เชิงนามธรรม:พืชเป็นแหล่งสำคัญของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สามารถนำมาใช้ในการจัดทำผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง สารสกัดจากพืชมีประโยชน์ต่อสุขภาพที่พิสูจน์แล้วมากมาย ซึ่งในจำนวนนี้มีคุณสมบัติในการต่อต้านริ้วรอยและดูแลผิว อย่างไรก็ตาม ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่มาจากพืช จึงจำเป็นต้องมีข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการกำหนดแนวทางทางเลือกสำหรับวิธีการทั่วไปเพื่อให้แน่ใจว่ามีมวลชีวภาพเพียงพอสำหรับการผลิตที่ยั่งยืน เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช เช่น การเพาะรากในหลอดทดลอง การขยายพันธุ์แบบจุลภาค หรือการกำเนิดเซลล์พืช ทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในปริมาณมากโดยไม่ขึ้นกับปัจจัยภายนอกที่อาจมีอิทธิพลต่อการผลิต การผลิตนี้ยังสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญด้วยการใช้แนวทางเทคโนโลยีชีวภาพอื่น ๆ เช่น การล้วงข้อมูล วิศวกรรมเมตาบอลิซึม สารตั้งต้นและ/หรือการป้อนสารอาหาร การตรึง และการซึมผ่าน งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินศักยภาพของเครื่องมือเทคโนโลยีชีวภาพในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยมุ่งเน้นที่สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีคุณสมบัติต่อต้านริ้วรอย ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์เวชสำอางฉลากเขียวได้ นอกจากนี้ ยังมีการกล่าวถึงตัวอย่างบางส่วนที่แสดงให้เห็นถึงการใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเพื่อผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีมูลค่าสูงสำหรับการใช้งานด้านเวชสำอาง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของเครื่องมือและแนวทางเหล่านี้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่มาจากพืชอย่างยั่งยืน

Glycoside ของ cistanche ยังสามารถเพิ่มกิจกรรมของ SOD ในเนื้อเยื่อหัวใจและตับ และลดปริมาณของ lipofuscin และ MDA ในแต่ละเนื้อเยื่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำจัดอนุมูลออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาต่างๆ (OH-, H₂O₂ ฯลฯ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันความเสียหายของ DNA ที่เกิดขึ้น โดย OH-อนุมูล Cistanche phenylethanoid glycosides มีความสามารถในการกำจัดอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่ง ความสามารถในการลดที่สูงกว่าวิตามินซี ปรับปรุงกิจกรรมของ SOD ในการระงับสเปิร์ม ลดปริมาณของ MDA และมีผลป้องกันบางอย่างต่อการทำงานของเยื่อหุ้มสเปิร์ม โพลีแซคคาไรด์ของ Cistanche สามารถเสริมการทำงานของ SOD และ GSH-Px ในเม็ดเลือดแดงและเนื้อเยื่อปอดของหนูทดลองที่ชราภาพซึ่งเกิดจาก D-galactose รวมทั้งลดปริมาณ MDA และคอลลาเจนในปอดและพลาสมา และเพิ่มเนื้อหาของอีลาสติน ส่งผลดีต่อ DPPH, ยืดเวลาการขาดออกซิเจนในหนูชรา, ปรับปรุงกิจกรรมของ SOD ในซีรั่ม, และชะลอการเสื่อมทางสรีรวิทยาของปอดในหนูชราทดลองที่มีความเสื่อมทางสัณฐานวิทยาของเซลล์, การทดลองแสดงให้เห็นว่า Cistanche มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่ดี และมีศักยภาพในการเป็นยาป้องกันและรักษาโรคชราทางผิวหนัง ในขณะเดียวกัน echinacoside ใน Cistanche มีความสามารถที่สำคัญในการกำจัดอนุมูลอิสระ DPPH และสามารถกำจัดสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ป้องกันการเสื่อมสลายของคอลลาเจนที่เกิดจากอนุมูลอิสระ และยังมีผลการซ่อมแซมที่ดีต่อความเสียหายของแอนไอออนจากอนุมูลอิสระของไทมีน

คลิกที่วิธีการใช้ Cistanche

【สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. บทนำ

อุตสาหกรรมเครื่องสำอางทั่วโลกกำลังประสบกับการเติบโตอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความตระหนักด้านความงามที่เพิ่มขึ้นและความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการดูแลความงาม การปกป้องผิว และผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง ด้วยการขยายตัวของภาคส่วนที่ร่ำรวยนี้ ผู้บริโภคจึงเกิดเทรนด์ใหม่สำหรับผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางจากธรรมชาติ ยั่งยืน และมาจากสีเขียวแทนผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ ซึ่งช่วยเพิ่มตลาดสารสกัดจากพืชทั่วโลก [1] ตัวอย่างเช่น ขนาดของตลาดนี้มีมูลค่า 10.19 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2564 และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณเป็น 22.49 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2573 [2,3] ความสนใจอย่างมากนี้ได้รับการพิสูจน์ด้วยคุณสมบัติการรักษาที่โดดเด่นของสารสกัดจากพืชโดยไม่มีผลเสียหรือมีผลกระทบเพียงเล็กน้อย [4]

