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Publicação
Exploring the potential of Portuguese thermal spring water as an ingredient for cosmetic formulations
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Resumo(s)
Thermal spring waters (TSW), utilized for centuries for their health benefits, are increasingly recognized scientifically for their therapeutic potential. These are largely attributed to their unique mineral compositions derived from long-term water-rock interactions. Properties like immunomodulation, antioxidant activity, and skin barrier reinforcement have spurred interest in TSW within the cosmetics industry, driven by consumer demand for natural and effective ingredients. This thesis aims at investigating the cosmetic potential of TSW from Chaves, Portugal, a historically recognized spring whose properties remained scientifically underexplored. The initial phase characterized Chaves TSW and evaluated its dermatological bioactivities. In vitro studies revealed anti-inflammatory potential, evidenced by reduced IL-6 levels in human keratinocytes (HaCaT) exposed to urban pollutants, alongside with anti-elastase activity. A clinical study on 23 human volunteers demonstrated that Chaves TSW significantly improved skin hydration on dry skin volunteers and reduced transepidermal water loss (TEWL), suggesting skin barrier enhancement without disrupting the resident skin microbiota. Based on these positive skin findings, a cosmetic formulation incorporating Chaves TSW was developed with a high natural index (96% based on ISO 16128). The research scope was extended to evaluate the effects on hair, a less common application for TSW. While Chaves TSW alone did not significantly alter bleached hair fiber’s properties, the formulation improved hair combability, likely due to included surfactants. Conversely, the formulation decreased the thermal denaturation temperature of hair keratin, potentially linked to surfactant-keratin interactions observed via DSC and ATR-FTIR analyses. Finally, the base formulation's potential was further explored by incorporating Mallow (Malva sylvestris); endemic to the region; and Cucumber (Cucumis sativus) extracts, known for their skin benefits, such as antioxidant potential. Three formulations containing both extracts and a mixture of both were developed, and subsequent testing revealed significantly improved bioactivities. Notably, a strong synergistic Fe2+ chelating capacity emerged, exceeding that of the formulation's chelating agent alone. This correlated with enhanced antioxidant activity and significantly increased inhibition of the age-related enzymes collagenase and tyrosinase, likely due to cofactor chelation. The combination of extracts also yielded potent elastase inhibition. Furthermore, the anti-inflammatory effects were re-evaluated using a mixture containing TSW extracts, and sodium phytate (chelating agent), which nonetheless exhibited anti-inflammatory properties like those of water but effectively reducing IL-1α levels. In conclusion, this work validates the beneficial properties of Chaves TSW for skincare, particularly its anti-inflammatory and barrier-reinforcing effects. It further demonstrates that formulating TSW, especially when enhanced with synergistic natural extracts like Mallow and Cucumber, can create multifunctional cosmetic ingredients with significantly amplified antioxidant, anti-enzyme, and anti-inflammatory activities, offering promise for advanced skin and potentially scalp care applications.
As águas termais, tradicionalmente empregues pelos seus benefícios à saúde, são progressivamente reconhecidas pela comunidade científica, pelo seu relevante potencial terapêutico. Tais características devem-se em grande parte às suas composições minerais únicas, resultantes de interações prolongadas entre a água e as rochas. têm impulsionado o interesse nas TSW na indústria cosmética, impulsionado pela procura dos consumidores por ingredientes naturais e eficazes. Esta tese tem como objetivo investigar o potencial cosmético da água termal de Chaves, Portugal, uma nascente historicamente reconhecida pelas suas propriedades cujas propriedades permaneciam cientificamente pouco exploradas. Inicialmente, foi feita a caracterização da água termal de Chaves e a avaliação do seu potencial bioativo na pele. Resultados in vitro revelaram um potencial anti-inflamatório, evidenciado pela redução dos níveis de IL-6 em queratinócitos humanos expostos a poluentes urbanos, evidenciando a sua capacidade imunomodeladora. Para além disso, demonstrou ainda efeito anti-envelhecimento através da inibição da atividade da elastase. Um estudo clínico em 23 voluntários humanos demonstrou que a água termal melhorou significativamente a hidratação da pele quando desidratada e reduziu a perda transepidérmica de água, sugerindo uma melhoria da barreira cutânea sem perturbar a microbiota residente. Com o objetivo de desenvolver uma formulação que incorporasse a água termal de Chaves e atendesse às expectativas dos consumidores, foi desenvolvida uma formulação com elevado índice de naturalidade (96% com base na ISO 16128:2:2017). O âmbito da investigação foi alargado para avaliar os efeitos desta na fibra capilar, uma aplicação que até ao momento, é cientificamente menos explorada no âmbito das águas termais. Embora a água termal de Chaves por si só não tenha alterado significativamente as propriedades da fibra capilar, a formulação melhorou a sua penteabilidade, provavelmente devido aos tensioativos incluídos. Por outro lado, a formulação diminuiu a temperatura de desnaturação térmica da queratina capilar, potencialmente ligada às interações surfactante queratina observadas através das análises de DSC e ATR-FTIR. Por fim, visando a melhoria da formulação desenvolvida, explorou-se a adição de extratos bioativos capazes de evidenciar as propriedades da formulação e da água termal de Chaves. Assim, foram selecionados os extratos de Malva (Malva sylvestris), endémico da região; e Pepino (Cucumis sativus), conhecidos pelos seus benefícios para a pele e pelo seu potencial antioxidante. Foram desenvolvidas três formulações contendo os extratos individuais e uma com a respetiva mistura. As relações sinérgicas dos seus componentes revelaram uma forte capacidade quelante do ião Fe2+, sendo superior à do agente quelante integrado na formulação, isoladamente. Isto poderá estar associado ao aumento da atividade antioxidante e da significativamente maior inibição das enzimas colagenase e tirosinase, provavelmente devido à quelatação dos seus cofatores. A combinação de ambos o extrato conduziu também uma acrescida e potente inibição da elastase. Além disso, os efeitos anti-inflamatórios foram reavaliados utilizando-se uma mistura contendo a água termal, os extratos e o fitato de sódio (agente quelante), que demonstrou, propriedades anti-inflamatórias semelhantes, no entanto reduzindo os níveis de IL-1α. Em conclusão, este trabalho valida as propriedades benéficas da água termal de Chaves para os cuidados da pele, particularmente os seus efeitos anti-inflamatórios e de reforço da barreira cutânea. Além disso, demonstra que a formulação de água termal, especialmente quando reforçada com extratos naturais sinérgicos como a malva e o pepino, pode criar uma formulação multifuncional com atividades antioxidantes, anti-enzimáticas e anti-inflamatórias significativamente amplificadas, que representa uma promessa para os cuidados da pele e potencialmente do couro cabeludo.
