多学科协同的化妆品全生命周期创新研发(上)
《化妆品监督管理条例》中,化妆品的定义是指以涂擦、喷洒或者其他类似方法,施用于皮肤、毛发、指甲、口唇等人体表面,以清洁、保护、美化、修饰为目的的日用化学工业产品。随着社会进步和生活水平的提高,人们对化妆品的需求也将随之增加。近年来,随着现代化技术的不断成熟,各学科研究方法和手段都能在化妆品研发和功效物质基础研究中找到切入点,其中多学科交叉整合发挥着举足轻重的作用,必将成为化妆品研发的趋势。该文主要对学科间交叉协同在化妆品研发中的应用进行了总结,以期为化妆品创新研发及化妆品功效物质的开发提供参考。
化妆品学科群
近年来,随着我国经济持续稳定的发展,居民收入水平的显著提升,人们的消费理念从物质层面转向精神层面,这促进了我国化妆品行业的快速发展,已成为全球第二大化妆品市场。化妆品行业的发展和壮大也不是单一的,化妆品学本身就是一门横跨化学、材料科学、皮肤科学、法学、大数据和艺术传媒学等交叉学科,它的发展是随着多门学科交相发展而发展的。构建以化妆品科学为核心、多学科协同的学科群,将各学科的优势和作用有机地结合到化妆品的研发当中,开发适合中国人群肤质特征的化妆品,推动中国化妆品行业的高质量健康发展。
化妆品全生命周期研究
化妆品全生命周期包括对消费者皮肤状况的检测、原料筛选和配方设计、安全与功效评价、包装材料的选择设计、产品上市的监督管理等。
皮肤分子生态与精准护肤
目前市面上的化妆品主要是对消费者皮肤出现如衰老、敏感等症状进行功效宣称,这属于对症护肤。但是要满足肌肤需求,“对因护肤”即“精准护肤”会更加有效。精准护肤是指充分了解导致某一个症状(如皮肤暗沉,皮肤衰老等)的发生的生化过程和物质差异,在此基础上进行护肤,即“基于皮肤代谢组学研究的精准护肤”。精准护肤不是定制化服务,也不是个体护肤,是更有针对性地对因护肤,即“以皮肤科学问题为导向,以皮肤组学研究等新兴技术为工具,以多元统计学方法和大数据为手段,筛选并验证不同原因导致同一症状(状态)下的生物标识物(Biomarkers),研究Biomarkers的代谢来源(内源与外源)及其对皮肤屏障功能影响的分子机制。根据此机制有针对性地选择和设计化妆品原料和配方,以达到科学精准的维持、保护或修复改善皮肤的目的。
皮肤脂质是维持皮肤屏障功能的最重要的化合物之一,它可以从不同的机制显著影响皮肤的状态,皮肤脂质含量和成分的改变会显著影响皮肤细胞代谢和炎症反应,如下调细胞增殖、诱导细胞分化、启动细胞凋亡等。此外,皮脂含量和成分变化也会显著影响皮肤微生态的平衡,一方面皮肤脂质可以充当皮肤微生物的培养基或抑菌剂,另一方面皮肤表面微生物的分布和密度也受到皮肤脂质的影响。同时男性和女性皮肤的生理结构和面部脂质存在一定的差异,相比于男性,女性皮肤脂质中神经酰胺(Cers)、葡糖神经酰胺(GlcCer)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰胆碱(PC)等含量较高,这对于女士化妆品和男士化妆品的研发和制作提供一定的理论参考。通过对皮肤脂质的深入研究,寻找不同状态皮肤之间脂质存在的相似性和差异性特征指标,可以为科学性、针对性地研发和使用化妆品提供理论依据。
人体皮肤表面存在着大量的微生物,与肠道、口腔、阴道共同组成了人体的4大菌库,研究表明,一些常见皮肤病,如黄褐斑、银屑病、特应性皮炎、痤疮、皮肤瘙痒等与皮肤微生物失衡关系紧密。化妆品作为一种频繁与皮肤接触的产品,可能直接或间接对皮肤微生态平衡造成影响。对人类皮肤微生物群及其与宿主免疫系统和其他共生微生物的相互作用的进一步分析,能够有效地挖掘和了解皮肤发生病理性变化的潜在机制,并为皮肤护理和治疗提供一个新的研究方向。针对不同种族、不同地域、不同年龄等因素下人体皮肤微生态的特点,开发适用于不同人群的化妆品,以达到“精准护肤”的目的,这不仅仅是时代发展的需要,更是保障人体皮肤健康的需要。
