مقدمه‌ای بر تعاملات نگهدارنده‌ها در محصولات آرایشی
در علم کازمتیک ، جلوگیری از آلودگی میکروبی یکی از مهم‌ترین چالش‌های فرمولاسیون است. نگهدارنده‌ها باید نه تنها بر اساس اثربخشی منحصر به فردشان، بلکه بر اساس نحوه تعامل آنها با سایر اجزای سیستم نیز با دقت انتخاب شوند. اخیرا مفهوم سینرژی نگهدارنده‌ها به طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا کرده است، زیرا فرمولاتورها به دنبال برآورده کردن چندین خواسته رقابتی از جمله رعایت مقررات، ایمنی مصرف‌کننده، پایداری محصول و تقاضای بازار هستند.
” اصطلاحات مورد استفاده برای توصیف تعاملات نگهدارنده‌ها در این مقاله مستقیماً از ترمینولوژی میکروبیولوژی گرفته شده است.”
وقتی در مورد سینرژی در سیستم‌های نگهدارنده بحث می‌کنیم، به طور خاص به ترکیباتی اشاره می‌کنیم که اثر ضدمیکروبی آنها بیشتر از جمع جبری فعالیت منحصر به فرد هر نگهدارنده است .
سینرژی با استفاده از شاخص غلظت مهاری کسری(Fractional inhibitory concentration) (FIC) تعیین می‌شود، که در آن مقادیر زیر عدد 0.5 نشان‌دهنده سینرژی واقعی است.
پدیده متضاد سینرژی، آنتاگونیسم است و زمانی رخ می‌دهد که FIC >1 باشد؛ آنتاگونیسم نشان دهنده این است که مواد نگهدارنده در مکانیسم‌های یکدیگر تداخل ایجاد می‌کنند و اثربخشی آنها کمتر از حالت واحد هر نگهدارنده می شود.
اثر جمع پذیری یا Additional زمانی اتفاق می افتد که FIC = 0.5-1 باشد. این رابطه اثرات ترکیبی ساده و بدون تعامل را نشان می‌دهد در این نوع تعامل اثر مجموع نگهدارنده ها برابر جمع جبری اثر همه آنها با هم است؛ بدون اینکه باعث افزایش یا کاهش اثر یکدیگر شوند.
درک این روابط به دلایل مختلف به ویژه در فرمولاسیون‌های آرایشی مدرن بسیار مهم است. مهم ترین دلیل آن را اولا می توان تقاضای مصرف‌کننده برای فرمولاسیون‌های “پاک‌تر”، نام برد، که صنعت را به سمت جایگزین‌های ملایم‌تری سوق داده است و اغلب برای دستیابی به اثر نگهدارندگی کافی، نیاز به رویکردهای ترکیبی دارند. ثانیا، الگوهای مقاومت میکروبی همچنان در حال تکامل هستند و استراتژی‌های نگهدارندگی پیچیده‌تر در آینده ضروری می شود.
مبانی مکانیکی سینرژی مواد نگهدارنده
پایه علمی “سینرژی” در مواد نگهدارنده به طور خلاصه در مکانیسم‌های متمایزی نهفته است که عوامل ضدمیکروبی مختلف از طریق آنها بر سلول‌های میکروبی تاثیر می گذارند. وقتی مواد نگهدارنده را با مکانیسم‌های مکمل ترکیب می‌کنیم، نقاط تنش متعددی ایجاد می‌کنیم که میکروب ها باید همزمان بر آنها غلبه کنند و احتمال ایجاد مقاومت در میکروب ها را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. (Denyer & Hodges,2017)
به زبان ساده تر مواد ضد میکروبی مختلف با اثرات متفاوت بر فرآیندهای سلول یا سایت های مختلف در سلول میکروب ، وقتی با هم ترکیب شوند سینرژی ایجاد می کنند.
