Prebiotic effect of galacto‐oligosaccharides on the skin microbiota and determination of their diffusion properties. (13th May 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Petrov, Anja; Ćorović, Marija; Milivojević, Ana; Simović, Milica; Banjanac, Katarina; Pjanović, Rada; Bezbradica, Dejan
• Is Part Of: International journal of cosmetic science. Volume 44:Number 3(2022)
• Page Start: 309
• Page End: 319
• Publication Date: 2022-05-13
• Subjects: diffusion study -- galacto‐oligosaccharides -- microbiology -- skin prebiotic -- sustained delivery -- topical formulation; Cosmetics -- Periodicals; 668.5505
• DOI: 10.1111/ics.12778
• Languages: English
• ISSNs: 0142-5463

Abstract

Abstract: Objective: Recently, prebiotics are attracting plenty of attention in the field of skin care, since it is found that they are able to support the balance of beneficial and harmful microorganisms on the skin, and accordingly prevent several skin conditions associated with microbial imbalance. Topical application of prebiotics, although insufficiently investigated, holds great promise in improving skin health. The purpose of this research was to determine the prebiotic potential of galacto‐oligosaccharides (GOS) for skin microbiota and suitability for incorporation in different topical formulations, and finally, provide insights into their diffusion properties. Methods: The prebiotic effect of GOS was evaluated through the influence on the growth of Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus, the most common resident and pathogenic bacterium of the skin microbiota, respectively. Also, with the future use of GOS in cosmetic products in mind, the diffusion of GOS molecules from two different topical formulations, hydrogel and oil‐in‐water (O/W) gel emulsion, was monitored employing Franz diffusion cell and two systems—with cellulose acetate membrane and transdermal diffusion test model, Strat‐M® membrane. Course of fermentation and the amount of diffused GOS molecules were monitored using high‐performance liquid chromatography (HPLC). Results: The in vitro results revealed that GOS at a concentration of 5% (w/v) has a pronounced stimulatory effect on S. epidermidis, while simultaneously showing an inhibitory effect on S. aureus, both in nutrient broth and cosmetic formulations. GOS trisaccharide and tetrasaccharide diffusion coefficients from O/W gel emulsion were calculated to be 5.61·10 −6 cm 2 s −1 and 1.41·10 −8 cm 2 s −1, respectively. The diffusion coefficient of GOS trisaccharides from hydrogel was 3.22·10 −6 cm 2 s −1, while it was not determined for tetrasaccharides due to low diffused concentration. Transdermal diffusion tests revealed that GOS incorporated in two formulations stays at the surface of the skin even after 24 h. Conclusion: When applied in adequate concentration, GOS has the potential to be used as a skin prebiotic. Novel GOS enriched formulations, Aristoflex® AVC‐based hydrogel and Heliogel™‐based O/W gel emulsion, provided efficient diffusion and delivery of prebiotic GOS molecules to the skin surface. Abstract : Galacto‐oligosaccharides (GOS) have been found to be a perspective prebiotic for the skin, promoting Staphylococcus epidermidis while inhibiting Staphylococcus aureus growth. The phospholipid‐based formulation allowed for faster release of GOS trisaccharides (GOS3) and tetrasaccharides (GOS4), while the water‐based formulation only allowed for sustained release of GOS3. In transdermal diffusion experiment, it was demonstrated that GOS molecules incorporated in cosmetic formulations remained on skin surface. Résumé: Objectif: Récemment, les prébiotiques attirent beaucoup d'attention dans le domaine des soins de la peau, car il a été constaté qu'ils sont capables de soutenir l'équilibre des micro‐organismes bénéfiques et nocifs sur la peau et, par conséquent, de prévenir plusieurs affections cutanées associées à un déséquilibre microbien. L'application topique de prébiotiques, bien qu'insuffisamment étudiée, est très prometteuse pour améliorer la santé de la peau. Le but de cette recherche était de déterminer le potentiel prébiotique des galacto‐oligosaccharides (GOS) pour le microbiote cutané et leur aptitude à être incorporés dans différentes formulations topiques, et enfin, de fournir des informations sur leurs propriétés de diffusion. Méthodes: L'effet prébiotique du GOS a été évalué à travers l'influence sur la croissance de Staphylococcus epidermidis et de Staphylococcus aureus, les bactéries résidentes et pathogènes les plus courantes du microbiote cutané, respectivement. De plus, en gardant à l'esprit l'utilisation future du GOS dans les produits cosmétiques, la diffusion des molécules de GOS à partir de deux formulations topiques différentes, l'hydrogel et l'émulsion de gel huile‐dans‐eau (H/E), a été surveillée à l'aide d'une cellule de diffusion de Franz et de deux systèmes ‐ avec de la cellulose membrane en acétate et modèle de test de diffusion transdermique, membrane Strat‐M®. Le cours de la fermentation et la quantité de molécules de GOS diffusées ont été surveillés en utilisant la chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Resultats: Les résultats in vitro ont révélé que le GOS à une concentration de 5% (p/v) a un effet stimulant prononcé sur S. epidermidis, tout en montrant simultanément un effet inhibiteur sur S. aureus, à la fois dans les bouillons nutritifs et les formulations cosmétiques. Les coefficients de diffusion GOS trisaccharide et tétrasaccharide de l'émulsion de gel H/E ont été calculés comme étant de 5, 61·10 −6 cm 2 s −1 et 1, 41·10–8 cm 2 s −1, respectivement. Le coefficient de diffusion des trisaccharides GOS à partir de l'hydrogel était de 3, 22·10 −6 cm 2 s −1, alors qu'il n'a pas été déterminé pour les tétrasaccharides en raison de la faible concentration diffusée. Des tests de diffusion transdermique ont révélé que le GOS incorporé dans deux formulations reste à la surface de la peau même après 24 h. Conclusion: Lorsqu'il est appliqué à une concentration adéquate, le GOS a le potentiel d'être utilisé comme prébiotique cutané. De nouvelles formulations enrichies en GOS, l'hydrogel à base d'Aristoflex® AVC et l'émulsion de gel H/E à base d'Heliogel™, ont permis une diffusion et une délivrance efficaces des molécules GOS prébiotiques à la surface de la peau.