Kozmetik Moleküllerin Akılcı Tasarımıkimyakongreleri.org/K2014/4kozmetik-s007.pdf · •9) Siklohekzil karbamat •10) Hyaluronik asit türevleri KimyaKongreleri.org 4. Kozmetik

Kozmetik Moleküllerin Akılcı Tasarımı

Prof. Dr. Süreyya ÖLGEN

Ankara Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi, Farmasötik Kimya Anabilim Dalı

[email protected]

ANKARA ÜNİVERSİTESİ

KimyaKongreleri.org

4. Kozmetik Kimyasi, Üretimi, Standardizasyonu Kongresi, Kimyagerler Dernegi, 14-16 Subat 2014, Antalya

• Birçok yeni madde kozmetik marketin her geçen gün daha da büyümesini sağlamaktadır.

• Kozmetikle uğraşan kimyacılar cildin görünüşünü ve sağlığını artırmak için ilginç ve ekzotik moleküller bulmaya çalışmaktadırlar.

• Kozmetik ve Makyaj Mısır'da doğmuştur. Firavunların çeşitli kokulu yağlarla yağlanarak, bal, süt, parfüm kokulu mücevherlerle süslenip, mumyalanarak, yanlarına da ayna konularak gömüldüklerini ve ruhun bedende kaldığını açıklayan tarih bilginleri, kozmetiğin daha M.Ö. ki yıllarda, insanlar için önemini ortaya koyar.

KimyaKongreleri.org


• Kozmetik müstahzarlarının ilk kez Mısır'da kullanıldığı kanıtlanmıştır. Bundan elli yıl kadar önce, Amerikalı arkeologlar, piramitleri yaptıran Mısır Firavunu Keops'un annesinin mezarını kazdıklarında, çeşitli hazineler buldular. Bunlar arasında güzellik müstahzarları ile dolu bir kutu da vardı. Damıtma, imbikten geçirme işlemi X. yüzyıl sonlarında, Arap fizikçisi İbni Sina tarafından bulunmuştur. Bu büyük bilgin bitkilerin yalnız esansından değil, güzel kokulu sularından da yararlanmıştır.

KimyaKongreleri.org


GÜNÜMÜZDE KOZMETİK ENDÜSTRİSİ DEV BİR MARKET HALİNE DÖNÜŞMÜŞTÜR VE AR-GE İÇİN MİLYONLARCA DOLAR HARCANMAKTADIR

Dünyada kozmetik Pazar: Bir yıllık satış $170 milyon dolardır. ~$40 milyon Amerika kıtasında, ~$60 milyonu Avrupada, ~$60 milyonu Avustralya & Asya, ve $10 milyonu Afrika’da.

KimyaKongreleri.org


1) Alfa-Hidroksi asitler (AHA)

2) Antioksidantlar

3) Peptidler

4) Vitaminler ve derideki etkileri

5) Bitkiler ve bitki kaynaklı maddeler

6) Biyolojik maddeler

Günümüzde kozmetikler tıbbi gözetim gerektiren

ve belirgin ilaç aktivitesi gösteren bileşikleri

kapsamaktadır.

Gruplar:

KimyaKongreleri.org


Alfa-Hidroksi asitler (AHA)

AHA’ler dermatolojide kullanım alanları;

* güneş lekeleri gibi pigment düzensizlikleri,

• ince ve orta derinlikteki kırışıklıklar,

• kuru cilt,

• akne vulgaris ve rozasea tedavisi,

• siğil tedavisi,

• seboreik keratoz ve solar keratoz gibi bazı dermatolojik hastalıklar sayılabilir.

KimyaKongreleri.org


• Evde kullanılacak AHA ürünü, %8-10 oranında, genellikle glikolik ve laktik asitlerin karışımı olan AHA’ları içerir.

• Profesyoneller tarafından uygulanan AHA’lar %35 oranında içerir ve özellikle cilt temizleme amacıyla kullanılır

• Losyon veya krem şeklinde olanlar nemlendirici görevini de yerine getirebilir.

KimyaKongreleri.org


Antioksidantlar

• Deride hücresel proteinler, enzimler, DNA ve RNA ve hücre zarındaki doymamış yağ asidleri üzerindeki oksidatif hasarlar derinin doğal savunma mekanizmasını bozar.

• Derinin oksidatif strese karşı korunması amacıyla içinde antioksidanların bulunduğu kozmetikler ve deri bakım ürünleri geliştirilmiştir.

KimyaKongreleri.org


Vitaminler ve derideki etkileri • Son yıllarda gerçekleştirilen klinik ve laboratuar çalışmaları çeşitli deri

hastalıklarını iyileştirilmesinde tropikal vitamin uygulamasının yaralı olduğunu göstermiştir. Özellikle vitaminlerin,yaşlanmaya bağlı kırışıklıkların,kuru/yağlı cilt değişikliklerinin önlenmesi, geciktirilmesi ve durdurulmasında önemli bir yeri olduğunu göstermiştir.

Kullanılan Vitaminler:

• A vitamini (Retinol): Retin-A, Tazorac ve Differin gibi yüzeysel ilaçlar ve Accutane (isotretinoin), Retinyl aldehyde ve retinyl palmitate

• C vitamini (ascorbic acid): Magnesium ve sodium ascorbyl phosphate, ascorbyl palmitate

• E vitamini: tocopherol veya tocopheryl acetate

• Panthenol (vitamin B5)

• Ergocalciferol (vitamin D)

KimyaKongreleri.org


Peptidler

• Cilt bakım alanında bilinen en ünlü peptid palmitoyl pentapeptide-3 (Matrixyl)

• Palmitoyl oligopeptide, palmitoyl tetrapeptide, Dipeptide-2, acetyl hexapeptide-8 diğer peptid türevleridir.

