The key phytochemistry of rosemary (Salvia rosmarinus) contributing to hair protection against UV.

Extracts from rosemary (Salvia Rosmarinus) are analysed for their phytochemistry using LC-MS and the phytochemistry identified. The same extracts were tested for their efficacy to act as antioxidants by both hydrogen-atom transfer (ORAC) and single electron transfer (FRAP). A correlation analysis was performed to identify the key phytochemistry responsible for antioxidant efficacy. The top performing extracts were then tested in a peptide model and in hair with the presence of UV to measure ability to protect against UV-induced peptide and protein damage. Polyphenols (e.g. rosmarinic acid, glycosides of selgin) and abietane diterpenes (e.g. carnosic acid) in rosemary were identified as the principal compounds which enables the extracts to protect hair from UV. OBJECTIVE: The objective of this work was to correlate the phytochemistry of rosemary (Salvia rosmarinus), a botanical with known antioxidant properties, to a UV protection benefit in hair. These data will give insights into mechanisms of UV damage, the ROS formed and their reactivity. METHODS: LC-MS was used to compare the compounds in 10 commercial extracts of rosemary. ORAC (oxygen radical antioxidant capacity) and FRAP (ferric reducing antioxidant power) were used to measure the antioxidant capacity of the rosemary extracts. The ORAC assay measures ability of an antioxidant to react with a peroxyl radical via hydrogen atom extraction and FRAP measures electron transfer through reduction of ferric iron (Fe3+ ) to ferrous iron (Fe2+ ) by antioxidants present in the samples. Correlation of extract composition with antioxidant measures was performed using principal component analysis. Selected extracts were assessed for their ability to protect hair from UV damage in a model peptide system and on hair. In addition, the same methods were used to test rosmarinic acid and carnosic acid, key phytochemistries in the rosemary extracts. The model system was a peptide and its decomposition on exposure to UV was monitored by LC-MS in the absence and presence of the rosemary extracts. Hair degradation in the presence of UV was measured by exposure of UV in an Atlas weatherometer followed by extraction of degraded protein in water. A fragment of the S100A3 protein was used as a marker of UV damage (m/z = 1278) and quantified via LC-MS. RESULTS: Ten rosemary extracts were assessed for antioxidant performance and correlated with their compositions. The phytochemistry in each extract varied widely with a total of 33 individual compounds identified. The differences were most likely driven by the solvent and extraction method used by the supplier with extracts varying in the proportion of polar or non-polar compounds. This did influence their reactivity in the ORAC and FRAP assays and their efficacy in preventing protein damage. Two of the key compounds identified were rosmarinic acid and carnosic acid, with rosmarinic acid dominating in extracts with mainly polar compounds and carnosic acid dominating in extracts with mainly nonpolar compounds. Extracts with higher rosmarinic acid correlated with ORAC and FRAP scores, with UV protection on hair and in the peptide model system. The extracts chosen for hair experiments showed hair protection. UV protection was also measured for rosmarinic and carnosic acid. CONCLUSIONS: Despite the variation in the profile of phytochemistries in the 10 rosemary extracts, likely driven by the chosen extraction method, all rosemary extracts had antioxidant activity measured. This study suggests that the polyphenols (e.g. rosmarinic acid, glycosides of selgin) and abietane diterpenes (e.g. carnosic acid) are the principal compounds which enables the extracts to protect hair from UV.