พืชเป็นแหล่งส่วนผสมที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สำคัญมาโดยตลอดและมีประโยชน์หลากหลาย พวกเขาได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดี เช่น ให้สารต้านอนุมูลอิสระและป้องกันรังสี UV รวมทั้งมีคุณสมบัติในการต่อต้านริ้วรอย ต่อต้านมะเร็ง ต่อต้านริ้วรอย และเปลี่ยนแปลงผิว (ทำให้ขาว ชุ่มชื้น หรือปลอบประโลม) [5] อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่มาจากพืชมีมาก ในปัจจุบัน พืชหลายชนิดจึงถูกใช้ประโยชน์มากเกินไป (เก็บเกี่ยวจำนวนมากจากแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติ) หรือใกล้สูญพันธุ์ นอกจากนี้ ความท้าทายต่างๆ เช่น การเจริญเติบโตช้า การเก็บเกี่ยวตามฤดูกาล การมีสารประกอบที่เป็นพิษในองค์ประกอบทางเคมี และความแปรผันของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพทั้งในพืชและจากการเก็บเกี่ยวหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง อาจเป็นปัจจัยจำกัดศักยภาพในการใช้สารออกฤทธิ์ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง [4]. ข้อจำกัดเหล่านี้สามารถเอาชนะได้ด้วยการใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชร่วมกับเครื่องมือและวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ

เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สามารถกำหนดได้อย่างง่ายดายว่าเป็นเทคนิคทางเทคโนโลยีชีวภาพที่อาศัยการใช้อาหารเลี้ยงเชื้อที่มีคุณค่าทางโภชนาการและสภาวะปลอดเชื้อที่มีการควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่าการเพาะเลี้ยงและการพัฒนาของเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะของพืช [6] เทคโนโลยีนี้แสดงให้เห็นข้อดีหลายประการเหนือการปฏิบัติทางการเกษตรทั่วไป เช่น (i) การผลิตสารทุติยภูมิที่เกิดขึ้นโดยไม่ขึ้นกับปัจจัยภายในและภายนอกที่อาจส่งผลต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช (ii) ผลผลิตขององค์ประกอบทางพฤกษเคมีที่ต้องการโดยการผลิตที่คงที่ และ (iii) การผลิตภายใต้สภาวะควบคุม จึงจำกัดความเสี่ยงของการปนเปื้อนจากสารเคมีเกษตร (ยาฆ่าแมลง ยาฆ่าแมลง ยากำจัดวัชพืช ปุ๋ยเคมี) [7]

จนถึงปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ฉลากเขียว (ผลิตภัณฑ์จากพืช) จำนวนมากได้รับการพัฒนาโดยใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช บางชนิดมีการประยุกต์ใช้ในเครื่องสำอางอย่างแม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับการรักษาอายุของผิวหนังและความผิดปกติของผิวหนังที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสกับสารภายนอก [5,8] ดังนั้น วัตถุประสงค์ที่สำคัญที่สุดของการทบทวนอย่างครอบคลุมนี้คือเพื่อให้ภาพรวมโดยย่อของการประยุกต์ใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชและวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพอย่างกว้างๆ เพื่อผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพมูลค่าสูงที่สามารถใช้ในสูตรของผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง โดยมุ่งเน้นที่ เกี่ยวกับการป้องกันความผิดปกติของผิวหนังและโมเลกุลต่อต้านริ้วรอยของผิวหนัง การทบทวนยังครอบคลุมถึงตัวอย่างบางส่วนของสูตรเครื่องสำอางที่ได้รับการจดสิทธิบัตรในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ซึ่งมีการใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเพื่อผลิตโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ในสูตรดังกล่าว