Cilt dokusunu ve esnekliğini iyileştirmek için kullanılırlar

KimyaKongreleri.org


KOZMETİK AKTİF MADDE GELİŞTİRİLMESİ İÇİN KULLANILAN TEKNİKLER

1) Sentez, Yarı Sentez, izolasyon

2) Mevcut Bileşiklerin Yüksek Hızda Tarama Metodları (HTS) ile kozmetik etkinliğin test edilmesi

2) Analitik Metodlar:

IR, Raman Spektroskopisi, X-Ray spektroskopisi, Synchrotron temelli yöntemler, Mikroskop temelli yöntemler (SEM, TEM), Kromatografik teknikler (HPLC-MS, GC-MS)

3) Bilgisayar destekli tasarım yöntemleri:

- Moleküler Modelleme-Docking

- QSAR

- ADME - Toksisite Özelliklerinin Tayin Metodları

KimyaKongreleri.org


Kimyasal Sentez ve Doğal Kaynaklardan Elde Edilen Kozmetik Etkin Maddeler

Uzman kişilerin sahip oldukları bilgi birikimi ile konvansiyonel sentez yöntemleri uygulanarak ve çevreye en az zararlı yöntemlerle kozmetik aktif maddelerinin geliştirilmesi

Bu yolla geliştirilen pekçok bileşik vardır.

• 1)Alfa-Hidroksi asitler (Aha) • 2)Antioksidanlar • 3) Glutatyon türevleri • 3) Hidrazinkarboksamidler • 4) sülfür/selenyum polifenolik bileşikler • 5) Fosforilkolin bileşikleri • 6) Benzopiranlar ve kumarinler • 7) indol alkaloidleri • 8) glisidol • 9) Siklohekzil karbamat • 10) Hyaluronik asit türevleri

KimyaKongreleri.org


Bitkiler ve bitki kaynaklı maddeler

İnsanlar bitkisel kaynaklı ürünlerin daha güvenli

olduğuna inandıklarından bitkisel ürünlerin kullanımı

daha popülerdir. Bitkiler kozmetikler ve deri bakım

ürünlerinde koku verici olarak kullanılmaktadır.

KimyaKongreleri.org


1) Jasmonik asit türevleri 2) Arundinaria gigantea 3) doğal betaine bileşikleri, urea and alkyl- or hydroxyalkyl- substituted ureas, monomers, oligomers and polymers of amino acids, N-C2-C24-acylamino acids and / or esters and 4) Propolis 5) Tokoferoller 6) Flavonoidler 7) Baicalin 8) Leucojum aestiuum 9) Tinospora Crispa 10) Resveratrol

Doğal kaynaklı bileşikler: İzolasyonlar ve yarı sentez yoluyla geliştirilmişlerdir:

KimyaKongreleri.org


Biyolojik maddeler

• Cilt bakım ürünlerinde deriye etkili maddelerin kullanımının artmasına bağlı olarak kullanılan biyolojik maddelerin sayısı artmaktadır.

• Bu maddeler derideki hücresel olayları etkileyerek,hücrelerin doğal yenilenme,tamir ve kontrol mekanizmalarını uyararak,derinin daha sağlıklı ve genç görünmesini sağlarlar.

KimyaKongreleri.org


Yaşlanma karşıtı (Anti-aiging)

kremlerin içerdikleri aktif maddeler:

• 1-Retinol: çizgi ve gözenek oluşumunu azaltırlar

• 2- Epidermal Growth Factor (EGF): 53 aminoasit içeren yapıdadır. Deri yenilenmesini ve kollajen üretimini uyarır, cilt elastikliğini güçlendirir.

• 3- Alfa hidroksi asitler (AHA) ve beta hidroksi asitler: intraselüler zamkı çözmeye ve ölü hücreleri birarada tutmaya yarar. Taze deri üretimini uyarır. Yeni cilt hücreleri oluştururu ve cildin güzel görünümü artırır.

KimyaKongreleri.org


Bazı Önemli Yenilikçi Kozmetik

Aktif Moleküller ve Kullanım

Alanları

KimyaKongreleri.org


Stemoxydine®

2001 yılında geliştirilen Stemoxydine saç foliküllerindeki kök hücreleri taklit etmek ve özellikle kadınlarda saç dökülmesi ve azlığını gidermek için keşfedilmiş kök hücresi bir ürünüdür.

KimyaKongreleri.org


Ionene G®

1970’lerde perma ve boya ile zarar gören saçların zararından kaçınmak için ideal molekül geliştirmek üzere düzinelerce polimer sentezlenmiştir. Sentezlenen 200 bileşik arasından olağanüstü kalitede bir ürün olarak elde edilmiştir. Hasarlı saça uygulandığında, saç liflerinin düzleştirilmesi ve tamirini sağlar.

KimyaKongreleri.org


Probiotic ST 11

Kepeklenmeye ve benzeri belirtilere (döküntü ve kaşıntı) karşı geliştirilen ve Lactobacillius paracasei ST11’den izole edilen bir bileşiktir. Bir bariyer olarak rol oynayan kafa derisi fonksiyonlarını uyararak etkinliğini gösterir. Kozmetik amaçlı besin kaynaklarının içerisinde yer alan ve Santé capillaire DS™ adı ile ürünü mevcuttur.

KimyaKongreleri.org


Céramide R®

Geliştirilmesi 10 yıl almıştır. Saç tabakaları arasında hücresel çimento rolü oynayan dolgunlaştırıcı yağların bir ailesidir. Kapiler lifler’in düzleştirilmesi, saç yapısının düzleştirilmesi ve korunması gibi birçok amaca cevap vermek üzere geliştirilmiştir. Bu molekül maskara, tırnak ve deri koruyucu gibi birçok alana uygulanmaktadır. Derinin keratin tabakasına bağlanarak ve yenileyerek kuru ciltlerin tedavisinde de kullanılır.