برای مثال مختل‌کننده‌های غشای سلولی مانند فنوکسی اتانول و بنزیل الکل، نفوذپذیری غشا را افزایش می‌دهند و باعث نشت محتویات سلولی می‌شوند. مهارکننده‌های متابولیکی مانند ایزوتیازولینون‌ها (CMIT/MIT) در سیستم‌های آنزیمی ضروری، به ویژه فعالیت دهیدروژناز، اختلال ایجاد می‌کنند. اسیدهای آلی ضعیف از جمله اسید سوربیک و بنزوئیک اسید با اسیدی کردن سیتوپلاسم میکروبی هنگام نفوذ به درون سلول عمل می‌کنند. عوامل کیلیت‌ساز مانند EDTA با بی‌ثبات کردن دیواره‌های سلولی میکروبی از طریق جداسازی کاتیون، اثربخشی بسیاری از مواد نگهدارنده را افزایش می‌دهند.
سینرژی بین CMIT/MIT و بنزیل الکل، مطالعه موردی بسیار خوبی از این اصول در عمل ارائه می‌دهد. CMIT/MIT (مخلوطی از کلرومتیل ایزوتیازولینون و متیل ایزوتیازولینون) در درجه اول آنزیم‌های حاوی تیول را در متابولیسم میکروبی، به ویژه آنزیم‌های دخیل در چرخه کربس هدف قرار می‌دهد. در مقابل، بنزیل الکل به عنوان یک مختل‌کننده غشاء عمل می‌کند و نفوذپذیری غشاء سلول‌های میکروبی را افزایش می‌دهد. وقتی بنزیل الکل و CMIT/MIT با هم استفاده شود، بنزیل الکل نفوذ درون سلولی بیشتری را برای CMIT/MIT فراهم می کند و حمله‌ای دوگانه ایجاد می‌کند که میکروارگانیسم‌ها برای دفاع در برابر آن تلاش می‌کنند. این ترکیب به ویژه در فرمولاسیون شامپو و شوینده بدن که آلودگی سودوموناس آئروژینوزا یک چالش مهم است، مؤثر بوده است.
ترکیبات نگهدارنده سینرژی کلیدی
فراتر از ترکیب CMIT/MIT و بنزیل الکل، نگهدارنده های سینرژیک متعدد دیگری در علم آرایشی و بهداشتی مستند شده‌اند:
- فنوکسی اتانول و اتیل هگزیل گلیسیرین: این ترکیب نشان می‌دهد که چگونه یک نگهدارنده اولیه می‌تواند توسط یک افزودنی چند منظوره تقویت شود. فنوکسی اتانول، یک نگهدارنده پرکاربرد، در کنار اتیل هگزیل گلیسیرین که یک عمل نرم کننده و خوشبوکننده است طیف اثر خود را گسترش می‌دهد و اثربخشی خود را بیشتر می کند. این سینرژی از طریق توانایی اتیل هگزیل گلیسیرین در مختل کردن بیوفیلم‌های میکروبی و افزایش نفوذ غشا رخ می‌دهد (هندبوک نگهدارنده‌های آرایشی، 2022).
- ترکیبات اسید آلی: ترکیبات اسید سوربیک، اسید بنزوئیک و دهیدرواستیک اسید در فرمولاسیون‌های اسیدی، سینرژی قوی‌ای نشان می‌دهند. این اسیدهای ضعیف از طریق یک مکانیسم مشترک (اسیدی کردن سیتوپلاسم درون سلول) عمل می‌کنند، اما مقادیر pKa متفاوت در هر کدام و همچنین حلالیت در چربی متفاوت آنها به این معنی است که در برابر جمعیت‌های میکروبی به طور متفاوتی مؤثر هستند. آنها با هم، طیف میکروب کشی وسیع‌تری را نسبت به هر اسید واحد ارائه می‌دهند.
