การประเมินประสิทธิภาพการกระตุ้นคอลลาเจน ชนิดที่ 3 โดยใช้แบบจำลองผิวหนังมนุษย์นอกร่างกาย (Ex-Vivo Human Skin Models)
การพัฒนาผลิตภัณฑ์ดูแลผิวที่มีเป้าหมายเพื่อชะลอวัย จำเป็นต้องอาศัยการประเมินประสิทธิภาพที่น่าเชื่อถือ คอลลาเจนชนิดที่ 3 เป็นโปรตีนโครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญต่อความยืดหยุ่นของผิวหนัง ซึ่งปริมาณจะลดลงตามอายุและผลกระทบจากปัจจัยภายนอก การส่งเสริมการสังเคราะห์คอลลาเจนชนิดนี้จึงเป็นกลไกหนึ่งที่น่าสนใจในการพัฒนาผลิตภัณฑ์
เพื่อทดสอบประสิทธิภาพในด้านนี้ แบบจำลองผิวหนังมนุษย์นอกร่างกาย (Ex-Vivo Human Skin Models) ซึ่งใช้ชิ้นส่วนผิวหนังมนุษย์จริงเพาะเลี้ยงในสภาวะควบคุม เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ เนื่องจากแบบจำลองนี้รักษาโครงสร้างสามมิติและความซับซ้อนทางสรีรวิทยาของผิวหนังไว้ได้ดีกว่าแบบจำลอง in vitro ทำให้สามารถประเมินผลกระทบของสารทดสอบต่อการแสดงออกหรือการสังเคราะห์คอลลาเจนชนิดที่ 3 ในสภาวะแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับผิวหนังมนุษย์จริงได้มากขึ้น ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบนี้จึงเป็นหลักฐานสนับสนุนที่สำคัญสำหรับยืนยันประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์
คอลลาเจนชนิดที่ 3 (Collagen Type III) คืออะไร?
คอลลาเจนชนิดที่ 3 เป็นโปรตีนโครงสร้างที่สำคัญ จัดอยู่ในกลุ่มคอลลาเจนชนิดเส้นใย (Fibrillar collagen) และเป็นคอลลาเจนที่พบมากเป็นอันดับสองในร่างกายมนุษย์รองจากคอลลาเจนชนิดที่ 1 โดยคิดเป็นประมาณ 5-20% ของปริมาณคอลลาเจนทั้งหมดในร่างกาย และประมาณ 8-15% ของคอลลาเจนในผิวหนัง
โครงสร้างโมเลกุลของคอลลาเจนชนิดที่ 3 ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์ที่เหมือนกัน 3 สาย (เรียกว่า alpha-1 chain) ซึ่งถูกสร้างจากยีน COL3A1 พันกันเป็นเกลียวสามเส้น (Triple helix) คอลลาเจนชนิดนี้มักพบอยู่ร่วมกับคอลลาเจนชนิดที่ 1 ในเนื้อเยื่อต่างๆ และมักสร้างเส้นใยร่างแห (Reticular fibers) ที่ละเอียดกว่า
หน้าที่และความสำคัญของคอลลาเจนชนิดที่ 3:
1.โครงสร้างและความยืดหยุ่น: เป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักในอวัยวะกลวง เช่น หลอดเลือดขนาดใหญ่ มดลูก และลำไส้ รวมถึงผิวหนัง ปอด และหัวใจ มีบทบาทสำคัญในการให้ความยืดหยุ่นแก่เนื้อเยื่อเหล่านี้ ทำให้สามารถยืดและหดตัวได้ โดยสร้างเครือข่ายที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถเก็บพลังงานจลน์ได้
2.การสมานแผล: มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในระยะแรกของการสมานแผล ร่างกายจะสร้างคอลลาเจนชนิดที่ 3 ขึ้นมาก่อนในบริเวณแผล จากนั้นจึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยคอลลาเจนชนิดที่ 1 ซึ่งแข็งแรงกว่า
3.การควบคุมขนาดเส้นใยคอลลาเจน: ช่วยควบคุมขนาดและการจัดเรียงตัวของเส้นใยคอลลาเจนชนิดที่ 1 ให้เหมาะสม ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างโครงสร้างเนื้อเยื่อที่ถูกต้อง
4.การแข็งตัวของเลือด: มีส่วนช่วยในการรวมตัวของเกล็ดเลือด ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการแข็งตัวของเลือด