KimyaKongreleri.org


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Ceramid.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Sphingolipids_general_structures.png

Intra-Cylane®

Intra-Cylane® olağan dışı özelliklere ve kalitede olan ve saç teline dolgunluk kazandırıcı özelliğe sahip bir bileşiktir. Herbir saçın çekirdeğine ulaşır, esneklik ve dayanıklılık sağlar. Bileşiği yaratmada cam endüstrisinde kullanılan so-gel olarak adlandırılan kimyasal bir yöntemden esinlenilmiştir. Sulu solüsyonlardan katı bir jel durumuna dönüştürülen moleküllerin modifikasyonunu içeren bir tekniktir.

KimyaKongreleri.org


LR 2412®

Jasmonik asit türevi olan LR 2412® bitkilerdeki doku yenilenmesinden esinlenerek yaşa bağlı deri hastalıklarının tamiri ve önlenmesi için deri geliştirilmiştir. Olağandışı olarak gösterdiği biyodağılım özelliği ile derinin tüm tabakalarına yayılır. Dağıldığı zaman, dikkat çekici bir seri reaksiyonu tetiklemektedir: yenileyici güçleri ile epidermis üzerinde etkili olur, derinin yapısını güçlendirme kapasitesine sahiptir ve esnekliğini artırır. Yaşlanmanın tüm belirtilerini düzeltir: düzensiz mikro gevşemeyi, belirgin çizgileri, esnekliği ve kuruluğu azaltır.

KimyaKongreleri.org


Temel Araştırma

Kimyasal Teknoloji

Örn, Anti-Aging Araştırma

Biyoteknoloji

Yaşlanmanın nedeninin Keşfi

Geliştirme

Tek Ürün

Diğer Endüstrilere

Yönelim

Yönlenmiş

Çözümler

Yiyecek ve güzellik ekipmanları ile kombinasyon

Pazar

Pazar Tahmini

Kullanıcı bilgilendirmesini artırma

Teknoloji/ingredient pazarı

Teknoloji/farklılk yaratan ingredientler

Kozmetiklerin geliştirilme evreleri

Mevcut durum

Motivasyon değişikliği

Gelecekte durum

KimyaKongreleri.org


• Kozmetik etkin maddeleri iki ana yaklaşımla elde edilmektedirler:

• İlk yaklaşım: çevreye dost basit kimyasal sentezle, uzman kişilerin sahip oldukları bilgi birikimi, mevcut bileşiklerin kozmetik etkileri için yüksek hızda tarama metodları (HTS), bilgisayar destekli tasarımlar (moleküler modelleme, QSAR toksikolojik ve ADME özelliklerinin saptandığı programlardan yararlanarak)

• İkinci yaklaşım: biyoteknoloji-marin, bakteriyel ve botanik orijinli kaynaklara yönelme.

KOZMETİK ETKİN MADDE TASARIMI

KimyaKongreleri.org


Görsel Tarama- Kemoinformatik

Bilgisayar Temelli İlaç Tasarımı Aktif moleküllerin biyo benzerliği belirlemek için çok sayıda kimyasal yapı

içeren kütüphanelerin hızlı bir şekilde değerlendirmesini sağlayan bilgisayar

tekniklerini içeren yöntemlerdir.

Yapı-Temelli

Doking…

Ligand-Temelli

QSAR, benzerlik

taraması

Farmakofor

temelli

Bilgi birikimi temelli

Kimyasal-Biyoloji ağı

VS

KimyaKongreleri.org


Moleküler modelleme moleküllerin üç boyutlu yaratılması, taklit edilmesi ve gösterimini tanımlayan bir metod’dur ve bileşiklerin fiziko kimyasal özellikleri kullanılarak bu işlemler gerçekleştirilmektedir. Teorik kimyaya dayanan ve molekül ile biyolojik özellikleri belirleyecek çok sayıda bilgisayar temelli tekniklerden yararlanır. Wikipedia’da tanımı: Moleküler modelleme, bütün teorik metodların ve bilgisayar tekniklerin molekülün davranışlarını taklit ya da model etmek için kullanılmasıdır.

Moleküler Modelleme

KimyaKongreleri.org


İki temel yaklaşım kullanılmaktadır.

1) Direkt ilaç tasarımı: X-ray kristallografi ile belirlenen reseptör aktif yöresinin üç boyutlu yapısı kullanılarak öncü bileşikler tasarlanır.

• 2) İndirekt ilaç tasarımı: Hipotetik reseptör yöresi ile aktif ve inaktif moleküllerin yapısal özelliklerinin uyumunu karşılaştırmalı analizlerle açıklayan bir yaklaşımdır.

Moleküler Modelleme Stratejileri

KimyaKongreleri.org


a) Fiziksel gösterim: Moleküler modeller b) Grafiksel gösterimler: c) Matematiksel gösterimler

Uzay dolgu modeli Top ve çubuk modeli

Elektrostatik potansiyel

haritası

Kuantum mekaniksel çözümler elktronların pozisyonu ve atomik yükleri belirlemektedir.

Moleküler orbital gösterimler

Kuantum mekaniksel çözümler moleküler orbitallerin görünümünü belirlemek için kullanılır KimyaKongreleri.org


• 3-D hedef yapı bilinmiyorsa (LBDD-Ligand temelli ilaç tasarımı) • Hiçbir aktif madde bilinmediği durumda-rastgele

tasarım

• Benzerlik Taraması

• Farmakofor haritalandırma

• QSAR (2D & 3D) etc.