2. ความชราของผิวหนัง: ความสำคัญและสาเหตุ

2.1. โครงสร้างทางกายวิภาคของผิวหนังและหน้าที่หลัก

ผิวหนังเป็นอวัยวะที่สำคัญในร่างกายมนุษย์และคิดเป็น 1 ใน 6 ของน้ำหนักรวมของร่างกายมนุษย์ ผิวหนังถูกสร้างขึ้นตามกายวิภาคโดยมีสามชั้นหลัก: หนังกำพร้า หนังแท้ และชั้นใต้ผิวหนัง หรือที่เรียกว่าเนื้อเยื่อใต้ผิวหนัง (รูปที่ 1) [9] ชั้นนอก (หนังกำพร้า) ประกอบด้วยชั้นที่แตกต่างกัน 5 ชั้น: ชั้นพื้นฐาน (สตราตัมเบสัล) ชั้นสปินัส (สตราตัมสปิโนซัม) ชั้นแกรนูล (สตราตัมแกรนูโลซัม) ชั้นใส (สตราตัมลูซิดัม) และชั้นมีเขา (สตราตัมคอร์เนียม) [10] . ผิวหนังชั้นหนังแท้ซึ่งเป็นชั้นมัธยฐานเชื่อมต่ออย่างประณีตกับผิวหนังชั้นนอกผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นใต้ดิน ซึ่งแตกต่างจากหนังกำพร้าซึ่งประกอบด้วยเนื้อเยื่อชั้นเซลล์ต่างๆ หนังแท้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเมทริกซ์นอกเซลล์ (ECM) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเซลล์ เมทริกซ์ที่เป็นเซลล์นี้ส่วนใหญ่เกิดจากเส้นใยคอลลาเจน ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 75 ของน้ำหนักแห้งของผิวหนัง และให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของพลาสติก [11] นอกจากคอลลาเจนแล้ว โปรตีน ECM ยังรวมถึงอีลาสตินและไกลโคโปรตีน ซึ่งประกอบด้วยรูขุมขนและรูขุมขนที่ขับเหงื่อ และเป็นที่เก็บระบบน้ำเหลือง หลอดเลือด และเซลล์ประสาท [9] ชั้นที่สาม ไฮโปเดอร์มิส มีเซลล์ไขมัน (adipocytes) เรียงตัวเป็นก้อนไขมัน ซึ่งก่อตัวเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหลวมๆ [12]

ผิวหนังทำหน้าที่ได้หลากหลาย มีการป้องกันทางเคมีและทางกายภาพสำหรับร่างกายจากการบาดเจ็บภายนอก เช่น เชื้อโรค รังสียูวี ภัยคุกคามจากสารเคมี ภาวะขาดน้ำ และความผันผวนของอุณหภูมิ [8] นอกจากนี้ยังช่วยรักษาสมดุลของน้ำและอิเล็กโทรไลต์ (ต่อมเหงื่อและผิวหนังชั้นนอก) และการควบคุมอุณหภูมิ (ตัวรับความร้อน) และมีส่วนร่วมในการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน (เนื้อเยื่อน้ำเหลืองที่เกี่ยวข้องกับผิวหนัง (SALT)) การมีอยู่ของปลายประสาท เช่น Meissner, Pacinian และ Ruffini corpuscles พร้อมด้วยกระเปาะของ Krause และเซลล์ Merkel ช่วยสร้างประสาทสัมผัสให้กับผิวหนัง หน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่งเชื่อมโยงกับสภาวะสมดุล การเผาผลาญ การจัดเก็บ การเลือกดูดซึม และการกำจัดสาร [12] นอกจากหน้าที่ทางชีวภาพเหล่านี้แล้ว ผิวหนังยังมีบทบาทในการดึงดูดทางกายภาพ (รูปที่ 1) [9]

