular. Además, no presentaron unas buenas propiedades cosméticas y galénicas, siendo necesario su optimización para mejorar la aplicación de la fórmula final y su fotoestabilidad. En paralelo se intentó mejorar las propiedades fotoactivas de la fórmula con la adición de lignina, un biopolímero capaz de incrementar el SPF en fórmulas con capacidades fotoprotectoras. Esta fórmula incrementó los valores de UVA-PF, de SPF y disminuyó la toxicidad por la luz UV demostrando los beneficios de la lignina en su incorporación. También se evaluaron las propiedades antioxidantes y despigmentantes de la combinación 1 a 1 de Floretina (NF02) y Neohesperidina dihydrochalcona (NHDC). A pesar de que esta mezcla no presentó actividad despigmentante en las condiciones ensayadas, si mostró una capacidad antioxidante superior a la que ofrecen los productos por sí solos. Además, destacamos que la utilización de melanocitos murinos B16F0 para evaluar productos despigmentantes, presenta diferentes aspectos críticos por lo que se refiere a su capacidad de síntesis de melanina, como la importancia de la elección del medio de cultivo o el número de pase celular.[eng] Sunlight provides different benefits to the organism by helping to maintain homeostasis, regulate body temperature and synthesis of vitamin D. Although different events take place in the skin to protect the body, ultraviolet radiation that is part of sunlight causes certain pathophysiological alterations that can cause cancer, photoaging and hyperpigmentation of skin. With the aim to prevent or treat these disorders, different cosmetic products are available. Among them we can find sun protection products with built-in ultraviolet filters to prevent skin cancer and burns, and products in cream or serum format to prevent or treat spots and wrinkles. Nevertheless, different studies confirm the side effects of the molecules used in these products. For this reason, the discovery or development of novel effective treatments is necessary. This thesis is focused on the study of new cosmetic ingredients for their use in solar protection, photoaging or hyperpigmentation using different in vitro techniques. The UV filters “A” and “B”, new molecules developed by Roka Furadada S.L., present an intrinsic toxicity due to their organic structure. This fact was demonstrated by the cytotoxicity induced by these compounds when exposed to human keratinocytes. For this reason and to reduce its toxicity, the filter “A” was capsulated. However, the extracts obtained by the batch R_20 of “A” capsules caused cell mortality when exposed to the human keratinocyte cell line HaCaT and thus revealing capsule degradation or filter release. Subsequently, after optimization capsule scaling process, the photoactivation properties of a sunscreen formulation including the new capsule batch R_41 were studied. This sunscreen formulation improves the UVA-PF and reduces the spongiosis observed in human skin reconstructed models when exposed to a simulated solar irradiation of 20 J/cm2 but it failed to increase the SPF and prevent cell mortality. However, all these parameters were improved when a lignin was included in the formulation. Moreover, the antioxidant and depigmenting properties of a mix of Phloretin (NF02) and Neohesperidin dihydrochalcone (NHDC) in a ratio 1 to 1 were also evaluated. This mixture, despite of lacking depigmenting capacity in the tested concentrations, showed higher antioxidant activity than the products alone. In addition, we highlight that the use of B16F0 melanocytes cells for evaluate depigmenting products presents critical aspects regarding to their melanin synthesis capacity