基于皮肤本态的植物原料与配方开发
近年来化妆品行业和市场发展有2大趋势:一是消费者对化妆品的安全性尤为关注,更加崇尚绿色,回归自然;二是消费者对化妆品的功效性愈加追捧,使更多高活性原料成为化妆品的功效成分。在这种趋势下,植物提取物以其来源丰富环保、成分多样、副作用小而且功效也较佳等优点成为化妆品领域的研发热点。基于皮肤本态就是以国人的皮肤状况和皮肤生理指标为基础,通过对皮肤生理指标、皮肤问卷等皮肤相关数据采集并建立人群皮肤大数据库,采用合适的数学方法分析处理,挖掘数据背后所反映的皮肤本态特点并分析其产生的原因,这样才能有针对性地提出产品研发思路和皮肤护理方案。将皮肤本态与植物原料开发结合,才能更好地满足消费者的护肤需求。
尽管植物原料在化妆品研发中越来越受欢迎,但天然植物原料存在成分复杂、不稳定和安全不确定性等缺点,消费者更多的考虑是原料是否是天然的,认为越天然越好而忽略了其中的安全性问题,同时植物原料在化妆品中的配伍也是需要讲究科学的。将传统中医药理论应用于化妆品植物原料的开发是一条行之有效的途径,以中医药理论为指导,开发安全有效的化妆品组方。
“君臣佐使”组方理论最早见于《黄帝内经》,将其应用于化妆品配方设计是具有实际意义的。君药是指在化妆品中起到关键功效(如美白、抗衰老和保湿等)的、解决皮肤问题的关键组方,如熊果苷、红景天等中草药的活性成分可以抑制酪氨酸酶的活性而达到美白的效果;臣药是辅佐君药的中草药,如丁香、豆蔻等具有促进功效成分透皮吸收的作用,川穹具有活血化瘀、改善微循环的功效;佐药是配合君药和臣药进行治疗兼证的中草药,针对不同的问题肌肤(如敏感、止痒、刺激和炎症等)兼证需要佐以相应的中药,如芦荟、仙人掌等具有舒缓肌肤的功效,积雪草、连翘等具有抗炎的功效;使药是起到调和诸药作用的中草药,甘草是使用最广泛的一种使药。将“君臣佐使”的组方思想应用于化妆品,可以充分发挥植物原料的功效,设计出多种功效于一身的化妆品配方和产品。以中医理论为指导,以皮肤科学为基础,研究开发特色植物功效原料,设计开发具有中国文化底蕴的化妆品,为支撑中国化妆品产业的健康发展贡献力量。
化妆品安全与功效评价
随着时代的进步和经济的快速发展,人们生活质量不断提升,消费观也慢慢从物质需求向精神需求转变,这也大大地促进了化妆品行业的发展。据统计,2020年全国化妆品行业零售额达3400亿元,同比2019年增长了9.5%。在化妆品行业高速发展的同时,也面临着一系列问题,市面上的产品质量良莠不齐,出现了很多问题产品。化妆品安全风险主要源自化妆品原料的安全风险,如一些化妆品生产商为了谋取利益而在化妆品中加入禁用物质,配方工艺缺陷的安全风险等;其次是制备过程、工艺设备和操作可能存在的安全风险;最后是化妆品包装材料潜在的安全风险。欧洲、美国和日本等发达国家很早就对化妆品提出专门的质量要求,每年对化妆品的安全性进行评估,并提出新的要求。在我国对化妆品的安全也提出了很高的要求,在《化妆品安全技术规范》中指出,“化妆品应经安全性风险评估,确保在正常、合理的及可预见的使用条件下,不得对人体健康产生危害。”并规定了化妆品的安全性评价和功效评价方法,包括体外毒理学检测方法(如皮肤变态反应试验、皮肤刺激性试验、眼刺激性试验等)、人体安全性检验方法、人体功效评价检验方法(如SPF值和PFA值的测定、防水性能测定)。近年来,针对化妆品成分的动物研究的替代毒性测试方法也有发展的势头,此外,还讨论了组学和人工智能(AI)等新技术,以扩大或提高化妆品成分的知识和危险识别。