2.2. อายุของผิวหนัง

ความชราของผิวหนังเป็นหนึ่งในปัญหาทางผิวหนังที่พบได้บ่อยที่สุดที่ส่งผลต่อผิวหนังของมนุษย์ ลักษณะโดยทั่วไปคือการสูญเสียความยืดหยุ่นและสีผิว การเกิดริ้วรอยเล็กๆ และจุดด่างแห่งวัย และความล้มเหลวในการซ่อมแซมบาดแผล ความชราของผิวหนังเป็นกระบวนการหลายปัจจัยที่ขับเคลื่อนโดยทั้งปัจจัยภายใน (ภูมิหลังทางพันธุกรรม ฮอร์โมน เวลา ฯลฯ) และปัจจัยภายนอก (มลภาวะ การสัมผัสรังสี UV ฯลฯ) [15] มันมีลักษณะทางชีวภาพโดยการเปลี่ยนแปลงของผิวหนังชั้นนอกและจุดเชื่อมต่อของผิวหนังกับผิวหนังชั้นนอกพร้อมกับการย่อยสลายโดยรวมของเมทริกซ์นอกเซลล์ผิวหนัง ส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของเส้นใยคอลลาเจนและอีลาสติน [16] ความร่วงโรยของผิวอาจปรากฏขึ้นเนื่องจากกาลเวลา (ความชราตามลำดับเหตุการณ์ซึ่งเป็นผลมาจากปัจจัยภายใน) หรือริ้วรอยแห่งวัย (ผิวหนังที่ถูกแสงแดดเนื่องจากปัจจัยภายนอก) อายุที่มากขึ้นตามลำดับทำให้ชั้นผิวหนังและชั้นหนังกำพร้าลดลง จำนวนปลายประสาทลดลง และการผลิตฮอร์โมนเพศซึ่งนำไปสู่การสูญเสียความไว กระบวนการชราของผิวส่วนใหญ่เกิดจากการสะสมของ Reactive Oxygen Species (ROS) มากเกินไป โดยทั่วไป เป็นที่ทราบกันดีว่า 1.5–5 เปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนที่เซลล์ใช้จะถูกเปลี่ยนโดยกระบวนการภายในเป็น ROS [8] ROS สามารถผลิตได้ในไมโตคอนเดรีย (keratinocytes และ fibroblasts), endoplasmic reticulum (cytochrome P450) และ cytosol (ROS ที่ผลิตโดยเมแทบอลิซึมของกรด arachidonic) [17] การผลิต ROS สามารถกระตุ้นโดยการแสดงออกของอินเตอร์ลิวคินมากเกินไป นอกจากการผลิต ROS ที่เพิ่มขึ้นแล้ว ความชราของผิวหนังยังเชื่อมโยงกับการแสดงออกสูงและต่ำของเมทริกซ์เมทัลโลโปรตีนเนส (MMPs) และสารยับยั้ง MMP (TIMP) ตามลำดับ การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของโปรตีนเฉพาะเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเกี่ยวข้องกับการแปรผันของปริมาณ ROS ปริมาณ ROS ที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มการควบคุมของโปรตีนกระตุ้น-1 (AP-1) ซึ่งส่งผลให้ MMP สลายตัวของคอลลาเจนและกระตุ้นการกระตุ้นปัจจัยนิวเคลียร์คัปปา B (NF-κB ) และชุดของการตอบสนองต่อการอักเสบ [8]

ความชราของผิวจะเด่นชัดกว่าในผิวที่ผ่านการถ่ายภาพด้วยริ้วรอยลึก การสูญเสียความยืดหยุ่นที่สังเกตได้ชัดเจนกว่า และผิวสัมผัสที่หยาบ [8] ความเครียดระดับเซลล์ต่างๆ มีส่วนร่วมในกระบวนการทางสรีรวิทยานี้ เช่น (i) การเปลี่ยนแปลงการจัดระเบียบของโครมาติน (ii) การทำให้เทโลเมียร์สั้นลง (iii) ความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย (iv) การกระตุ้นการทำงานของยีนออนโคเจน (v) เส้นเอพิเจเนติกส์ (vi) การอักเสบ และ (vii ) การกดภูมิคุ้มกัน [15,18]. ความเครียดออกซิเดทีฟที่เกิดจาก UVR เป็นสาเหตุหลักของการเกิดริ้วรอย การสัมผัสกับรังสี UV ของผิวหนังจะกระตุ้นการทำงานของระบบประสาทและต่อมไร้ท่อ การเปิดใช้งานนี้เกิดขึ้นได้จากตัวกลางทางเคมีหรือผ่านการส่งผ่านของเส้นประสาท [8] นอกจากนี้ แกน hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) ยังถูกกระตุ้นด้วยการถ่ายภาพ ซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นการตอบสนองแบบ homeostatic เพื่อบรรเทาความเสียหาย ความเสียหายของ DNA ที่เกิดจากรังสี UV-R เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่สมดุลของ ROS ซึ่งนำไปสู่การผลิตเครื่องหมายเฉพาะของการเสื่อมสภาพของ DNA ออกซิเดชัน 8-ไฮดรอกซี-2′-deoxyguanosine (8-OH-dG ) [19]. นอกจากนี้ เครื่องหมายอื่นๆ เช่น อินเตอร์ลิวคิน-6 (IL-6), ปัจจัยเนื้อร้ายของเนื้องอก (TNF-) และเอนไซม์ไซโคลออกซีจีเนส ก็ถูกเปิดใช้งานโดย ROS เช่นกัน ที่ระดับการแสดงออกของยีน การสะสม ROS จะกระตุ้นการแสดงออกของ NF-κB และการแสดงออกของไนตริกออกไซด์ซินเทส (iNOS) ที่เหนี่ยวนำได้ ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการซึมผ่านมากเกินไปและการสร้างเส้นเลือดใหม่โดยการควบคุมปัจจัยการเติบโตของหลอดเลือดบุผนังหลอดเลือด (VEGF) [20] นอกจาก NF-κBแล้ว ไคเนสโปรตีนที่กระตุ้นการทำงานของไมโทเจน (MAPKs) ยังถูกกระตุ้นด้วย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มการถอดรหัสยีน MMP การควบคุมของยีน MMP ส่งผลเสียต่อสภาวะสมดุลของ ECM และกระตุ้นการเสื่อมสภาพของอีลาสตินและคอลลาเจน [8]

3. สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืชที่มีคุณสมบัติต่อต้านริ้วรอย

สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืช (PDBCs) ที่เกิดจากเมแทบอลิซึมของพืชโดยทั่วไปจะแสดงคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต้านแบคทีเรีย และยังมีคุณสมบัติในการต่อต้านริ้วรอย [21,22] เรียกกันทั่วไปว่าสารทุติยภูมิ PDBCs เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการเจริญเติบโตตามปกติของพืช [21] โดยปกติแล้วพวกมันจะถูกผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองต่อข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อป้องกันผู้ล่า เชื้อโรค หรือรังสียูวี สำหรับการแข่งขันระหว่างสายพันธุ์; หรือช่วยในการแพร่พันธุ์ (ฟีโรโมน สารแต่งสี และกลิ่นที่ดึงดูดใจ) [23] สารประกอบธรรมชาติเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นวิตามิน (วิตามิน C และ E) โพลีฟีนอล (ฟลาโวนอยด์ กรดฟีนอลิก สติลบีน และลิกแนน) และกลุ่มเทอร์พีนอยด์ [24]

3.1. เส้นทางการผลิตหลักสำหรับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืช

สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืชแสดงกิจกรรมทางชีวภาพที่สำคัญ เป็นเวลาหลายศตวรรษที่โมเลกุลที่มีมูลค่าสูงเหล่านี้สกัดจากพืชที่เก็บเกี่ยวจากธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการผลิตโมเลกุลเหล่านี้ให้ผลผลิตต่ำ จึงมีทางเลือกมากมายเกิดขึ้นพร้อมกับการพัฒนาเคมีสังเคราะห์ การค้นพบวิศวกรรมจุลินทรีย์และเชื้อรา (การผลิตแบบต่างชนิดกัน) และการพัฒนาเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช การจัดหา PDBCs ในเชิงพาณิชย์มักเป็นปัญหาสำคัญที่เกี่ยวข้องกับความพร้อมใช้งานของสารประกอบ ตัวอย่างเช่น เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าการเกิดขึ้นของสารทุติยภูมิมักถูกจำกัดให้น้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักแห้งของพืช [25,26] ดังนั้น การเก็บเกี่ยวตามธรรมชาติมักทำไม่ได้เนื่องจากไม่สามารถจัดหาสารประกอบที่ต้องการได้ในปริมาณที่เพียงพอ [27] ตัวอย่างเช่น บลูเบอร์รี่โดยเฉลี่ย 1 กิโลกรัมต้องผลิตเควอซิติน 38 มก.-3-กลูโคไซด์ [28] การเก็บเกี่ยวตามธรรมชาติสามารถถูกจำกัดได้ด้วยวัสดุจากพืชที่มีอยู่ตามฤดูกาล อัตราการเจริญเติบโตและการพัฒนา และความอุดมสมบูรณ์ของชนิดพันธุ์ในธรรมชาติ [29] นอกจากผลผลิตของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากการเก็บเกี่ยวตามธรรมชาติที่ต่ำแล้ว การผลิตสารประกอบที่มีคุณค่าเหล่านี้โดยพืชมักไม่เป็นที่พอใจ เนื่องจากการผลิตของสารเหล่านี้สามารถถูกกระตุ้นได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะหรือในระหว่างขั้นตอนการพัฒนาเฉพาะของพืชเท่านั้น [30 ,31].

การสังเคราะห์ทางเคมียังสามารถเสนอเป็นทางเลือกในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพบางชนิด เช่น แคโรทีนอยด์ การสังเคราะห์ทางเคมีของแอสตาแซนธินมีค่าใช้จ่ายเฉลี่ย 1,000 เหรียญสหรัฐ/กก. ซึ่งมากกว่าต้นทุนของการเก็บเกี่ยว Haematococcus pluvialis ตามธรรมชาติ [32,33] อย่างไรก็ตาม เส้นทางการผลิตทางเลือกนี้แสดงให้เห็นปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเงื่อนไขที่เข้มงวดของปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้อง และการผลิตผลิตภัณฑ์ข้างเคียงและผลพลอยได้ที่ไม่พึงปรารถนา [34,35]