• Kombinatoryal kütüphane tasarımı etc.

• Structure-based drug design (SBDD-Yapı temelli ilaç tasarımı) • Moleküler Docking

• De novo Tasarımı

KimyaKongreleri.org


Yapı-Temelli İlaç Tasarımı

• Moleküler data bankalarından yararlanma

• De novo ilaç tasarımı

• Görsel modelleme ve yapının optimizasyonu

• LUDI, CLIX, CAVEAT, LeapFrog etc.

KimyaKongreleri.org


Ligand data

bankası

Hedef Protein

Moleküler docking

Protein aktif yöresine yerleşen Ligand

KimyaKongreleri.org


http://images.google.com/imgres?imgurl=www.molsoft.com/images/ligand.gif&imgrefurl=http://www.molsoft.com/icmpages/icmlite.htm&h=656&w=700&prev=/images?q=ligand&svnum=10&hl=en&lr=&ie=UTF-8&oe=UTF-8




http://images.google.com/imgres?imgurl=webexhibits.org/causesofcolor/i/sects/7/protein.gif&imgrefurl=http://webexhibits.org/causesofcolor/7.html&h=188&w=179&prev=/images?q=protein&start=80&svnum=10&hl=en&lr=&ie=UTF-8&oe=UTF-8&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=abagyan.scripps.edu/lab/web/man/g_dock2.gif&imgrefurl=http://abagyan.scripps.edu/lab/web/man/gallery.htm&h=202&w=205&prev=/images?q=protein-ligand&svnum=10&hl=en&lr=&ie=UTF-8&oe=UTF-8

Ligand protein içerisine nasıl yerleşir?

• Çeşitli yaklaşımlar kullanılır:

• Shape (DOCK programı)

• Incremental araştırma methodları (Flex X)

• Monte Carlo/Simulated annealing (AUTODOCK, FLO)

• Genetik algoritmalar (GOLD)

• Moleküler dinamikler

• Sistematik araştırmalar (Glide, Open Eye)

• İki anahtar issue:

• Örnekleme

• sonuçlar/muhtemel konfigürasyonların değerlendirilmesi/poses

KimyaKongreleri.org


Yapısal Hedefler

• Hedeflenen reseptörlerin 3D yapısı

• X-ray crystallography

• NMR

• Homoloji modelleme ile belirlenir

• Protein Data Bank

• Biolojik makromoleküllerin 3D yapısının deneysel olarak belirten arşiv X-ray crystal form-3D structure

KimyaKongreleri.org


Değerlendirme Fonksiyonu

• Ligand-reseptör bağlantısı aşağıdaki faktörlerle belirlenir:

• Elektrostatikler ( h-bağları içeren)

• vdw’s güçlerinin dağılımı

• Hidrofobik etkileşimler

• Ligand ve reseptör’ün etkileşimi

• Moleküler Mekaniks

• Etkileşme enerjisinin doğrudan hesaplanması

KimyaKongreleri.org


Pro-Xylane® Yaşlanmaya bağlı deri dokusunun bozukluklarının yeniden yapılandırılması için geliştirilmiştir. Mucopolysaccharides (MPSs) veya Glycosaminoglycan (GAGs), yaşlanmaya bağlı çizgilerin tedavisi için sentezlenmişlerdir. Proxylane®,kayın ağacında mevcut olan ksilozdan hareketle elde edilmiştir. Dermis ve epidermisde yer alan mukopolisakkaritlerin sentezini uyarararak derinin esnekliği ve ton niteliğini sağlar. Proxylane®, yaşlanma karşıtı lazer tedavisine eşdeğer sonuç vermiştir.

KimyaKongreleri.org


http://en.wikipedia.org/wiki/File:Chondroitin_Sulfate_Structure_NTP.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hyaluronan.png

Interleukin-8’in hyaluronan, chondroitin sülfat, dermatan sülfat ve sülfonlanmış türevleriyle etkileşiminin spektroskopik ve

moleküler modelleme çalışmaları ile karekterizasyonu Glycosaminoglycans (GAG) hücre yenilenmesinde rol oynamaktadır. Chondroitin sülfat Hyaluronan Biyolojik benzerlik özelliklerinden yararlanılarak yenilikçi materyallerin geliştirildiği türevler olarak doku mühendisliği ve yenileyici ilaçların bileşiminde yer almaktadırlar. Bu moleküllerin interleukin-8 (IL-8) ile etkileşiminin hücresel yenilenme mekanizmalarını düzenleyeceği düşünülmektadir. Çünkü daha önceki çalışmalarda diğer bir mukopolisakkarit olan heparin ile bu etkiler gözlemlenmiştir.

KimyaKongreleri.org


http://en.wikipedia.org/wiki/File:Chondroitin_Sulfate_Structure_NTP.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hyaluronan.png

Metodlar: NMR çalışmaları, docking ve moleküler dinamik simülasyonlarla IL-8 ile bir seri HA ve CS ile etkileşimi, konfigürasyonel ve tanıma özellikleri Discovery Studio (DS) programı yardımıyla çalışılmıştır. GAG’lerin uzunluklarının ve sülfatasyonlarının etkisi ile IL-8’e bağlanma gücü ve spesifikliği belirlemek üzere modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

GAGs ile IL-8’in docking’i:

(A) CS6 hexasaccharide (atom tipine göre renklendirilmiş çubuk şekli)’in monomeric IL-8 ile en yüksek oranda bağlanma şekli. (B) yüksek kimyasal kayma şansına sahip 10 kalıntı iskeletinin CS6 hekzasakkaride (kırmızı ile işaretlenen)’e bağlandığı zamanki şekli ve MM-PBSA serbest enerji dekompozisyona göre (sarı çubuk modeli) bağlanma için en yüksek absolü etki ile 10 kalıntının yan zincirlerine bağlanma şekli. (C) IL-8 dimer (gri karton) CS6 hexasaccaridle alternatif bağlanma şeklinin (atom tipine göre renklendirilen) kompleksi. Glutamat kalıntıları (çubuk ve etiket şeklinde gösterilen) GAG’a yakın bir yerle bağlantılıdır.

