Los biosurfactantes son agentes tensioactivos de origen biológico, principalmente producidos por bacterias, levaduras u hongos filamentosos como metabolitos secundarios. Se obtienen a partir de estos microorganismos a través de procesos de separación como extracción, precipitación y destilación; sin añadir ninguna síntesis orgánica antes, durante y después de la producción. Como tales, los biosurfactantes también se denominan tensioactivos de origen natural. Su estructura diversa resulta de su diferente origen microbiano, el sustrato sobre el que se cultivan y las condiciones de cultivo utilizadas.
Algunos biosurfactantes se han estudiado extensamente como los ramnolípidos, soforolípidos, lípidos manosileritritol (MEL) y surfactina. Los agentes tensioactivos de origen biológico tienen varias ventajas potenciales sobre sus contrapartes sintéticas además de sus funciones de humectación, emulsificación, reducción de la tensión superficial y detergencia. Estas ventajas potenciales incluyen menor toxicidad, biodegradabilidad, compatibilidad con la piel humana, estabilidad en condiciones extremas (pH, temperatura y salinidad). Además de su producción a partir de recursos renovables más baratos.
Tensioactivos como humectantes para la superficie de la piel
Se ha demostrado que los biotensioactivos microbianos propuestos como sustitutos de los tensioactivos químicos son compatibles con la piel humana. Estos proporcionan una excelente hidratación de la superficie de la piel. Los MEL producidos por Candidaspp. tienen una aplicación particular aquí. Por ejemplo, cuando la superficie seca y dañada de un modelo de piel in vitro, pretratada con dodecilsulfato de sodio, se volvió a tratar con biosurfactantes de glicolípidos MEL-A al 10%; la viabilidad celular aumentó a aproximadamente un 90% después de 24 h de incubación.
La ceramida, un lípido epidérmico, ayuda a la formación de la barrera cutánea y posteriormente retiene la humedad epidérmica. Los estudios han demostrado que el agotamiento de las ceramidas en el estrato córneo es un factor que contribuye a la etiología de enfermedades de la piel como la dermatitis atópica, el eccema y la psoriasis. Las ceramidas naturales o sintéticas son buenas para mejorar la rugosidad de la superficie de la piel, pero su producción es muy cara. Por tanto, los MEL que tienen propiedades similares ofrecen un sustituto adecuado a un coste de producción inferior. También se ha informado que los MEL tienen efectos hidratantes, retención de agua, mejoran la piel áspera y recuperan de las células de la piel.
Acuaporinas y Soforolípidos
Las acuaporinas (AQP) son una familia de proteínas que forman canales de agua en la membrana celular de plantas, bacterias y mamíferos. AQP-3 es la acuaporina más abundante y estudiada en la piel humana. Transporta solutos no cargados como glicerol y urea además de agua, asegurando el equilibrio hídrico en la epidermis y el transporte de pequeños solutos. La evaluación de la relación entre la sequedad cutánea asociada a la edad y la enfermedad y la expresión de AQP-3 ha demostrado que la reducción de la síntesis de AQP-3 en los niveles de proteína y ARNm influye en la sequedad cutánea.
Los soforolípidos también tienen el potencial de desencadenar eventos beneficiosos relacionados con la reparación del cabello dañado y la protección de la piel. Estos son producidos comercialmente como humectantes por Kao Co. Ltd., Japón, y se utilizan en sus productos tales como barras de labios, humectantes para el cabello y la piel. Además, se plantea la hipótesis de que los soforolípidos reducen la sobrecarga subcutánea de la piel mediante la estimulación de la síntesis de leptina a través de los adipocitos.
De manera similar, se demostró que los ramnolípidos son biocompatibles e ideales para su uso en formulaciones cosméticas y para el cuidado de la piel. El componente lipídico de los tensioactivos en los humectantes podría ayudar a su penetración profunda en la piel. Así estimular la renovación del colágeno y controlar otros factores que causan la destrucción de la estructura de la piel.
Desafíos y soluciones para aplicaciones de bio surfactantes como sustitutos de los tensioactivos
La hidratación, la protección, la limpieza y la prevención son los requisitos esenciales para que los productos cosméticos y de cuidado personal sean eficaces. Cabe señalar que los biosurfactantes solo se utilizarán como sustitutos de los tensioactivos químicos si pueden ofrecer un rendimiento igual o mejor en sus formulaciones y tienen un precio de mercado que los haga atractivos. Sin embargo, la producción a gran escala y la variabilidad estructural limitada de biosurfactantes microbianos (p. Ej., MEL) siguen siendo un problema, aunque algunos se han comercializado con éxito. La secuenciación genómica, la ingeniería metabólica y el uso de enzimas microbianas son alternativas emergentes para optimizar el rendimiento y la variabilidad estructural de los biosurfactantes. Por tanto, estas áreas deben examinarse y evaluarse de cerca.
El problema del estado de patogenicidad de algunas cepas gramnegativas productoras de biosurfactantes, específicamente, el organismo comúnmente productor de ramnolípidos, P. Aeruginosa. Evonik Industries, Alemania, ha logrado una ruta para la producción de ramnolípidos a través de la ingeniería metabólica de un organismo huésped no patógeno. Esto abrió la puerta al uso económico y seguro de los ramnolípidos en productos de cuidado personal.
Extracción desde probióticos y prebióticos
En el campo de la biotecnología microbiana, los biosurfactantes se han extraído de unos pocos organismos productores de probióticos y prebióticos, y han demostrado ser eficaces para sus respectivos fines. Dado que estos organismos son inocuos para la flora humana normal, podrían utilizarse como sustitutos de los biosurfactantes producidos por microorganismos patógenos. De esta manera aumentar la aceptación de los biosurfactantes microbianos en productos alimenticios, cosméticos y de cuidado personal. Por lo tanto, el conocimiento de la composición genética y el sustrato apropiado y las condiciones de cultivo de los organismos productores serían necesarios para aprovechar esta nueva vía.
Los productos cosméticos y de cuidado personal están formulados para proporcionar nutrientes y protección a la piel, mejorar las funciones de barrera; inhibir el crecimiento de patógenos e hidratar las superficies de la piel. Aunque los mecanismos de acción de los biosurfactantes en la piel humana no se comprenden completamente en la actualidad, los avances en las técnicas y la tecnología futuras sin duda ayudarían a abordar estas brechas. Los campos de la biotecnología microbiana, la ciencia farmacéutica y cosmética investigan críticamente la relación entre los biosurfactantes y la piel humana.
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