Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/88196
Title: Mitochondriotropic Antioxidants Based on Dietary Phenolic Acids as Modulators of Oxidative Stress on Skin Fibroblasts
Other Titles: Antioxidantes Mitocondriotrópicos baseados em ácidos fenólicos da dieta como moduladores do stress oxidativo em fibroblastos da pele
Authors: Veloso, Caroline Delgado
Orientador: Oliveira, Paulo Jorge Gouveia Simões da Silva
Simões, Sérgio Paulo Magalhães
Keywords: Mitocôndria; Envelhecimento da pele; Antioxidantes mitocondriotrópicos; ROS; Senescência celular; Mitochondria; Skin aging; Mitochondriotropic antioxidants; ROS; Cellular senescence
Issue Date: 11-Oct-2019
Serial title, monograph or event: Mitochondriotropic Antioxidants Based on Dietary Phenolic Acids as Modulators of Oxidative Stress on Skin Fibroblasts
Place of publication or event: FFUC e Centro de Neurociências e Biologia Celular da Universidade de Coimbra, UC-Biotech, Biocant Park, Cantanhede, Portugal
Abstract: À medida que a população global continua a envelhecer, existe uma pressão por parte da sociedade e dos media para parecermos cada vez mais bonitos, elegantes e jovens, aumentando a necessidade de soluções cosméticas que possam fornecer as respostas, atrasando o processo normal de envelhecimento da pele.As alterações estruturais da pele relacionadas com a idade envolvem a perturbação da função mitocondrial nesse órgão. É importante ressalvar que as mitocôndrias são organelos críticos que, para além de participarem na produção de energia, podem gerar espécies reactivas de oxigénio (ROS, do inglês reactive oxygen species) e desencadear sinais pró-apoptóticos. Alguns ROS podem danificar as mitocôndrias e perturbar sua capacidade funcional. Polifenóis com as propriedades antioxidantes (AO) dos ácidos hidroxibenzóicos (HBA) e hidroxicinâmicos (HCA) têm sido extensivamente estudados, embora sua utilidade contra o envelhecimento da pele ainda seja limitada. O principal obstáculo é que esses AOs têm uma acumulação limitada nas mitocôndrias. Para superar essa limitação, novos AOs mitocondriotrópicos foram sintetizados e validados em vários modelos celulares e frações mitocondriais isoladas.O objetivo deste trabalho foi validar os efeitos protectores dos novos AOs mitocondriotrópicos baseados em HCA e HBA em modelos de stress oxidativo em fibroblastos de pele, incluindo protocolos que induzem senescência celular. A nossa hipótese foi que os novos HCA e HBA direccionados para as mitocôndrias possam ser usados em produtos tópicos futuros para retardar o envelhecimento da pele.Os fibroblastos dérmicos humanos normais (NHDF) foram usados para testar o perfil toxicológico dos novos AOs mitocondriotrópicos, medindo a viabilidade celular e parâmetros metabólicos, bem como a eficácia dos AOs em modelos in vitro de stresse oxidativo (menadiona, staurosporina e peróxido de hidrogénio). Além disso, seus efeitos benéficos foram avaliados num modelo celular de indução de senescência replicativa e física. Os perfis de citotoxicidade e a eficácia dos AOs foram comparados com o HBA parental (ácido gálico) e os HCA (ácidos cafeico e rosmarínico), bem como com o resveratrol disponível no mercado, idebenona e CoQ10, e com o MitoQ10, um AO dirigido para a mitocôndria, atualmente usado como um ingrediente ativo do soro anti-envelhecimento da pele. Os resultados demonstraram que os efeitos citotóxicos dos novos AOs mitocondriotrópicos foram relevantes apenas para concentrações acima daquelas em que a atividade de AO foi observada. Algumas das novas criações de AO direcionadas para as mitocôndrias mostraram toxicidade muito menor do que os AOs disponíveis no mercado, bem como um melhor efeito AO. AntiOxCIN4 e AntiOxBEN2 foram os AOs mais eficazes contra os diferentes indutores de stress oxidativo nos diferentes tempos de aplicação. Diferentes modelos de indução de senescência apresentaram atividade distinta da SA β-gal. Apenas 50 µM de AntiOxBEN2 foi capaz de reverter cerca de 15% do aumento da atividade da SA β-gal, em condições de 20Gγ, bem como um pré-tratamento com idebenona (50 µM) reverteu 30% das células senescentes. Por fim, diferentes modelos de indução de senescência podem ser refletidos em diferentes vias de sinalização, que podem ser alvos para combater o envelhecimento da pele.É de grande interesse o conhecimento sobre o desempenho dos novos AOs mitocondriotrópicos baseados em estruturas de moléculas provenientes da dieta como moduladores do stresse oxidativo mitocondrial no envelhecimento da pele. Dada a crescente necessidade de soluções para combater o envelhecimento da pele, as novas moléculas podem ser apresentadas no futuro como ingredientes ativos anti-envelhecimento em produtos tópicos para a pele.