KimyaKongreleri.org


Bulgular:

Çalışmalar GAG sülfatasyonunun artırılmasının genelde hem deneysel hem de bilgisayar metodları ile bağlanma gücünü artırdığını göstermiştir. Docking sonuçları, pozitif yüklenmiş olan GAG’lerın sülfat ve karboksilik asit grupları ile IL-8’in pozitif yüklü H23, K25, R65, K69, K72 kalıntıları arasındaki spesifik olmayan elektrostatik etkileşimlerle bağlandıklarını göstermiştir. Hexasakkaridlerin bağlanma enerjisi için herbir kalıntının enerji yıkımlarından elde edilen değerlerin, CS6’ya ve kısmen CS4’e bağlanmada NMR’dan elde edilen değerleri ile aynı özelliklere sahip olduğu bulunmuştur. Esas olarak R65, K72 ve R73 kalıntıları ile CS4 bağlantısının CS6 ile mukayese edildiğinde NMR ile gözlenemediği saptanmıştır. MD çalışmalar da CS4 ile bu kalıntıların etkileşmesinin belirgin bir şekilde daha az tercih edilen enerji ile olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar GAG sülfatasyon artışının bağlanmayı artırdığını göstermiştir. KimyaKongreleri.org


Mexoryl® Ecamsule

Mexoryl SX, UVA ışınlarının zararlı etkilerinden korumak üzere geliştirilmiştir. UVA ve UVB ışınlarının koruyucu özellikleri arasında denge sağlar ve güneş ürünlerinin yağlı bileşenlerinin içerisine yerleştirilmiştir.

KimyaKongreleri.org


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Drometrizole_trisiloxane.png

UV koruması için geliştirilen Antioksidan ferulik asit türevlerinin Moleküler Modelleme Çalışmaları

• UV koruyucu olarak kozmetik ürünlerde kullanılan ferulik asit ve bazı alkil ferulatlar tasarlanmış ve hücresel sistemlerde antioksidan/radikal süpürücü etkileri incelenmiştir.

• Ferulik asit; inflamasyon, athereoskleroz, kanser, yaşlanma gibi hastalıkları önlemede kullanılır.

• NMR (NOE) ve moleküler modelleme çalışmaları ile ferrulatların farklı membran modellerindeki antioksidan özelliklerinin farklı uzaysal konformasyonlarına ve moleküldeki yan zincir uzunluğuna bağlı olduğunu ortaya koymuştur.

• Fosfolipid bariyerlerine bağlanma kapasitesi ve fenol halkası moleküllerin radikal süpürücü etkileri (antioksidan) etkisini belirlemektedir.

KimyaKongreleri.org


C8 türevlerinin (2 ve 3) moleküler modelleme çalışmaları, moleküllerin konformasyonunun ve membran/hücre yüzeyinde bulunan fosfolipidlere bağlanma kapasitesilerini sağlayan van der waals güçlerinin bileşiklerin antioksidan aktivitesinde önemli olduğu gösterilmiştir. Düz konformasyondaki C8 bileşiklerinde etil grubunun sterik engel oluşturması, lipid bağlanma yörelerine molekülün ulaşımını güçleştirmektedir.

KimyaKongreleri.org


Bileşik 4 (12 C’lu)’ün bileşik 2 ile benzer konformasyona (daha geniş ve esnek lipofilik yan zincire) sahip olduğunu göstermiştir. Bileşik 5 (16 C’lu), çatısını oluşturan zincir tamamen aromatik halkaya doğru bükülmüştür. Bileşik 5’in bu yapılanmadan dolayı fosfolipidlerle etkileşimi daha azdır. Bileşik 4’ün, fosfolipid bağlanma yöresine etkileşiminin daha iyi olduğu saptanmıştır. Bileşik 2 ve 5’e göre daha iyi bir aktiviteye sahip olması fosfolipidlerle etkileşiminin daha iyi olması ile açıklanmaktadır. KimyaKongreleri.org


Moleküler modelleme çalışmaları göstermiştir ki: 1- Ferulatların yan zincir uzunluğu biyolojik aktivite göstermesi için ön gereksinimdir. 12 C uzunluğundaki yan zincirin optimum aktivite için gerekli olduğu saptanmıştır. 2- Fosfolipid bariyeri için molekül çatısının kimyasal yapısı önemlidir. Fenol çekirdeği biyolojik aktivite için önemlidir. 3- Bileşiklerin konformasyonun fosfolipid bariyeri ile etkileşim ve biyolojik aktivite için önemli olduğu saptanmıştır.

KimyaKongreleri.org


Sulfo-karrabinoz Tasarımı, Şeker içeren kozmetik içerikler ve anti-selülit özellikleri

Klinik çalışmalar da %3 sülfo-karrabinoz içeren kozmetik bileşenin bir aylık bir tedavi sonucunda selülit görüntülerinin azaldığını göstermiştir. Bu sonuç %3 kafein içeren ve üç aylık kullanılan kozmetik üründen daha iyi sonuç vermiştir. Ayrıca, kafein-sülfo karrabinoz kombinasyonu ile kafeinle elde edilen sonuçtan daha iyi sonuç elde edilmiştir. Bu çalışmada Turbo-Frodo moleküler modelleme programı kullanılarak spermidin ve çeşitli sülfatlanmış disakkaritler arasındaki potansiyel etkileşimler incelenmiştir.

