Emollient structure and chemical functionality effects on the biomechanical function of human stratum corneum.

OBJECTIVE: Cosmetic emollients are widely used in skincare formulations due to their ability to 'soften' the skin and modulate formulation spreadability. Though emollients are commonly used, little is known about their effects on the biomechanical barrier properties of human stratum corneum (SC), which play a critical role in consumer perception of formulation efficacy. Accordingly, our objective was to provide new insights with a study involving fourteen cosmetic emollient molecules with widely varying structures, molecular weights, SC diffusivities, topological polar surface areas (TPSAs), viscosities and chemical functionalities. METHODS: Mechanical stress in the SC was measured in vitro using a substrate curvature measurement technique. Stress development due to SC drying was measured before and after topical treatment with cosmetic emollients. Emollient diffusivity and alterations to lipid content in SC after treatment were measured via ATR-FTIR spectroscopy. The maximum penetration volume of emollient in SC was characterized to elucidate mechanisms underlying emollient effects on stress. RESULTS: The application of all cosmetic emollients caused a reduction in SC mechanical stress under dehydrating conditions, and a linear correlation was discovered between emollient penetration volume and the degree of stress reduction. These molecules also induced increases in stress equilibration rate, signalling changes to SC transport kinetics. Stress equilibration rate increases linearly correlated with decreasing intensity of the νCH2 band, indicating a previously unknown interaction between cosmetic emollients and SC lipids. Stress and penetration volume results were rationalized in terms of a multi-parameter model including emollient molecular weight, diffusivity, TPSA and viscosity. CONCLUSION: We provide a new rational basis for understanding the effects of cosmetic emollient choice on biomechanical properties affecting SC barrier function and consumer perception. We demonstrate for the first time that emollients very likely reduce SC mechanical stress through their ability to take up volume when penetrating the SC, and how molecular weight, SC diffusivity, TPSA and viscosity are predictive of this ability. As cosmetic formulations continue to evolve to meet the needs of customers, emollient molecules can be selected that not only contribute to formulation texture and/or spreadability but that also leverage this novel connection between emollient penetration and SC biomechanics.

OBJECTIF: Les émollients cosmétiques sont largement utilisés dans les formulations de soins de la peau en raison de leur capacité à «adoucir¼ la peau et à moduler la capacité d'étalement de la formulation. Bien que les émollients soient couramment utilisés, on en sait peu sur leurs effets sur les propriétés de barrière biomécanique de la couche cornée humaine (SC), qui jouent un rôle essentiel dans la perception par les consommateurs de l'efficacité de la formulation. En conséquence, notre objectif était de fournir de nouvelles perspectives avec une étude impliquant quatorze molécules émollientes cosmétiques avec des structures, des poids moléculaires, des diffusivités SC, des surfaces polaires topologiques (TPSA), des viscosités et des fonctionnalités chimiques très variables. MÉTHODES: La contrainte mécanique dans le SC a été mesurée in vitro en utilisant une technique de mesure de la courbure du substrat. Le développement du stress dû au séchage SC a été mesuré avant et après un traitement topique avec des émollients cosmétiques. La diffusivité émolliente et les altérations de la teneur en lipides dans la SC après le traitement ont été mesurées par spectroscopie ATR-FTIR. Le volume de pénétration maximal de l'émollient dans SC a été caractérisé pour élucider les mécanismes sous-jacents aux effets émollients sur le stress. RÉSULTATS: L'application de tous les émollients cosmétiques a entraîné une réduction de la contrainte mécanique SC dans des conditions de déshydratation, et une corrélation linéaire a été découverte entre le volume de pénétration de l'émollient et le degré de réduction de la contrainte. Ces molécules ont également induit des augmentations du taux d'équilibrage des contraintes, signalant des changements dans la cinétique de transport SC. Le taux d'équilibrage des contraintes augmente linéairement en corrélation avec la diminution de l'intensité de la bande νCH2 , indiquant une interaction jusque-là inconnue entre les émollients cosmétiques et les lipides SC. Les résultats du stress et du volume de pénétration ont été rationalisés en termes d'un modèle multi-paramètres comprenant le poids moléculaire émollient, la diffusivité, le TPSA et la viscosité. CONCLUSION: Nous fournissons une nouvelle base rationnelle pour comprendre les effets du choix des émollients cosmétiques sur les propriétés biomécaniques affectant la fonction de barrière SC et la perception du consommateur. Nous démontrons pour la première fois que les émollients réduisent très probablement la contrainte mécanique SC grâce à leur capacité à prendre du volume lors de la pénétration du SC, et comment le poids moléculaire, la diffusivité SC, le TPSA et la viscosité sont prédictifs de cette capacité. Alors que les formulations cosmétiques continuent d'évoluer pour répondre aux besoins des clients, des molécules émollientes peuvent être sélectionnées qui contribuent non seulement à la texture et / ou à l'étalement de la formulation, mais qui exploitent également cette nouvelle connexion entre la pénétration des émollients et la biomécanique SC.

Fractionated aliphatic alcohols as synthetic precursors of ultra long-chain monoacylglycerols for cosmetic applications.

BACKGROUND: Xerosis is an abnormally dry and flaky skin condition that is associated with a change in the packing behaviour of the lipid matrix in the stratum corneum (SC), the outermost layer of the skin. This skin condition can lead to an increase in transepidermal water loss (TEWL). As ultralong-chain fatty acids have a positive effect on maintaining the packing behaviour of the SC lipid matrix, a moisturizer which contains glycerides of ultralong-chain fatty acids could act as a semi-occlusive layer on the surface of the skin. This will lower the rate of water evaporation through the epidermis and consequently help prevent or improve skin xerosis. OBJECTIVE: To identify a novel source of ultralong-chain lipids and develop monoacylglycerols with mixed fatty acyl chain lengths that have occlusive properties superior to petrolatum. METHODS: Initially, Performacol 425, a mixture of very long-chain fatty alcohols, was fractionated using short path distillation to yield a fraction enriched with C22:0-C26:0 fatty alcohols. The fatty alcohol fraction was then oxidized using Jones reagent, and the resulting fatty acids were esterified with glycerol to yield the corresponding monoglycerides using Novozym 435. These were then evaluated using Fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry and water vapour transmission rate measurements. RESULTS: The monoacylglycerols enriched with C22:0-C26:0 displayed a melting point of 80°C and orthorhombic packing; packing behaviour mainly present in healthy SC. In addition, a phospholipid-structured emulsion containing 3% of the monoglycerides displayed occlusive properties superior to the vehicle containing 3% petrolatum jelly. CONCLUSIONS: Performacol 425 can be a potential source of fatty alcohols to synthesize monoacylglycerols that can improve the occlusive behaviour of phospholipid-structured emulsions.