5.ความสัมพันธ์กับความอ่อนเยาว์: ระดับคอลลาเจนชนิดที่ 3 ในผิวหนังจะลดลงตามอายุ ซึ่งสัมพันธ์กับการลดลงของความยืดหยุ่นและการเกิดริ้วรอย ผิวของทารกในครรภ์มีสัดส่วนของคอลลาเจนชนิดที่ 3 สูงกว่าผิวผู้ใหญ่มาก
ความสำคัญทางชีวภาพของคอลลาเจน ชนิดที่ 3 (Collagen Type III) ในผิวหนังมนุษย์
ผิวหนังมนุษย์เป็นอวัยวะที่ซับซ้อน ประกอบด้วยชั้นต่างๆ และ Extracellular Matrix – ECM ซึ่งทำหน้าที่สำคัญในการรักษาโครงสร้างและความยืดหยุ่นของผิว ECM ประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิด โดยมีคอลลาเจนเป็นส่วนประกอบหลัก คิดเป็นประมาณ 75% ของมวลผิวหนังทั้งหมด คอลลาเจนชนิดที่ 1 (Collagen Type I) เป็นชนิดที่พบมากที่สุดในชั้นหนังแท้ (Dermis) และมีบทบาทสำคัญในการให้ความแข็งแรงเชิงกล ควบคู่ไปกับคอลลาเจนชนิดที่ 1 คือ คอลลาเจนชนิดที่ 3 (Collagen Type III) ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับผิวที่อ่อนเยาว์ กระบวนการสมานแผล (โดยการสร้างเส้นใยร่างแห – reticular fibers) และช่วยให้ผิวหนังมีความยืดหยุ่นและความอ่อนนุ่ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชั้นหนังแท้ส่วนบน (Papillary dermis)
กระบวนการชราภาพของผิวหนัง ทั้งที่เกิดจากปัจจัยภายใน (Intrinsic aging) เช่น อายุ พันธุกรรม และฮอร์โมน และปัจจัยภายนอก (Extrinsic aging) เช่น การสัมผัสรังสียูวีและมลภาวะ ล้วนส่งผลให้เกิดการเสื่อมสลายของคอลลาเจนและอิลาสตินใน ECM การลดลงของคอลลาเจนเหล่านี้ โดยเฉพาะคอลลาเจนชนิดที่ 1 และ 3 นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตเห็นได้ เช่น ริ้วรอย ความหย่อนคล้อย และการเปลี่ยนแปลงของเนื้อผิว นอกจากนี้ มลภาวะ โดยเฉพาะฝุ่นละอองขนาดเล็ก (Particulate Matter – PM) ยังสามารถกระตุ้นเอนไซม์ Matrix Metalloproteinases (MMPs) โดยเฉพาะ MMP-1 ซึ่งเร่งการสลายคอลลาเจน ทำให้เกิดริ้วรอยก่อนวัยและลดความยืดหยุ่นของผิว 4 ดังนั้น การกระตุ้นการสังเคราะห์คอลลาเจน โดยเฉพาะคอลลาเจนชนิดที่ 3 จึงเป็นเป้าหมายสำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์และวิธีการรักษาเพื่อชะลอวัยและฟื้นฟูสภาพผิว
แบบจำลองผิวหนังมนุษย์นอกร่างกาย (Ex-Vivo Human Skin Models) สำหรับการทดสอบประสิทธิภาพ (Efficacy Testing)
ข้อได้เปรียบหลักของแบบจำลอง Ex-Vivo เมื่อเทียบกับแบบจำลอง in vitro คือความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยาที่สูงกว่ามาก เนื่องจากแบบจำลอง Ex-Vivo รักษาโครงสร้างสามมิติและความหลากหลายของเซลล์ในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ ต่างจากเซลล์เพาะเลี้ยงที่ขาดสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนและปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และเมทริกซ์ที่พบในเนื้อเยื่อจริง เมื่อเปรียบเทียบกับแบบจำลอง in vivo ในสัตว์ทดลอง แบบจำลอง Ex-Vivo ใช้ผิวหนังมนุษย์โดยตรง จึงสามารถสะท้อนการตอบสนองของผิวหนังมนุษย์ต่อสารต่างๆ ได้แม่นยำกว่า และช่วยลดข้อกังวลด้านจริยธรรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้สัตว์ทดลองได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ สภาพแวดล้อมการทดลองยังสามารถควบคุมได้ดีกว่า in vivo ทำให้สามารถศึกษาผลกระทบของตัวแปรเฉพาะได้อย่างแม่นยำ