As águas termais, tradicionalmente empregues pelos seus benefícios à saúde, são progressivamente reconhecidas pela comunidade científica, pelo seu relevante potencial terapêutico. Tais características devem-se em grande parte às suas composições minerais únicas, resultantes de interações prolongadas entre a água e as rochas. têm impulsionado o interesse nas TSW na indústria cosmética, impulsionado pela procura dos consumidores por ingredientes naturais e eficazes. Esta tese tem como objetivo investigar o potencial cosmético da água termal de Chaves, Portugal, uma nascente historicamente reconhecida pelas suas propriedades cujas propriedades permaneciam cientificamente pouco exploradas. Inicialmente, foi feita a caracterização da água termal de Chaves e a avaliação do seu potencial bioativo na pele. Resultados in vitro revelaram um potencial anti-inflamatório, evidenciado pela redução dos níveis de IL-6 em queratinócitos humanos expostos a poluentes urbanos, evidenciando a sua capacidade imunomodeladora. Para além disso, demonstrou ainda efeito anti-envelhecimento através da inibição da atividade da elastase. Um estudo clínico em 23 voluntários humanos demonstrou que a água termal melhorou significativamente a hidratação da pele quando desidratada e reduziu a perda transepidérmica de água, sugerindo uma melhoria da barreira cutânea sem perturbar a microbiota residente. Com o objetivo de desenvolver uma formulação que incorporasse a água termal de Chaves e atendesse às expectativas dos consumidores, foi desenvolvida uma formulação com elevado índice de naturalidade (96% com base na ISO 16128:2:2017). O âmbito da investigação foi alargado para avaliar os efeitos desta na fibra capilar, uma aplicação que até ao momento, é cientificamente menos explorada no âmbito das águas termais. Embora a água termal de Chaves por si só não tenha alterado significativamente as propriedades da fibra capilar, a formulação melhorou a sua penteabilidade, provavelmente devido aos tensioativos incluídos. Por outro lado, a formulação diminuiu a temperatura de desnaturação térmica da queratina capilar, potencialmente ligada às interações surfactante queratina observadas através das análises de DSC e ATR-FTIR. Por fim, visando a melhoria da formulação desenvolvida, explorou-se a adição de extratos bioativos capazes de evidenciar as propriedades da formulação e da água termal de Chaves. Assim, foram selecionados os extratos de Malva (Malva sylvestris), endémico da região; e Pepino (Cucumis sativus), conhecidos pelos seus benefícios para a pele e pelo seu potencial antioxidante. Foram desenvolvidas três formulações contendo os extratos individuais e uma com a respetiva mistura. As relações sinérgicas dos seus componentes revelaram uma forte capacidade quelante do ião Fe2+, sendo superior à do agente quelante integrado na formulação, isoladamente. Isto poderá estar associado ao aumento da atividade antioxidante e da significativamente maior inibição das enzimas colagenase e tirosinase, provavelmente devido à quelatação dos seus cofatores. A combinação de ambos o extrato conduziu também uma acrescida e potente inibição da elastase. Além disso, os efeitos anti-inflamatórios foram reavaliados utilizando-se uma mistura contendo a água termal, os extratos e o fitato de sódio (agente quelante), que demonstrou, propriedades anti-inflamatórias semelhantes, no entanto reduzindo os níveis de IL-1α. Em conclusão, este trabalho valida as propriedades benéficas da água termal de Chaves para os cuidados da pele, particularmente os seus efeitos anti-inflamatórios e de reforço da barreira cutânea. Além disso, demonstra que a formulação de água termal, especialmente quando reforçada com extratos naturais sinérgicos como a malva e o pepino, pode criar uma formulação multifuncional com atividades antioxidantes, anti-enzimáticas e anti-inflamatórias significativamente amplificadas, que representa uma promessa para os cuidados da pele e potencialmente do couro cabeludo.
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Cosmetic formulation Thermal spring water Cosmeceuticals Hair fiber conditioning Dermatological properties Formulação cosmética Água termal Cosmecêuticos Condicionamento da fibra capilar Propriedades dermatológicas
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