化妆品是一种直接施用于人体表面的日用化学工业产品,化妆品的质地、气味、颜色等会直接影响消费者对化妆品的喜爱程度。化妆品感官评价是对化妆品的清爽度、黏稠度、涂展性、滋润效果等使用肤感进行评价的方法,是人们通过视觉、嗅觉、触觉、味觉感知物质特征、性质的一种科学主观评价的方法。通俗地讲就是以“人”为工具,利用科学客观的方法,借助人的眼睛、鼻子、嘴巴以及手,并结合心理、生理、物理、化学及统计学等学科,对样品进行定性、定量的测量与分析,了解人们对这些产品的感受或喜欢程度,并测知产品本身质量的特性。这种方法不需要特殊的仪器设备和化学试剂,但其评价结果与评价员感官灵敏程度、实践经验等因素息息相关。当今随着化妆品行业的不断壮大,感官评价对于化妆品配方、工艺、研发、货架期等相关问题具有越来越重要的指导作用。
化妆品包装材料研究
化妆品的包装是在生产、运输和销售过程中为保护化妆品、方便储运、促进销售而采用的容器及材料,而化妆品的初级包装是直接接触化妆品的包装容器材料。化妆品包装具有金属、玻璃、陶瓷、塑料、橡胶等材质,而塑料是目前最广泛使用的化妆品包装材料。由于化妆品的特殊性,化妆品的安全性问题在世界各国都是一个需要重视的问题,而作为与化妆品直接接触的包装材料,人们对其安全性和材质提出了很高的要求。
目前化妆品用包装材料存在的问题主要有:一是包装材料(塑料为主)中添加大量助剂,长时间接触容易迁移到化妆品中,如双酚A、邻苯二甲酸酯类、重金属等;二是包装材料上印刷油墨残留的危害物,如氯苯溶剂等,也可能对包装内容物化妆品的质量安全产生风险;三是化妆品中脂溶性和水溶性物质,对与其接触的包装材料性能(力学性能、阻隔性能等)造成影响(增塑作用、溶胀作用等),进而削弱其对化妆品质量安全的保护作用。笔者建议应该针对化妆品用包装材料质量安全与风险评估存在的核心和主要问题,研发绿色包装新技术、新材料及新产品,并以包装材料中加工助剂、重金属及其他化学物等为对象,研制内分泌干扰作用类物质高效精准识别和量化技术,解析危害物迁移转化机制,建立内分泌干扰物联合毒性评价模型和方法,构建化妆品用包装材料质量安全与风险评估技术体系,并制定相关标准,为保障化妆品的安全性奠定理论基础和应用支撑。
全生物降解化妆品包装材料研究与开发
近年来,社会及政府倡导可持续发展和绿色环保的理念已深入人心,2020年我国也大力开展垃圾分类。在此大背景下,可生物降解材料逐渐走进人们生产生活的各个方面。采用生物基材料和生物降解材料,通过共聚、共混等方法对材料进行改性,调整配方设计,改进加工方法和加工工艺(如多层复合等),开发出力学性能、阻隔性能、稳定性等优良的绿色包装新材料及新产品。
化妆品用包装材料中风险物检测及迁移研究
化妆品包装作为与化妆品直接接触的物质,人们对化妆品包装材料具有较高的生物安全性要求,在化妆品包装的添加物中,某些有害物质可能被化妆品溶出,从而造成化妆品被污染。消费者使用了这种污染的化妆品可能会造成皮肤屏障受损、皮肤刺激、皮肤炎症甚至是皮肤病和皮肤癌,因此对化妆品包装材料中风险物检测及迁移研究是非常必要的。可以结合文献、调研及检测数据,根据包装材料特点,布设采样,开展化妆品用包装材料质量安全水平调查。根据包装材料中风险物特性,建立风险物测试筛选体系,采用固相微萃取、超声萃取等前处理技术与气质、液质等联用对包装材料中潜在的风险物进行测试,同时建立数据信息库,并根据谱峰的结构信息等对风险物进行分类及定性、定量分析。利用前期建立的物质识别和量化方法,对双酚A、邻苯二甲酸酯类、镉等主要风险物进行追踪,研究风险物在包装材料中浓度变化、分布(包括时间分布情况等)和污染特征等情况,构建化妆用包装材料中风险物质向化妆品模拟物迁移模型,揭示其迁移转化机理。
(摘编自《日用化学品科学》2021年第9期 作者何聪芬 赵华 孟宏 李丽 贾焱 贺建彪)