INTRODUCTION: Les extraits de romarin (Salvia Rosmarinus) sont analysés par LC-MS pour établir et identifier leur profil phytochimique. Les mêmes extraits ont été testés pour leur efficacité à agir comme antioxydants à la fois par transfert d'atome d'hydrogène (ORAC) et par transfert d'électrons uniques (FRAP). Une analyse de corrélation a été réalisée pour identifier les propriétés phytochimiques clés responsables de l'efficacité antioxydante. Les extraits les plus performants ont ensuite été testés dans un modèle peptidique et sur les cheveux en présences d'UV pour mesurer la capacité à protéger contre les dommages induits par les UV su les peptides et protéines. Les polyphénols (par ex. acide rosmarinique, glycosides de selgin) et les diterpènes d'abiétine (par ex. acide carnosique) dans le romarin ont été identifiés comme les principaux composés permettant aux extraits de protéger les cheveux des UV. OBJECTIF: L'objectif de ce travail était de mettre en corrélation la phytochimie du romarin (Salvia rosmarinus), une plante aux propriétés antioxydantes connues, et les bénéfices d'une protection contre les UV dans les cheveux. Ces données fourniront des informations sur les mécanismes des dommages causés par les UV, la formation du ROS et leur réactivité. MÉTHODES: La LC-MS a été utilisée pour comparer les composés de 10 extraits commerciaux de romarin. L'ORAC (Oxygen Radical Antioxidant Capacity/Capacité d'absorption des radicaux d'oxygène) et la FRAP (Ferric Reduction Antioxidant Power/Pouvoir antioxydant de réduction ferrique) ont été utilisés pour mesurer la capacité antioxydante des extraits de romarin. Le dosage ORAC mesure la capacité d'un antioxydant à réagir avec un radical peroxyl par extraction d'atome d'hydrogène et la FRAP mesure le transfert d'électrons par réduction du fer ferrique (Fe3+ ) en fer ferreux (Fe2+ ) par les antioxydants présents dans les échantillons. La corrélation entre la composition de l'extrait et les mesures des antioxydants a été effectuée en analysant les composants principaux. Les extraits sélectionnés ont été évalués pour leur capacité à protéger les cheveux des dommages causés par les UV dans un modèle de système peptidique et sur les cheveux. En outre, les mêmes méthodes ont été utilisées pour tester l'acide rosmarinique et l'acide carnosique, principales caractéristiques phytochimiques dans les extraits de romarin. Le système modèle était un peptide et sa décomposition à l'exposition aux UV a été suivie par LC-MS en l'absence et en présence des extraits de romarin. La dégradation des cheveux en présence d'UV a été mesurée par l'exposition aux UV dans un indicateur de désagrégation Atlas suivi de l'extraction de protéines dégradées dans l'eau. Un fragment de la protéine S100A3 a été utilisé comme marqueur de dommage UV (m/z = 1278) et quantifié par LC-MS. RÉSULTATS: Dix extraits de romarin ont été évalués en termes de performance antioxydante et mis en corrélation avec leurs compositions. La phytochimie de chaque extrait variait considérablement, avec un total de 33 composés individuels identifiés. Les différences étaient très probablement dues à la méthode du solvant et de l'extraction utilisée par le fournisseur avec des extraits variant dans la proportion de composés polaires ou non polaires. Cela a effectivement influencé leur réactivité dans les dosages ORAC et FRAP et leur efficacité dans la prévention des dommages protéiques. Deux des composés clés identifiés étaient l'acide rosmarinique et l'acide carnosique, l'acide rosmarinique dominant dans les extraits contenant principalement des composés polaires et l'acide carnosique dominant dans les extraits contenant principalement des composés non polaires. Les extraits avec un taux d'acide rosmarinique plus élevé étaient mis en corrélation avec les scores ORAC et FRAP, avec une protection UV sur les cheveux et dans le système de modèle peptidique. Les extraits choisis pour les expériences sur les cheveux ont montré une protection des cheveux. La protection contre les UV a également été mesurée pour l'acide rosmarinique et l'acide carnosique. CONCLUSIONS: Malgré la variation des profils phytochimiques dans les dix extraits de romarin, probablement induite par la méthode d'extraction choisie, l'activité antioxydante de tous les extraits de romarin a été mesurée. Les polyphénols (par ex. acide rosmarinique, glycosides de selgin) et les diterpènes d'abiétane (par ex. acide carnosique) dans le romarin ont été identifiés comme les principaux composés permettant aux extraits de protéger les cheveux contre les UV.

Hair surface interactions against different chemical functional groups as a function of environment and hair condition.

