Development of new strategies to model the shape of hair from the follicle
| Autor(a) principal: | |
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| Data de Publicação: | 2021 |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1822/75436 |
Resumo: | Tese de doutoramento em Engenharia Química e Biológica |
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Development of new strategies to model the shape of hair from the follicleDesenvolvimento de novas estratégias para modelar a forma do cabelo a partir do folículoBolbo capilarFibra capilarTipos de cabeloCosméticos capilaresPenetração folicularIngredientes bioativosEnsaio clínico com intervenção de cosméticosHair bulbHair fiberHair shapeHair cosmeticsFollicular penetrationBioactive ingredientsClinical trial with intervention of cosmeticsEngenharia e Tecnologia::Engenharia QuímicaTese de doutoramento em Engenharia Química e BiológicaA forma do cabelo é uma característica indissociável da nossa imagem com grande impacto individual e social. Consequentemente, o desenvolvimento de produtos ou procedimentos para modelar a forma do cabelo tem sido um foco importante na indústria capilar. Como os processos físico-químicos atuais de modelação são potencialmente prejudiciais às suas fibras e couro cabeludo, existe um crescente interesse em novas abordagens que impliquem menos efeitos adversos. Uma compreensão mais profunda da biologia do folículo, juntamente com o desenvolvimento de melhores formulações serão essenciais para desenvolver novos cosméticos moduladores da forma do cabelo melhores e mais seguros. Assim, esta tese de doutoramento propõe, como objetivo principal, explorar uma nova abordagem para alteração da forma do cabelo: aplicação tópica no couro cabeludo de compostos que induzem, enquanto aplicados, o folículo a produzir uma fibra com forma diferente da natural. A produção deste biomaterial tão complexo (a fibra capilar) e o mecanismo pelo qual a sua curvatura é determinada é um tema que permanece ainda pouco esclarecido. No entanto, já está estabelecido que a forma do cabelo é determinada no folículo, especificamente no bolbo, como resultado direto da organização de diversos elementos estruturais que o compõem. O folículo é também reconhecido como um alvo privilegiado para sistemas de entrega de substâncias aplicadas topicamente. Para qualquer abordagem envolvendo fornecimento exógeno de um composto bioativo que vise modificar uma função biológica executada no bolbo, é essencial determinar qual ou quais os sistemas de entrega mais eficientes para alcançar a região desejada. Desta forma, um novo sistema de entrega de moléculas para o folículo, precisamente para a região do bolbo foi desenvolvido. Este sistema, apesar de ser menos complexo que outros sistemas particulados comuns, apresentou um desempenho igual, se não melhor, que os diferentes tipos de nanopartículas testados, atingindo o bolbo capilar. De seguida, fez-se uma triagem em larga escala de uma biblioteca de 1200 compostos, com perfil toxicológico bem definido e uma longa história de uso seguro em humanos, com o intuito de encontrar compostos capazes de alterar os níveis de expressão de determinados genes, previamente selecionados, em células primárias de uma camada específica dos folículos. Como resultado, 24 compostos foram escolhidos e validados, apresentando um efeito significativo na alteração dos níveis de expressão de vários genes potencialmente implicados na determinação da curvatura da fibra de cabelo. Assim, a formulação desenvolvida para entrega no bolbo e as melhores moléculas bioativas selecionadas foram acopladas para a realização de um estudo piloto in vivo da modelação da forma do cabelo. Neste ensaio clínico com intervenção de cosméticos, os cabelos de voluntários humanos, após aplicação tópica no couro cabeludo, durante cinco semanas, do Composto D ou do Composto F, cresceram mais lisos ou, se aplicado o Composto T ou o Composto X, cresceram mais encaracolados. Este efeito de alisar ou encaracolar foi mais percetível visualmente para os compostos D e X, respetivamente. Não foram observados efeitos adversos. Este trabalho contribui para um entendimento mais profundo sobre a determinação genética da forma do cabelo. As novas formulações moduladoras de aplicação tópica, aqui desenvolvidas, podem alterar a curvatura do cabelo humano de forma segura e eficiente, de dentro para fora. Foram, pois, criadas as condições para o desenvolvimento de procedimentos novos que constituem uma abordagem alternativa e inovadora para a modelação cosmética da forma do cabelo com eventual impacto comercial.Hair shape is a highly perceptible feature with great individual and social impacts. Accordingly, the development of products or procedures to modulate the hair shape has been a major focus for the haircare industry. Since the current physical/chemical processes to change hair shape are potentially harmful to hair fibers and scalp, there is a growing interest on new approaches without adverse effects. The deeper understanding of hair follicle biology together with the development of improved formulations will be essential to create better and safer hair shape modulating cosmetics. Thus, this thesis work proposes, as major objective, a new approach to achieve hair shape modulation: the topical delivery of bioactive compounds that induce the follicle to produce a fiber with a different shape as the hair grows out of the scalp skin. The production of the highly complex biomaterial - the hair fibre, by the follicle and how shape is established are topics that remain poorly clarified. However, it is already established that hair shape is determined in the hair follicle, specifically in the bulb, as a direct result of the organization of its various structural elements. The hair follicle is also recognized as a privileged target for topically delivery of substances. For the purpose of this work, it was of major importance to understand, among the existing follicular delivery systems, the best possible choice to reach the desired region within the follicle. In this way, a new delivery formulation for the hair follicle, more specifically for the bulb region, was developed. This delivery system, despite being less complex than other established systems, performed as well as if not better than nanoparticles concerning the maximum follicle depth reached. Then, a large-scale screening of a chemical library of 1200 compounds, with well-defined toxicological profile and a long history of safe usage in humans, was performed to search for molecules with the ability to alter the expression levels of selected genes using primary cells from a specific hair follicle layer. As result, 24 compounds were selected showing a significant effect on down- or up-regulation of the expression levels of genes, previously found to be associated with different shape phenotypes. These best inducers and inhibitors were further validated. Taking into consideration all the in vitro/ex vivo data generated, the new formulation and the best four validated bioactive molecules were coupled to perform an in vivo pilot study on hair shape modulation. In this clinical trial with intervention of cosmetics, the hair of human volunteers, after topical application to their scalps of Compound D or Compound F, grew straighter and grew curlier when Compound T or Compound X were applied. This straightening and curling effects were visually more perceptible for the Compound D and Compound X, respectively. No adverse effects were reported. This thesis work contributes to a better understanding on how shape is genetically determined. The new cosmetic formulations here developed changed, after their topical application during five weeks, the hair shape of human volunteers from the inside out. The foundations were here created for the development of innovative procedures to modulate hair shape with the potential to impact the cosmetic haircare market.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - SFRH/BD/139522/2018Cavaco-Paulo, ArturMatamá, Maria Teresa Gonçalves MacedoUniversidade do MinhoCosta, Cristiana Filipa Chaves2021-06-072021-06-07T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/75436eng101523009info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-05-11T06:14:22Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/75436Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openairemluisa.alvim@gmail.comopendoar:71602024-05-11T06:14:22Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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