- سیستم‌های کاپریلیل گلیکول: این ماده چند منظوره، با چندین ماده نگهدارنده سینرژی نشان می‌دهد. مثلا با فنوکسی اتانول، اختلال در غشا را افزایش می‌دهد؛ با اسیدهای آلی، نفوذ را بهبود می‌بخشد. توانایی عملکرد این ماده به عنوان تقویت‌کننده‌ی نگهدارنده و نرم‌کننده، آن را در فرمولاسیون‌های مدرن ارزشمند می‌کند.
- ترکیبات کلروفنزین: کلروفنزین که اغلب با بنزوات سدیم یا سوربات پتاسیم جفت می‌شود، اختلال غشایی ایجاد می‌کند که مهار متابولیک نگهدارنده‌های اسیدی را تکمیل می‌کند. این ترکیب اغلب در محصولاتی که نیاز به نگهداری ملایم‌تری دارند، مانند لوازم مراقبت از کودک، استفاده می‌شود.
ملاحظات فرمولاسیون برای سیستم‌های سینرژی
توسعه سیستم‌های نگهدارنده‌ی سینرژیک موثر نیاز به بررسی دقیق چندین عامل در هر فرمولاسیون دارد:
بهینه‌سازی pH : بسیاری از نگهدارنده‌ها، به ویژه اسیدهای آلی، فعالیت وابسته به pH نشان می‌دهند. ترکیبات سینرژیک باید از لحاظ pH متعادل شوند تا اطمینان حاصل شود که همه اجزا در فرم‌های فعال خود هستند. برای مثال، بنزوئیک اسید برای فعالیت بهینه به pH زیر ۴.۵ نیاز دارد، در حالی که برخی از ایزوتیازولینون‌ها در pH خنثی پایدارتر هستند؛ پس این دو ترکیب با هم یک فرمول سینرژیک نمی سازند.
سازگاری فازی: مواد نگهدارنده باید به درستی در فاز مناسب یک سیستم امولسیون یا سورفکتانت حل شوند. مواد نگهدارنده آبدوست ممکن است به استراتژی‌های انحلال متفاوتی نسبت به مواد نگهدارنده لیپوفیل نیاز داشته باشند و توزیع نامناسب می‌تواند منجر به کاهش اثربخشی شود.
تداخلات مواد تشکیل دهنده: برخی از اجزای فرمولاسیون می‌توانند با مواد نگهدارنده مقابله کنند. به عنوان مثال، سورفکتانت‌های نانیونیکی ممکن است برخی از مواد نگهدارنده را جدا کنند، در حالی که پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها می‌توانند به برخی دیگر متصل شوند. این تداخلات باید از طریق تست چلنج جامع آزمایش شوند( comprehensive challenge test).
رعایت مقررات: هر بازار محدودیت‌های خاصی در مورد ترکیبات و غلظت‌های مواد نگهدارنده دارد. پیوست V مقررات (EC) شماره ۱۲۲۳/۲۰۰۹ اتحادیه اروپا، راهنمایی‌های دقیقی در مورد مواد نگهدارنده مجاز و محدودیت‌های آنها ارائه می‌دهد. در ایران وزارت بهداشت و سازمان غذا و دارو این قوانین را وضع می کند.
آزمایش و اعتبارسنجی میکروبیولوژیکی
ارزیابی صحیح سینرژی مواد نگهدارنده، فراتر از ارزیابی‌های ساده در حین استفاده، نیاز به آزمایش میکروبیولوژیکی دقیق دارد. انجمن آرایشی، بهداشتی و عطر آمریکا (CTFA) و ISO روش‌های استانداردی را برای آزمایش اثربخشی مواد نگهدارنده ایجاد کرده‌اند:
تست چلنج (ISO 11930): استاندارد طلایی برای ارزیابی سیستم‌های نگهدارنده، شامل تلقیح با سویه‌های میکروبی استاندارد و نظارت بر کاهش میکروبی در طول زمان است.