Orijinal moleküler modelleme çalışmaları sonucunda en iyi etkileşimi olduğu belirlenen yeni bir kozmetik maddesi olan sülfo-karrabinozun in vivo ve in vitro etkinliğini belirlemek amaçlanmıştır. Tubo moleküler modelleme sonuçları ile in vitro sonuçların uyumlu olduğu saptanmıştır.

Protein bilgi bankasında yer alan kristallaografik ve NMR datalarından yararlanarak Turbo-Frodo programı ile üç boyutlu yapı, van der waals yüzeyleri, moleküller arasındaki elektrostatik güçler görsel olarak program kullanıcılarına sunulmuştur.

KimyaKongreleri.org


Şekil: Sülfo-karrabinoz ve spermidin arasındaki etkileşimin moleküler. (A) spermidin, (B) sulfo-karrabinoz (C) bir spermidine ve bir sulfo-karrabinoz molekülleri rasındaki etkileşimler, (D) bir spermidine ve üç sülfo-karrabinoz molekülü arasındaki etkileşimler.

A B

C D

Şekil bir spermidin molekülü bir sülfo-karrabinoz molekülü ile etkileştiği zaman, iki molekül arasında 4 hidrojen bağı oluştuğunu göstermektedir. 1:3 oranında stokiyometri ile, spermidin üç sülfo-karrabinoz molekülünün tam olarak kalbine hapsedilmektedir. Bütün protonlanmış gruplar sülfo-karrabinoz ile elektrostatik etkileşimler meydana getirmektedir.

Turbo programından ve in vitro çalışmalardan elde edilen sonuçlar, sülfokarabinozun spermin’i hapsettiği ve inaktive ettiği ve ayrıca da spermidin’in DNA’yı çökeltmesini önleme kabiliyetine sahip olduğunu göstermiştir. Buna ilaveten sülfo-karrabinoz analoğu olan neokarabinoz’un bu şekilde spermin ve spermidin’i hapsetme ve inhibe etme kabiliyetine sahip olmadığı gösterilmiştir.

KimyaKongreleri.org


Kozmetikler için deriden geçen taşıyıcı ve yağ tabakasını geçen dermal sistemlerin moleküler modelleme çalışmaları

Deri tabakasından difüzyon mekanizmasını açıklamak üzere fiziksel gözlemlerle ilişkili ve atomik düzeydeki bilgisayar metodların nasıl kullanıldığı ile ilgili çalışma yapılmıştır. Lipid kompleks sistemlerin moleküler davranışlarını belirlemek üzere literatürde yer alan fizikokimyasal parametrelerden yararlanılmıştır. Moleküllerin enerjisini etkileyen sistemlerdeki herbir molekülün hareketi klasik smilasyon tekniklerinden moleküler mekaniks (MM) kullanılarak belirlenmiştir. Moleküllerin lipid membranlardan geçişini incelemek üzere moleküler dinamik (MD) smilasyonlardan moleküllerin zincir düzenleri, serbest dağılım hacmi, polaritesi ve şekillerini belirlemek üzere yararlanılmıştır.

Deneysel Deriden stratum corneum örneği alınır veya sentetik

bir sistem yaratılır

Örnekler analiz edilir ve geçirgenlik veya taşıyıcı

sistemlere uygulanır

Yağ tabakası için fiziksel parametreler elde edilir

Yapı-etki ilişkisi kütüphanesine geçişini

geliştirmek

Bilgisayar Çeşitli oranlarda stratum korneum

bariyerlerini deneysel verilerden yararlanarak model oluşturmak

Model sistemlerinin eşdeğeri yaratılır ve geçirgenliği sağlayan

parametreler modele tanıtılır

Moleküler dinamik çalışmalar

Gözlemsel ve bilgisayar parametreleri arasındaki

ilişkinin gözlenmesi

Lipid tabakadan geçişi artıran ilişkileri atomik seviyede model eden yöntemlerin geliştirilmesi

KimyaKongreleri.org


QSAR-QUANTITATIVE STRUCTURE ACTIVITY RELATIONSHIPS KANTİTATİF YAPI-ETKİ İLİŞKİLERİ

QSAR, ilaç aktivitesini tahmin etmeye yarayan matematiksel modelleri ve fiziksel özellikleri tanımlayan parametreleri de kullanarak bileşiklerin biyolojik aktivitelerini irdeleyen bir yöntemdir.

PLS, SVM, NN, K-means, COMFA, COMSIA, birçok yöntem kullanılır.

Uygulama alanları: 1) Sınıflandırma

2) İlaçların etki mekanizmalarının saptanması

B.A. = 0.94 logP + 0.87, r = 0.97, n = 51

3) Yapısal bener serilerde ilaç etkisini belirlemek

4) Öncü bileşiğin optimizasyonu

KimyaKongreleri.org


Kozmetikte QSAR Kullanımı

1- Kozmetik moleküllerin toksik etkilerini incelemede 2-İn vitro biyolojik etki tayin metodlarıyla istatistiksel tahmin metodları arasındaki ilişkileri incelemede 3-İn vitro biyolojik test sonuçları ile kozmetik moleküllerin yapıları arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesinde kullanılır.