เส้นทางการผลิตอื่นได้เกิดขึ้นพร้อมกับการค้นพบและพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพด้านจุลินทรีย์และเชื้อรา เทคโนโลยีนี้เรียกอีกอย่างว่าการผลิตแบบเฮเทอโรโลกัส ส่วนใหญ่อาศัยการใช้จุลินทรีย์ เช่น ยีสต์ รา หรือแบคทีเรีย ด้วยกระบวนการนี้ โมเลกุลหลายตัว ได้แก่ เรสเวอราทรอล ซึ่งเป็นเมแทบอไลต์ทุติยภูมิที่เป็นที่รู้จักในด้านศักยภาพทางยาและเครื่องสำอาง (ต่อต้านริ้วรอย) นั้นประสบความสำเร็จในการผลิตในปริมาณสูงโดยใช้โฮสต์ของจุลินทรีย์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม เช่น Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli และ Lactococcus lactis หรือยีสต์รีคอมบิแนนท์ เช่น Saccharomyces cerevisiae [36–39] เรสเวอราทรอลผลิตโดยพืชในปริมาณที่แปรผันได้ เช่น 0.36 มก./กก. จากผล Viti's vinifera, 1 มก./กก. จากราก Ampelopsis japonica และ 7.95 มก./กก. จากชิ้นส่วนทางอากาศของ Morus alba [40] แต่ ยังคงต่ำกว่าที่รายงานการใช้จุลินทรีย์รีคอมบิแนนท์ ตัวอย่างเช่น การผลิตเรสเวอราทรอลสามารถสูงถึง 812 มก./ลิตร หรือ 2.34 ก./ลิตร โดยใช้ยีสต์หรือแบคทีเรียรีคอมบิแนนท์ ตามลำดับ [37,41] โปรดทราบว่าความสำเร็จของการผลิตแบบต่างชนิดกันนั้นขึ้นอยู่กับความรู้และความเข้าใจเกี่ยวกับเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการ แม้ว่าการเรียงตัวของโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพหลายชนิดจะมีลักษณะเฉพาะอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้เชื่อมโยงกับกิจกรรมต่ำของเอนไซม์ที่ได้จากพืชในโฮสต์ของจุลินทรีย์ (ยีสต์ แบคทีเรีย หรือเชื้อรา) พร้อมกับปริมาณสารตั้งต้นที่ต่ำ ดังนั้น ควรมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อระบุเอ็นไซม์ที่เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดและสภาวะที่เหมาะสมที่อนุญาตให้เปลี่ยนตัวกลางเมตาบอลิซึมเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ซึ่งจะหลีกเลี่ยงการสะสมของโมเลกุลตัวกลางในโฮสต์ของจุลินทรีย์ [35]

นอกจากการผลิตที่แตกต่างกันแล้ว เทคนิคการเพาะเลี้ยงพืชในหลอดทดลองยังได้รับการเสนอเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืช เทคนิคเหล่านี้นำเสนอข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับการใช้พืชทั้งต้น โดยหลักๆ แล้ว (i) การกำจัดเชื้อโรค (ii) การเพิ่มขนาดการผลิตผ่านการใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเมื่อกระบวนการเพาะปลูกได้รับการฝึกฝนเป็นอย่างดี ซึ่งสามารถลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ และ (iii) การทำให้บริสุทธิ์และการแปรรูปผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติทำได้ง่าย [42,43] ด้วยเหตุนี้ เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชจึงถูกนำมาใช้เพื่อผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพเมื่อไม่นานมานี้ หลายตัวอย่างได้เน้นย้ำถึงประสิทธิภาพของเทคนิคเหล่านี้ เช่น การผลิต taxol, podophyllotoxin, phytoene หรือ berberine จาก Taxus sp., Podophyllum hexandrum, Citrus sinensis และการเพาะเลี้ยงเซลล์ Coptis japonica ตามลำดับ [44–47]

3.2. Dermo-Protective Action ของสารต้านอนุมูลอิสระที่ได้จากพืช

ผลิตภัณฑ์ป้องกันแสงที่ได้จาก PDBCs ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากสามารถป้องกันความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ความเสียหายจากรังสี UVA และมะเร็งผิวหนัง สารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติ ได้แก่ โพลีฟีนอล ฟลาโวนอยด์ วิตามินซี และวิตามินอี ถูกนำมาใช้ในครีมกันแดดและสูตรเครื่องสำอาง เนื่องจากมีคุณสมบัติในการต้านอนุมูลอิสระสูง ซึ่งสามารถสร้างเกราะป้องกันรังสียูวีได้ ตารางที่ 1 และ 2 สรุปงานวิจัยที่เกี่ยวข้องมากที่สุดซึ่งดำเนินการกับเซลล์ของมนุษย์และหนูตามลำดับ เพื่อศึกษาผลการป้องกันชั้นผิวหนังของน้ำมันหอมระเหย สารสกัดจากพืช และสารสกัดที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช

4. เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเพื่อผลิตสารต้านอนุมูลอิสระที่มีคุณค่า

พืชในหลอดทดลองสามารถใช้เป็นแหล่งธรรมชาติของสารต้านอนุมูลอิสระ [25] การใช้ระบบการเพาะเลี้ยงเหล่านี้ สามารถผลิตโมเลกุลของสารต้านอนุมูลอิสระในปริมาณที่สูงโดยไม่ขึ้นกับสภาพแวดล้อม สามารถใช้วิธีการในหลอดทดลองได้หลายวิธี เช่น การขยายพันธุ์แบบจุลภาค การเพาะเลี้ยงรากในหลอดทดลอง (รากมีขน) หรือแคลลัสและสารแขวนลอยของเซลล์

4.1. รากมหัศจรรย์และรากขน

เป็นที่ยอมรับกันดีว่าในกรณีส่วนใหญ่ รากในร่างกาย ผลิตสารไฟโตเคมิคอลมากกว่าอวัยวะอื่นๆ ของพืช บนพื้นฐานนี้ เทคโนโลยีที่ใช้การเพาะเลี้ยงรากในหลอดทดลองได้รับการพัฒนาสำหรับการผลิตสารทุติยภูมิทางเภสัชกรรม [76] ในหลอดทดลอง รากที่กล้าได้กล้าเสียให้ความสามารถในการผลิตเมแทบอไลต์เป็นระยะเวลานานในระบบการเพาะเลี้ยงพืชในหลอดทดลองโดยไม่สูญเสียความเสถียรทางพันธุกรรม คุณสมบัติที่โดดเด่นนี้มาจากธรรมชาติที่มีความแตกต่างสูงของวัฒนธรรมรากในหลอดทดลอง [77] สามารถแยกความแตกต่างของวัฒนธรรมรากได้สองแบบ: วัฒนธรรมรากขนที่ยังไม่ได้เปลี่ยนรูปและที่เปลี่ยนรูป สามารถหารากที่ไม่เปลี่ยนรูปได้จากการเพาะเลี้ยงพืชที่มีไฟโตฮอร์โมนที่จำเพาะ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเป็นออกซิน เช่น กรดอินโดล-บิวทีริก (IBA) อินโดล-3-กรดอะซิติก (IAA) หรือกรดแนฟทาลีนอะซิติก (NAA) ) เพียงอย่างเดียว หรือในบางกรณีอาจใช้ร่วมกับไซโตไคนิน [78] ซึ่งแตกต่างจากวัฒนธรรมรากที่ไม่เปลี่ยนแปลง วัฒนธรรมที่ถูกเปลี่ยนรูปได้รับการพัฒนาผ่านการฉีดวัคซีนของพืชที่มี Agrobacterium rhizogenes รากขนที่เปลี่ยนรูปได้มาจากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวและพืชใบเลี้ยงคู่หลายชนิด ความสำเร็จของวิธีนี้ส่วนใหญ่มาจากบริเวณ T-DNA ใน Ri plasmid ของ Agrobacterium ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการนำ DNA แปลกปลอมหรือภายนอกเข้าสู่จีโนมนิวเคลียร์ของเซลล์พืชที่เป็นเจ้าบ้านอย่างมีประสิทธิภาพ [77] กระบวนการติดเชื้อพบว่าเชื่อมโยงกับการมีอยู่ของยีน rol ในบริเวณ T-DNA ยีนที่มีบทบาทประกอบด้วยยีน rolA, rolB และ rolC และอธิบายถึงการเหนี่ยวนำการสังเคราะห์เมตาโบไลต์ทุติยภูมิ โดย rolB เป็นยีนที่ทรงพลังที่สุดในบรรดายีนทั้งสาม [79] เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงนำเสนอความเป็นไปได้ในการแนะนำการเข้ารหัสยีนต่างประเทศสำหรับเอนไซม์ทางเดินเมตาโบไลต์ทุติยภูมิของพืชที่ใช้รักษาโรคในเซลล์พืชเพื่อเพิ่มการผลิตเมตาโบไลต์เฉพาะ [77,79] งานวิจัยบางชิ้นได้รายงานความสำเร็จของเทคโนโลยีนี้ในการผลิตโมเลกุลที่น่าสนใจ การผลิตกรดโรสมารินิกประสบผลสำเร็จโดยใช้รากขนที่เปลี่ยนสภาพซึ่งได้จากการเพาะเลี้ยงหน่อของ Salvia officinalis ที่ถ่ายด้วย Agrobacterium rhizogenes A4 และสายพันธุ์ ARCC 15834 [80] กรดโรสมารินิกยังผลิตได้จากรากขนชั้นยอดที่ได้รับจากการเปลี่ยนแปลงของ Agrobacterium rhizogene-mediated ของพืช Ocimum basilicum และ Dracocephalum Moldavia [81,82] ปริมาณกรด rosmarinic ที่ผลิตขึ้นมีความผันแปรเล็กน้อยภายในสปีชีส์ โดยอยู่ระหว่าง 76.41 mg/g ของ DW ที่ได้จากการเพาะราก Ocimum basilicum hairy root และ 78.05 mg/g ของ DW ที่บันทึกโดยใช้ราก Dracocephalum Moldavia A. rhizogene-transformed [81,82] . ก่อนหน้านี้ Shekarchi et al ได้ตรวจสอบการผลิตกรด Rosmarinic (2555) ในพืช 21 ชนิดที่อยู่ในตระกูล Labiatae ที่ปลูกในธรรมชาติ [83]. ผู้เขียนแสดงให้เห็นว่าปริมาณกรด rosmarinic อยู่ระหว่าง 0 ถึง 58.8 mg/g ของ DW สำหรับสปีชีส์ต่างๆ ซึ่งต่ำกว่าค่าที่ได้จากการเปลี่ยนรากขน ผลผลิตโดยใช้ระบบการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองนี้สูงกว่าการผลิตโดยใช้รากที่ปลูกในร่างกาย ซึ่งเป็นทางเลือกที่ทำงานได้สำหรับการผลิตสารประกอบที่มีมูลค่าสูงในปริมาณที่มากขึ้น

เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าสารประกอบทางเคมีที่หลั่งออกมาจากรากเป็นตัวแทนของโมเลกุลป้องกันที่พืชใช้เพื่อเพิ่มกลไกการป้องกันตามธรรมชาติและป้องกันตัวเองจากการโจมตีของเชื้อโรค [84] พืชที่มีรากมีขนหลายชนิดได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากสารประกอบพฤกษเคมีที่มีมูลค่าสูง เช่น resveratrol จาก Arachis hypogaea, indole alkaloids จาก Catharanthus roseus, artemisinin จาก Artemisia annua และ camptothecin จาก Camptotheca acuminata หรือ Ophiorrhiza pumila [85] เสนาและคณะ. (2018) รายงานการมีอยู่ของกลูโคซิโนเลต กรดไฮดรอกซีซินนามิก และอนุพันธ์กลูโคไซด์ของพวกมันในการเพาะเลี้ยงรากขนดกของบราสสิก้าราปา สารสกัดที่ได้จากไฮโดรแอลกอฮอล์แสดงฤทธิ์ต้านการสร้างเม็ดสีเมลาโนจีนิกที่มีประสิทธิภาพ ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ไทโรซิเนสภายในเซลล์อย่างเข้มข้น และการลดปริมาณเมลานินในเซลล์เมลาโนไซต์หลักที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ฤทธิ์ต้านการสร้างเม็ดสีผิวนี้เปรียบได้กับศักยภาพในการยับยั้งของยายับยั้งไทโรซิเนสสังเคราะห์ที่รู้จักกันดี กรดโคจิก [71] นอกจากนี้ การเตรียมไกลโคโปรตีนที่ได้จากการเพาะเลี้ยงรากขนดกของ Brassica rapa เดียวกันนั้นแสดงฤทธิ์ลดเม็ดสีที่คล้ายคลึงกันและลดการสะสมเมลานินผ่านการควบคุมเชิงลบของกิจกรรมของเอนไซม์ไทโรซิเนส มันยังรบกวนการถ่ายทอดสัญญาณของการสร้างเมลาโนเจเนซิสและควบคุมการแสดงออกของปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้องกับไมโครพาทาลเมีย ซึ่งเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นตัวควบคุมหลักของการสังเคราะห์เมลานิน [71] การเพาะเลี้ยงรากขนโสม Panax ซึ่งแสดงยีน PAP1 มากเกินไป (การผลิตเม็ดสีแอนโธไซยานิน 1) แสดงให้เห็นการผลิตสารประกอบโพลีฟีนอลที่เพิ่มขึ้น รวมทั้งแอนโธไซยานิน [85] ยิ่งไปกว่านั้น สารสกัดไฮโดรแอลกอฮอล์ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงรากขนที่เปลี่ยนสภาพยังแสดงคุณสมบัติการปกป้องผิวหนังชั้นนอกที่โดดเด่น โดยมีฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์อีลาสเตสและไทโรซิเนสอย่างเข้มข้น [70,86]

【สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】