سنجش‌های زمان مرگ: داده‌های سینتیکی در مورد سرعت عملکرد ترکیبات در مقایسه با اجزای منفرد ارائه می‌دهند و اغلب اثرات هم‌افزایی و سینرژیک را که آزمایش‌های استاتیک ممکن است از دست بدهند، آشکار می‌کنند.
مطالعات پیشگیری از بیوفیلم: به ویژه برای محصولاتی که در طول استفاده مصرف‌کننده مستعد آلودگی هستند، مانند پمپ‌ها و شیشه ها (jar) ، مهم است.
آزمایش غلظت مهاری کسری (FIC): سینرژی را از طریق سنجش‌های کمّی اندازه گیری می‌کند و مقادیر عددی را ارائه می‌دهد که سینرژی واقعی را تأیید می‌کند.
برای ترکیب CMIT/MIT و بنزیل الکل، این آزمایش‌ها به طور مداوم اثرات هم‌افزایی را نشان داده‌اند که امکان استفاده از غلظت‌های پایین‌تر هر دو ماده نگهدارنده را فراهم می‌کند و در عین حال اثربخشی عالی را در برابر آلاینده‌های رایج لوازم آرایشی مانند استافیلوکوکوس اورئوس، اشریشیا کلی، کاندیدا آلبیکنس و سودوموناس آئروژینوزا حفظ می‌کند.
آینده سینرژی در نگهدارنده های آرایشی
حوزه سینرژی مواد نگهدارنده با چندین پیشرفت امیدوارکننده همچنان در حال تکامل است . در ادامه خلاصه ای از جهت گیری های آینده در صنعت نگهدارنده های سینرژیک را نام می بریم:
- سیستم‌های آزاد سازی هوشمند (Smart release systems) : فناوری‌های کپسوله‌سازی که آزاد سازی مواد نگهدارنده را در طول زمان کنترل می‌کنند و به طور بالقوه حساسیت زایی برای پوست را کاهش می‌دهند و در عین حال اثربخشی را حفظ می‌کنند.
- رویکردهای پروبیوتیکی: استفاده از میکروب‌های مفید یا محصولات تخمیر آنها برای ایجاد محیط‌های نامطلوب برای عوامل بیماری‌زا.
- مدل‌سازی محاسباتی: پیش‌بینی ترکیبات نگهدارنده بهینه بر اساس پارامترهای فرمولاسیون و الگوهای مقاومت میکروبی با کمک هوش مصنوعی.
- سینرژی‌های طبیعی: بررسی مداوم ترکیبات مشتق شده از گیاهان و پتانسیل هم‌افزایی آنها با مواد نگهدارنده قدیمی تر.
نتیجه‌گیری
علم سینرژی نگهدارنده‌ها، رویکردی پیچیده به مراقبت میکروبی محصولات آرایشی و بهداشتی ارائه می‌دهد که بین اثربخشی، ایمنی و رعایت مقررات تعادل برقرار می‌کند. با درک و به‌کارگیری اصول هدف‌گیری میکروبی، افزایش دسترسی زیستی(bioavailability) و گسترش طیف اثر، فرمولاتورها می‌توانند سیستم‌های نگهدارنده را توسعه دهند ؛ و به چالش‌های فرمولاسیون مدرن غلبه کنند.
ما در شرکت فراسبز آریا جم با تکیه بر دانش میکروبیولوژی ؛ در حال ساخت و توسعه ترکیبات سینرژیک هستیم که این چالش ها را برای شما فرمولاتورهای عزیز آرایشی هموار کند.
یکی از جدیدترین ترکیبات این شرکت محصول gamasa V350 ترکیب CMIT/MIT و بنزیل الکل، نمونه‌ای از چگونگی دستیابی به راه‌حل‌های عملی توسط درک مکانیسم‌ها است.
با پیشرفت علم کازمتیک ، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که رویکردهای پیچیده‌تری برای توسعه نگهدارنده ها و محافظت میکروبی ابداع شوند.