OBJECTIVE: The nature and magnitude of molecular interactions on hair surfaces underpin the design of formulated products, of which the application involves a competitive adsorption process between cationic surfactants, fatty alcohols and surface actives such as silicone. The knowledge of molecular interaction with hair surface will not only provide insight on the surface binding affinity but also offer an effective methodology in characterizing surface deposits. METHODS: Untreated and chemically treated hair samples were treated with either conditioner chassis alone (gel network) or conditioner chassis plus silicone (chassis/TAS). Hair surface interactions against four different chemical functional groups, namely methyl (-CH3 ), acid (-COOH), amine (-NH2 ) and hydroxyl (-OH), were quantified in both ambient and aqueous environment using Chemical Force Microscopy, a method based on atomic force microscopy (AFM). RESULTS: Surface adhesion on hair in ambient is dominated by capillary force that is determined by both the wettability of hair fibre (hydrophobic vs. hydrophilic), presence of any deposits and the chemical functionality of the AFM cantilever. Capillary force is diminished and replaced by electrostatic interaction when polar groups are present on both hair and AFM cantilever. A distinctively different force, hydrophobic interaction, plays a major role when virgin hair and hydrophobic functionalized AFM cantilever make contact in water. CONCLUSION: Results acquired by AFM cantilevers of different functional groups show that hydrophobic interaction is a key driver for deposition on virgin hair, whilst electrostatic interaction is the most important one for bleached hair. Interfacial conformation of chassis components upon deposition is determined by the hair surface properties. Our study highlights the possibility of a range of polar groups, not necessarily negatively charged, on the damaged hair. Unlike conventional surface chemical analysis method, it is possible to quantitatively evaluate the interfacial conformation of deposited surface actives on hair, which identifies the target moieties for conditioning products on different types of hair.

OBJECTIF: La nature et l'intensité des interactions moléculaires mesurables à la surface d'un cheveu, caractérisent l'effet de la formulation du produit initialement appliqué sur le cheveu. L'application du produit et son effet sur le cheveu repose sur un mécanisme d'adsorption complexe combinant l'effet de différents éléments tels que des surfactants cationiques, des alcools gras et des agents de surface tel que le silicone. L'étude et l'analyse des interactions moléculaires à la surface du cheveu permettent non seulement de déterminer l'affinité adhésive de surface, mais aussi d'offrir une méthode efficace pour caractériser les dépôts de surface. MÉTHODE: Des cheveux initialement traités et non-traités chimiquement, ont été analysés après l'application d'un après-shampoing chassis (structure en gel) ou d'un après-shampoing chassis avec du silicone (chassis/TAS). Les interactions entre la surface du cheveu et quatre groupes fonctionnels chimiques - méthyle (-CH3 ), acide (-COOH), amine (-NH2) et hydroxy (-OH) ont été quantifiées à l'air et en milieu aqueux par microscopie à force chimique, une méthode basée sur la microscopie à force atomique (AFM). RÉSULTATS: L'adhésion de surface sur cheveu à l'air est dominée par la force capillaire qui est déterminée par la mouillabilité de la fibre capillaire (hydrophobe vs. hydrophile), la présence de dépôts, et la fonction chimique du cantilever. La force capillaire diminue et est remplacée par des interactions électrostatiques quand des groupes polaires sont présents à la fois sur le cheveu et le cantilever. Une autre force - l'interaction hydrophobe, joue un rôle majeur quand un cheveu non-traité / vierge et un cantilever de fonction hydrophobe se rencontrent en milieu aqueux. CONCLUSIONS: Les résultats obtenus à partir de cantilevers de différentes fonctions chimiques, montrent que l'interaction hydrophobe joue un rôle clé dans l'application de produit capillaire sur cheveux non-traité tandis que les interactions électrostatiques sont prédominantes dans le cas de cheveux traités chimiquement. La conformation interfaciale des composés chassis avant déposition est déterminée par les propriétés de surface du cheveu. Notre étude souligne la présence potentielle de différents groupes polaires, pas nécessairement chargés négativement, sur la surface de cheveux endommagés. A l'inverse des méthodes conventionnelles d'analyse chimique de surface, il est possible d'évaluer quantitativement la conformation interfaciale de dépôts d'agents actifs présents à la surface du cheveu, ce qui permet d'identifier les zones cibles pour l'application d'après-shampoing sur différents types de cheveux.

Role of Redox Metals in Color Formation in a Hair Colorant.

