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  • Title: The key phytochemistry of rosemary (Salvia rosmarinus) contributing to hair protection against UV.
    Author: Marsh JM, Whitaker S, Li L, Fang R, Simmonds MSJ, Vagkidis N, Chechik V.
    Journal: Int J Cosmet Sci; 2023 Dec; 45(6):749-760. PubMed ID: 37461190.
    Abstract:
    UNLABELLED: 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.
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