Objectives: This work aimed to design, synthesize and characterize replacement natural moisturizing factor (NMF) composed of modified hygroscopic linear amino acids to pre-empt or repair skin barrier dysfunction.
Methods: Following synthesis and characterization, thermo-gravimetric analysis and quantum mechanics molecular modelling quantified and depicted water binding to the new compounds. Deliquescence relative humidity demonstrated the water-scavenging ability of the compounds, whereas snake skin moisturizing studies showed they increased water uptake into snake skin.
Results: From thermal analysis, N-hydroxyglycine showed greatest water-holding capacity followed by N-hydroxyserine, l-homoserine and α-hydroxyglycine; coupled with quantum mechanics molecular modelling, between 8 and 12 molecules of water could associate with each molecule of either N-hydroxyglycine, N-hydroxyserine or l-homoserine. All of our modified amino acids were efficacious and induced similar or greater water uptake compared with the established moisturizing compounds hyaluronic acid, glycerine and urea in snake skin. Incorporated at 10% in Oilatum, N-hydroxyserine induced >200% greater moisture uptake into dry snake skin compared to treatment with water alone, with efficacy related to the molecule structure and ability to bind to 12 water molecules. Oilatum cream spiked with all our unnatural amino acid hydrotropes increased water uptake into snake skin compared with Oilatum alone. The compound series was designed to elucidate some structure - efficacy relationships. Amino acid chirality did not affect the water-holding capacity but did affect uptake into skin. Compounds with high melting points and bond energies tended to decrease water-holding capacity. With isosteric replacement, the more electronegative atoms gave greater water-holding capacities.
Conclusions: This work demonstrates the potential of unnatural amino acid hydrotropes as skin moisturizers and has developed some predictive 'rules' for further design and refinement of chemical structures.
Objectifs:
Ce travail vise à concevoir, synthétiser et 0 caractériser le remplacement du Natural Moisturising Factor (
Methode: Après la synthèse et la caractérisation, l'analyse thermo‐gravimétrique et la modélisation par la mécanique quantique moléculaire permettent de quantifier et représenter les nouveaux composés liés à l'eau. A humidité relative on démontre la capacité des composés piégeant l'eau, tandis que les études d'hydratation de la peau de serpent ont montré qu'ils ont augmenté l'absorption de l'eau dans la peau de serpent.
Résultats:
De l'analyse thermique, la N‐hydroxyglycine a montré la plus grande capacité de rétention d'eau suivie de N‐hydroxyserine,
La série des composés a été conçue pour élucider certaines relations structure ‐ efficacité. La chiralité des acides aminés n'a pas affecté la capacité de rétention d'eau, mais a affecté l'absorption dans la peau. Les composés ayant des points de fusion et des énergies de liaison ont tendance à diminuer la capacité de rétention d'eau. Avec le remplacement isostérique, les atomes plus électronégatifs ont donné une plus grande capacité de rétention d'eau.
Conclusions: Ce travail démontre le potentiel des acides aminés non naturels hydrotropes comme hydratants pour la peau et a développé des «règles» de prédiction pour poursuivre la conception et l'amélioration des structures chimiques.
Keywords: chemical synthesis; deliquescence relative humidity; delivery; hygroscopic; natural moisturizing factor; skin barrier.
© 2016 The Authors. International Journal of Cosmetic Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Cosmetic Scientists and Société Française de Cosmétologie.