การประเมินประสิทธิภาพการกระตุ้นคอลลาเจนชนิดที่ 3: ตัวอย่างที่เหมาะสม
คอลลาเจนชนิดที่ 3 เป็นคอลลาเจนอีกชนิดที่มีความสำคัญในผิวหนัง โดยมักพบร่วมกับคอลลาเจนชนิดที่ 1 และมีบทบาทในการให้ความยืดหยุ่นและความนุ่มผิว มักพบในปริมาณสูงในผิวเด็กและในช่วงการซ่อมแซมบาดแผล การลดลงของคอลลาเจนชนิดที่ 3 เมื่ออายุมากขึ้นส่งผลให้ผิวสูญเสียความยืดหยุ่นและปรากฏริ้วรอย การกระตุ้นการสร้างคอลลาเจนชนิดที่ 3 จึงเป็นอีกแนวทางในการฟื้นฟูสภาพผิวให้ดูอ่อนเยาว์และเรียบเนียน
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ สารออกฤทธิ์ และยา (สำหรับใช้ภายนอก) ที่เหมาะสมกับการทดสอบนี้:
1.ผลิตภัณฑ์ (Products):
- ผลิตภัณฑ์ลดเลือนริ้วรอย
- ผลิตภัณฑ์สำหรับดูแลผิวหลังการทำหัตถการบางชนิด: เพื่อส่งเสริมกระบวนการซ่อมแซมผิวตามธรรมชาติ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างคอลลาเจนชนิดที่ 3
2.สารออกฤทธิ์ (Active Ingredients):
- เปปไทด์ (Peptides): บางชนิดอาจมีเป้าหมายเฉพาะเจาะจงในการกระตุ้นการสร้างคอลลาเจนชนิดที่ 3 นอกเหนือจากชนิดที่ 1
- Growth Factors และ Cytokines บางชนิด: ที่มีบทบาทในกระบวนการซ่อมแซมเนื้อเยื่อและการสังเคราะห์คอลลาเจนในผิว
- สารสกัดจากพืชบางชนิด: งานวิจัยบางส่วนชี้ว่าสารสกัดจากพืชเขตร้อนบางชนิดอาจมีฤทธิ์กระตุ้นการสร้างคอลลาเจนหลายชนิด รวมถึงชนิดที่ 3
- สารอื่นๆ ที่ช่วยส่งเสริมการซ่อมแซมผิว: สารที่มีคุณสมบัติลดการอักเสบหรือกระตุ้นการทำงานของไฟโบรบลาสต์โดยรวม
3.ยาใช้ภายนอก (Topical Medicine):
- ยาที่ใช้ในกระบวนการสมานแผล: การสร้างคอลลาเจนชนิดที่ 3 เป็นขั้นตอนสำคัญในการซ่อมแซมบาดแผล ยาที่ช่วยเร่งกระบวนการนี้อาจถูกประเมินด้วยวิธีนี้
Literature:
- Dams, S. D., de Liefde-van Beest, M., Nuijs, A. M., Oomens, C. W. J., & Baaijens, F. P. T. (2011). Heat shocks enhance procollagen type I and III expression in fibroblasts in ex vivo human skin. Skin Research and Technology, 17(2), 167-173.
- Singh, D., Rai, V., & Agrawal, D. K. (2023). Regulation of Collagen I and Collagen III in Tissue Injury and Regeneration. Cardiovascular Medicine, 20(7), 5-16.
- Wang, C., Brisson, B. K., Terajima, M., Li, Q., Hoxha, K., Han, B., Goldberg, A. M., Liu, X. S., Marcolongo, M. S., Enomoto-Iwamoto, M., Yamauchi, M., Volk, S. W., & Han, L. (2019). Type III Collagen is a Key Regulator of the Collagen Fibrillar Structure and Biomechanics of Articular Cartilage and Meniscus. Matrix Biology, 85-86, 47-67.
- Mussi, L., Santiago, M. B. M., Padovani, G., Jesus, S. M., Makishi, G. L. A., Camargo Jr, F. B., & Magalhães, W. V. (2024). Antiaging Synergistic Effect of Vitamins C, A, and E Topical Organogel Formulation: Clinical and ex vivo Assessments Results. JOJ Dermatology & Cosmetics, 6(2), 555686.