As the global population keeps aging, the society and media pressure us to look ever more beautiful, elegant and young, increasing the demand for cosmetic solutions that can provide the answers, delaying the normal process of skin aging. Age-related skin structural changes involve disruption of mitochondrial function in that organ. Importantly, mitochondria are critical organelles, which besides participating in energy production, can generate reactive oxygen species (ROS) and trigger pro-apoptotic signals. Some ROS can damage mitochondria and disturb their functional capacity. Polyphenols such as hydroxybenzoic (HBA) and hydroxycinnamic (HCA) acids antioxidant (AO) properties have been extensively studied although their utility against skin aging is still limited. The major hurdle is that these AOs have limited accumulation in mitochondria. To overcome this limitation, novel mitochondriotropic AOs have been synthesized and validated in several cell models and isolated mitochondrial fractions. The objective of this work was to validate the protective effects of novel mitochondriotropic AOs based on HCA and HBA on oxidative stress-induced models in skin fibroblasts, including protocols aimed at inducing cell senescence. Our hypothesis was that the novel mitochondria-targeted HCA and HBA can be used in future topical products to delay skin aging. Normal human dermal fibroblasts (NHDF) were used to test the toxicological profile of novel mitochondriotropic AOs, by measuring cell viability and metabolic parameters, as well as their AO efficacy in in vitro models of oxidative stress (menadione, staurosporine and hydrogen peroxide). Moreover, their beneficial effects were evaluated in a replicative- and physical-induced cell model for senescence. Cytotoxicity profiles and AO efficacy were compared with parental HBA (gallic acid) and HCA (caffeic and rosmarinic acids) as well as with the commercially-available resveratrol, idebenone and CoQ10, and with the mitochondria-directed AO MitoQ10, which is currently used as an active ingredient of anti-skin aging serum.Results demonstrated that the novel mitochondriotropic AOs cytotoxic effects were only relevant for concentrations above those in which AO activity was observed. Some of the novel mitochondria-targeted AO constructs showed much lower toxicity that the commercially available AOs, as well as a better AO effect. AntiOxCIN4 and AntiOxBEN2 were the most effective AOs against the different oxidative stress inducers at different time points. Different senescence-induction models presented distinct SA β-gal activity. Only 50 µM of AntiOxBEN2 was able to revert about 15% the increase in SA β-gal activity, under 20Gγ-ray, as well as a pre-treatment with idebenone (50 µM) reverted 30% of senescent cells. Lastly, different senescence-induction models can be reflected in different signalling pathways which can be targets when counteracting skin aging.New insights into the performance of mitochondriotropic AOs based on dietary scaffolds as modulators of mitochondrial oxidative stress in skin aging is of utmost interest. Given the increased need for solutions to target skin aging, the novel molecules may be presented in the future as anti-skin aging active ingredients in topical skin products.
Description: Dissertação de Mestrado em Biotecnologia Farmacêutica apresentada à Faculdade de Farmácia
URI: http://hdl.handle.net/10316/88196
Rights: embargoedAccess
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