The objective of this work was to identify if low levels of redox metals such as copper would accelerate color formation on hair and to understand the consequent impact on initial color formation and color fade. Kinetics of color formation with oxidative dyes in solution in the presence of varying concentrations of copper ions were assessed via imaging and color measurements. Color uptake on hair and color fade were measured with a spectrophotometer, and copper levels in hair were measured with inductively coupled plasma atomic spectroscopy after hair digestion. In this work, the role of redox metal ions such as copper and iron on accelerating rates of oxidative dye formation was demonstrated. Kinetics of dye formation were measured in solution for three dye couples-p-phenylene diamine (PPD) plus resorcinol, PPD plus 5-amino-2-methylphenol (AHT), and 4,5-diamino-1-(2-hydroxyethyl) pyrazole sulfate (HDAP) plus AHT- in a solution that also contained ammonium hydroxide and hydrogen peroxide at pH 10. Low levels of copper were added at a concentration range from 0.01 µg/g to 0.1 µg/g and the rate of color formation measured over 2 h. All th ree dye couples showed signifi cant color acceleration that increased with increasing levels of copper. A mechanism where initial oxidation of primary intermediate PPD or HDAP is accelerated is proposed. This mechanism is demonstrated to become important when trace levels of copper are in hair and a hair colorant added. Color formation is accelerated outside versus inside hair, and ultimately, color uptake is reduced after the colorant is rinsed off hair. Noticeable color fade versus the starting hair color is also increased. This work provides evidence for the role of copper ions in color formation in hair and strategies to reduce copper levels in hair using a chelant such as histidine in a shampoo or conditioner before coloring.

High-resolution visualization of cosmetic active compounds in hair using nanoscale secondary ion mass spectrometry.

A wide range of small molecules are used in our daily hair products to improve the appearance of hair and to protect it from damage from the environment. In order to better design formulations of these products, an understanding of the partitioning and distributions of these small molecules in hair is critical. In this study, we used preferential extraction methods to measure the partitioning of active compounds commonly found in hair cosmetic products on the hair surface and inside hair, and investigated the use of stable isotope labelling, cryo-sample preparation and nanoscale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) for high-resolution visualization of distributions of these compounds. With this approach, we quantified partitioning and directly visualized distributions at high-resolution of four molecules (e.g. resorcinol, salicylic acid, pentadecyl alcohol and pentadecanoic acid) in hair. This has not been achieved before and revealed distributions of high lipophilicity active compounds in the lipid-rich and hydrophobic cell membrane complex network in hair, while low lipophilicity ones distributed dispersedly.

Role of Internal Lipids in Hair Health.

Saturated and unsaturated fatty acids make up 85% of the total hair lipid content and are found in the cuticle and cortical cell membrane complex. Although these lipids only make up 2-6% of the hair's overall weight, they play a crucial role in keeping hair healthy, influencing shine, feel, manageability, and strength. The objective of this work was to understand the mechanisms of how these lipids are lost on exposure to external stressors, such as chemical treatments, washing, and UV exposure and to understand how their loss impacts hair strength. The experimental approach was to measure these lipids and oxidation products, lipid peroxides (LPOs) and correlate their loss with fatigue strength measurements. The results show lipids are lost over time by washing, exposure to chemical treatments, such as coloring, and environmental insults, such as UV, and it was confirmed that a mechanism of degradation is via oxidation of unsaturated lipids to form LPOs. In addition, it was shown that replenishment of these lipids is possible by incorporating lipids, such as fatty alcohols (FaOHs), into a gel network with anionic surfactants to create a delivery system that can efficiently penetrate FaOHs into hair and increase internal strength as measured by fatigue.

The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments.

The actin filament is astonishingly well conserved across a diverse set of eukaryotic species. It has essentially remained unchanged in the billion years that separate yeast, Arabidopsis and man. In contrast, bacterial actin-like proteins have diverged to the extreme, and many of them are not readily identified from sequence-based homology searches. Here, we present phylogenetic analyses that point to an evolutionary drive to diversify actin filament composition across kingdoms. Bacteria use a one-filament-one-function system to create distinct filament systems within a single cell. In contrast, eukaryotic actin is a universal force provider in a wide range of processes. In plants, there has been an expansion of the number of closely related actin genes, whereas in fungi and metazoa diversification in tropomyosins has increased the compositional variety in actin filament systems. Both mechanisms dictate the subset of actin-binding proteins that interact with each filament type, leading to specialization in function. In this Hypothesis, we thus propose that different mechanisms were selected in bacteria, plants and metazoa, which achieved actin filament compositional variation leading to the expansion of their functional diversity.