KimyaKongreleri.org


Sıçanlarda fragrance (güzel koku) materyallerinin oral akut toksisite ve sitotoksik aktivitesinin kantitatif yapı-etki ilişkilerinin modelleme çalışmaları

Güzel koku materyalleri insanlarda astma, allerji, başağrısı gibi toksik etkilere sahiptir. QSAR ile bu bileşiklerin toksikolojik ve çevresel faktörleri karekterize etmede kullanılmıştır En küçük kareler regresyon temelli QSAR modeli kullanılarak farelerde LD50, NADH-oksidaz’ın inhibisyonu, mitokondriyal membranlara potansiyel etkiler hesaplanmıştır ve iteratürde kayıtlı 39 bileşiğin deneysel toksikolojik sonuçları kullanılmıştır. Terpen ve sinnamik asit yapısında 79 koku materyali bileşik çalışılmıştır. Bileşiklerin farklı toksikolojik göstergelerinin sıçanlarda ölçülen değerlerinden yararlanarak geçerli QSAR modelleri geliştirmektir.

Bileşik Adı Log 1/LD50 M/kg

Log EC50 NADH, mM

Log EC50, Mitokondriyal membranlara etki

Acetyl cedren 1.75 4.10 0.79

AHTN 1.89 0.27 0.7

Allil sinnamat 1.32 1.48 2.11

Allil sinnamat 1.53 1.17 1.9 KimyaKongreleri.org


Kemometrik Metodlar MLR (çoklu regresyon analizi) ve sıradan kareler yöntemi (OLS) metodlarını uygulayan DRAGON software’I kullanılmıştır. Teorik moleküler tanımlayıcılar DRAGON yazılım programı kullanılarak hesaplanmıştır. Koku materyallerine ait olan ve çalışılan değerler farklı kimyasal sınıflardan esterler, alkoller, ketonlar, eterler ve aldehitler (linalol, sinnamik asit, salisilik asit ve terpenler)’den seçilmiştir. Toplam 1297 bir-boyutlu (1D), iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) tanımlayıcılar hesaplanmıştır. Değişken olmayan değerler ve tanımlayıcılar ikili çiftler halinde birbiri ile ilişkili ve korelasyon katsayısı r2=0.98 den büyük bulunmuştur. Bu metod sonucunda dragon tanımlayıcı havuzundaki orjinal tanımlayıcıların sayısı 459’a azalmıştır. Kuantum mekanik tanımlayıcılar; moleküler orbitali yüksek derecede işgal eden (HOMO), moleküler orbitali düşük derecede işgal eden (LUMO), ve iyonizasyon potansiyeli (P iyon) yarı-deneysel AM1 hamiltonian ile geometrik optimizasyonu belirlemek üzere HYPERCHEM programı kullanılarak hesaplamalar yapılmıştır.

KimyaKongreleri.org


Bütün regresyon modelleri kullanılarak , çapraz validasyon maksimum değeri Q2 ayrılan-bir -dışta kalan (LOO) geliştirilmiştir. Modellerin sağlamlığını ve üretkenliği bootstrap (ayak izi) metodu uygulanarak ve Q2 boot hesaplanarak değerlendirilmiştir. Y-scrambling (Y-karışıklık) korelasyon şansının olasılığını dışta tutmak için Q2 src hesaplara uygulanmıştır. Modeller, orjinal deneysel değer setlerinin önceden ayrılarak denenmesi ve tahmini yoluyla valide edilmiştir. İki deneysel tasarım yaklaşımı kullanılmıştır: 1- Self-orginizing map (SOM)- Kohonen artificial neural network (K-ANN), KOALA programı kullanılarak hesaplanmıştır. Bu yaklaşımla kimyasal yapı kümelerinden elde edilen ve merkeze en yakın olanlar belirlenmiştir. 2-Aktivite örneklemesinden rastgele seçim; kimyasallar özelliklerinden kaynaklanan toksikolojik değerlerine göre sıralanmışlardır. Modellerinin stabilitesini araştırmak için artık ortalama hatalarının karesi (residual mean squared errors) değerleri, deneme (RMSET) ve tahmin (RMSEP) kümeleri için hesaplanmıştır.

KimyaKongreleri.org


Eşitlik 1: Farelerde akut toksisite Log 1/LD50 = 1.75 + 0.07 H-047-0.42 nR=Cs n = 23, R2 = 89.0%, Q2LOO = 86.2%, Q2 boot = 81.0, Q2 src = -24.9%, RMSE = 0.20

Eşitlik 2: Sıçanlarda NADH-oksidaz’ın inhibisyonu Log EC50 NADH-Ox = 3.20 – 0.23nC + 30.95R 5u+ n = 20, R2 = 85.8%, Q2LOO = 82.4%, Q2 boot = 76.6, Q2 src = -25.20%, RMSE = 0.32

Eşitlik 3: Sıçanlarda mitokondriyal membran potansiyelinin inhibisyonu Log EC50 ΔΨm = 5.79 – 1.48ATS4v - 0.65 MATS2m n = 15, R2 = 91.7%, Q2LOO = 86.4%, Q2 boot = 83.9, Q2 src = -62.11%, RMSE = 0.14

KimyaKongreleri.org


Deneme objeleri

Tahmini objeleri

Değiş kenler

R2

Q2 Q2

boot

Q2ext

RMSET RMSEP

Log 1/LD50 13(random) 15 (SOM)

10 8

Y=1.67+0.07H-047-0.45 nR=Cs Y=1.7+0.07H-047-0.42 nR=Cs

91.4 88.8

86.2 83.4

80.5 72.2

73.4 90.2

0.27 0.27

0.23 0.19

Log EC50 NADH-Ox

16(random) 16 (SOM)

4 4

Y=3.46+0.24nC+27.70 R5u + Y=3.79+0.25nC+26.11 R5u +

84.4 86.5

79.7 81.8

73.3 77.8

89.1 80.8

0.32 0.29

0.32 0.44

Log EC50 ΔΨm

12(random) 13 (SOM)

