Modulazione del microbiota cutaneo indotta da soluzioni prebiotiche e probiotiche ​

Skin microbiota is a complex group regulated by osmotic balances that involve the host cells and the enormous variety of bacteria, fungi and viruses that are connected to it: its development is favored by the adaptive strategies of microorganisms and by the specific structure of the skin sites. Microorganisms create various relationships, both intraspecies and between different classes, with meaningful consequences for the population dynamics. Moreover, microbial communities create a direct relationship with the host that is described by the theory of coevolution, according to which microorganisms are divided on an anthropocentric basis into beneficial, neutral, pathogenic and pathobionts. Although it has its own natural self-regulation ability, the balance of the skin system is influenced by number, type and functions of the commensals, capable of competing with any pathogens and producing substances that have direct beneficial action on the host's cells. On this basis, some studies have discovered that the manifestation of skin diseases is directly connected to microbial dysbiosis, a state of microorganisms balance alteration in the skin microbiome: this condition has been found on skins affected by atopic dermatitis, psoriasis, rosacea, acne, UV damage and wounds. Therefore, in recent years, studies have been oriented towards innovative methods that allow, on the one hand, to restore the skin to its natural balance by permanently eliminating the inflammatory state, and on the other to avoid the appearance of side effects caused by traditional treatments: topical formulations in the form of creams or lotions based on probiotics and prebiotics are the promising results of this research. Indeed among their beneficial properties, stand out the ability to reconstruct the protective barrier of the skin, the selective antimicrobial action, the promotion of the development of commensal microorganisms to the detriment of the pathogens and the immunomodulation: these formulations exploit the direct application on the skin to allow targeted, rapid and effective action. This thesis analyzes three case studies in which topical formulations based on probiotics and prebiotics from food are used: in the first case a 5% konjac glucomannan-based spray is used to treat acne vulgaris, in the second one an oil-on-water emulsifying lotion containing the probiotic Lactobacillus johnsonii NCC 533 proves to be a valid ally against atopic dermatitis and in the third one the use of a 70% kefir-based gel helps healing wounds in mouse models. The topical solutions were found to be free of side effects and at the same time seem to be very effective against the symptoms: it was also highlighted that direct application avoids the mediation of other systems (which could decrease the impact of the beneficial action) and allows shorter healing times, with lower production costs than traditional medicinal solutions, as the active ingredients are obtained from food-related matrices or from microorganisms already used in the food industry and therefore easily reproducible.

Il microbiota della pelle è un insieme complesso regolato da equilibri osmotici che coinvolgono le cellule dell’ospite e l’enorme varietà di batteri, funghi e virus che vivono in relazione simbiontica con esso ed il cui sviluppo è promosso dalle strategie di adattamento dei microrganismi e dalla struttura specifica dei siti cutanei. Fra i microrganismi delle sedi cutanee si creano vari rapporti sia intraspecie sia tra classi diverse, con conseguenze importanti per le dinamiche della popolazione e le loro funzioni. Oltre ad interagire fra loro, le comunità microbiche creano una relazione diretta con l’ospite, descritta dalla teoria della coevoluzione, secondo la quale i microrganismi sono suddivisi su base antropocentrica in benefici, neutrali, patogeni e patobionti. Sebbene abbia una propria naturale capacità di autoregolazione, l’equilibrio del sistema tegumentario è influenzato da numero, tipologia e funzioni dei commensali, capaci di competere con eventuali patogeni e di produrre sostanze con azione benefica diretta sulle cellule dell’ospite. Su queste basi, alcuni studi hanno riscontrato che all’espressione delle malattie della pelle è direttamente connessa la disbiosi microbica, uno stato di alterazione dell’equilibrio dei microrganismi del microbioma cutaneo: questa condizione è stata riscontrata in pelle affetta da dermatite atopica, psoriasi, rosacea, acne, danni da raggi UV e ferite. Pertanto negli ultimi anni gli studi si sono orientati verso metodi innovativi che permettessero da un lato di riportare la pelle al suo equilibrio naturale eliminando in maniera permanente lo stato infiammatorio e dall’altro di evitare la comparsa degli effetti collaterali derivanti dai trattamenti tradizionali: tra questi emergono in particolare le formulazioni topiche in forma di creme o lozioni a base di probiotici e prebiotici utilizzati per gli alimenti arricchiti. Infatti tra le loro proprietà benefiche spiccano la capacità di ricostruzione della barriera protettiva della pelle, l’azione antimicrobica selettiva, la promozione dello sviluppo dei microrganismi commensali a discapito dei patogeni, l’immunomodulazione: queste formulazioni sfruttano l’applicazione diretta sulla cute per consentire un’azione mirata, rapida ed efficace. In questa tesi sono analizzati tre casi studio nei quali sono state utilizzate formulazioni topiche a base di probiotici e prebiotici di origine alimentare. Il primo nel quale uno spray a base di glucomannano konjac 5% è stato usato per trattare l’acne vulgaris, il secondo nel quale una lozione emulsionante olio su acqua contenente il probiotico Lactobacillus johnsonii NCC 533 si è dimostrato un valido alleato contro la dermatite atopica ed il terzo che prevedeva l’uso di un gel a base di kefir al 70% per aiutare la cicatrizzazione delle ferite in modelli murini. Le soluzioni topiche sono risultate prive di effetti collaterali ed allo stesso tempo molto efficaci contro i sintomi, in misura uguale ed in alcuni casi maggiore rispetto ai trattamenti tradizionali. Inoltre è stato evidenziato che l’applicazione diretta evita la mediazione di altri apparati (che potrebbe diminuire l’impatto dell’azione benefica) e consente tempistiche di guarigione minori, con costi di produzione più contenuti rispetto alle soluzioni medicinali tradizionali, perché i principi attivi sono ricavati da matrici di natura alimentare o da microrganismi ad oggi già impiegati nell’industria alimentare e quindi facilmente riproducibili.