3 2

Y=5.85-1.50ATS4v-0.64vMATS2m Y=5.83-1.50ATS4v-0.63vMATS2m

90.3 90.9

84.3 85.8

74.0 78.8

98.2 97.3

0.2 0.06

0.19 0.08

Bütün altküme çeşitliliklerinden oluşturulan tanımlayıcıların en iyi kombinasyonları ile geliştirilen ayırım metodlarının istatistiksel performans göstergeleri

KimyaKongreleri.org


SONUÇ: LD50, NADH-oksidaz’ın inhibisyonu, mitokondriyal membranlara potansiyel etkileri belirlenen 79 molekülden 30 tanesinin orta veya yüksek toksisite değerlerine sahip olduğu bulunmuştur. QSAR modelleri, 79 adet bu bileşiklerin mitokondriyal NADH-oksidaz ve mitokondriyal membran’ın depolarizasyonu ile %80 ilişkide olduğunu göstermiştir. Farelerde oral akut toksisite ile ilişkisi olmasına rağmen, 30 bileşiğin sıçanlarda daima toksik etkisi olma ihtimali olduğu bulunmuştur.

KimyaKongreleri.org


Mevcut In Slico Yaklaşımların

kullanımları zordur-Transparan olmayan

ve tescilli olan

Kozmetik ingerdientlere

ait verilerin yetersizliği Uygun

olmayan QSAR

modelleri

Hedef organa yönelik dozun

hesaplanamaması

In vitro-In vivo hesaplama

yöntemlerinin sınırlı olaması

Toksikolojik testlerin

kozmetikler için geliştirilmemesi

Halka ait veri yokluğu

İNSANLARDA KOZMETİK ETKİN MADDELERİN EMNİYETİNİN DEĞERLENDİRMESİNE ENGEL

UNSURLAR

2013 yılında yeniden düzenlenen Avrupa birliğinin kozmetik düzenlemeleri kozmetik aktif maddelerin hayvanlarda kronik toksisite testlerinin yapılması ile ilgilidir. Hayvan testlerine karşı geliştirilen önemli bir alternatif bilgisayar modelleri kullanmaktır. Bu programlar doğrudan kimyasal yapıdan hareketle toksisitelerini belirleyebilmektedir. Hedef organdaki kimyasalın konsantrasyonunu tahmin etmektedir. QSAR, toksikolojinin birçok alanında kullanılmaktadır.

KimyaKongreleri.org


Kozmetiklerin geliştirilme süreçleri ilaç etkin maddeleri ile aynıdır. Bilgisayar destekli programlar kozmetik etkin maddde tasarımı için de kullanılmaktadır. Cosmos adlı program avrupa birliği tarafından geliştirilen ve insanların kullanımı için hayvan modellerine gereksinim duyulmadan emniyetli bir şekilde kosmetik etkin maddelerinin test edilerek etkinliklerinin ve toksik etkilerinin belirlenmesinde kullanılan bir yöntemdir.

KimyaKongreleri.org


• COSMOS programı uygulanan yolaklardan gelişmiş çıktıların alınmasını ve daha da gelişimlerini destekler.

• Cosmos kemoinformatik yöntemlerini kullanarak etkili olabilecek kozmetik moleküllerden ya da molekül grupları hakkında bilgi edinilmesini sağlar. Etki mekanizmalarının anlaşılabilmesi için Tablo ’da yer alan metodlar uygulanır Örn: Protein / DNA kovalen bağlanma mekanizması, hepatoksisiste, proteine bağlanma / biyokinetik mekanizmalar belirlenir.

Toksikler Makro-

moleküler

etkileşimler

Hücresel

cevaplar

organ

cevapları

Organizmanın

cevapları

Popülasyonların

cevabı

Kimyasal özellikleri

Reseptör / ligand

etkileşimleri

DNA’ya

bağlanma

Protein oksidasyonu

Gen

aktivasyonu,

Protein

üretimi,

Sinyal

yükseltilmesi.

Fizyoloji

geliştirme,

Hemostazı

önleme

Doku gelişim

fonksiyonlarını

artırma,

Ölüm

Çapraz gelişim

Çapraz üretim

İyileşme

Neslin tükenmesi

KimyaKongreleri.org


• Literatürden yeni toksikolojik dataların toplanması için yeni kaynaklar

yaratmak • Bilinen kozmetik aktif maddelerinin inventörünü yapmak ve kimyasal

yapıları sınıflandırmak • İnsanda tekrarlanan uç noktadaki toksik etkileri için toksikolojik ilgiyi

kuran grafikler oluşturmak • Sınıflandırılanlardan yararlanarak yenilikçi stratejiler geliştirmek,

belirlenen toksisiteler için çapraz okumalar ve grupladırmalar yapmak ve eğer mümkünse zıt etkileşim (adverse) çıktılarını oluşturan yolaklarla ilgisini göstermek

• In vitro, in slico modellerde kinetik ve proteine bağlanma modellerini oluşturmak ve insanda uzun süreli toksisite ve hedef organ konsantrasyonlarını tanımlayan diğer uygun dataları oluşturmak

• Knime teknolojisi kullanılarak oluşturulan esnek ve adapte edilebilen in slico iş akışını oluşturmada açık modelleme yaklaşımlarına ve kaynaklara ulaşılmayı sağlar

COSMOS projesi:

KimyaKongreleri.org


TEŞEKKÜRLER

KimyaKongreleri.org


Documents

Kozmetik Moleküllerin Akılcı Tasarımıkimyakongreleri.org/K2014/4kozmetik-s007.pdf · •9) Siklohekzil karbamat •10) Hyaluronik asit türevleri KimyaKongreleri.org 4. Kozmetik