【Materials Studio应用案例】开发有效安全的防晒霜（第2部分）

防晒霜可以预防皮肤癌，保护皮肤免受日晒和其他紫外线损伤，同时提供其他防晒保护措施。市场上许多产品在沙滩、湖泊或徒步旅行时都能够有效地保护消费者。本文第一部分介绍了防晒霜配方和成分的保护作用，以及基于计算机方法预测它们的功效和环境友好性。

越来越多的医生建议将防晒霜作为日常护肤程序的一部分。因此，越来越多的消费者更频繁地使用防晒霜。然而，人们越来越担心防晒霜中使用的某些活性成分在血液中的含量高于先前预期，这可能会给人类健康带来风险。这导致越来越大的压力需要探索替代防晒成分，以确保安全、有效以及保护皮肤的可持续方法。

为确保产品安全，美国食品和药物管理局（FDA）于2019年提出更新防晒霜成分要求的建议。为了协调产品、自然和生活，BIOVIA Dassault Systèmes致力于帮助研发团队确定和表征具有减少对环境的负面影响和提高人类安全性的新型防晒霜配方和成分。

结合预测性的COSMO-RS方法2和皮肤生物学信息，BIOVIA Solvation Chemistry提供了完全机械化的模型来预测皮肤渗透率。皮肤渗透仿真是COSMOperm方法3的一种应用。

这种方法的特殊之处在于其能够明确地捕捉典型防晒霜（如乳液、气雾剂、非气雾剂和泵喷雾）的配方效应。更重要的是，这个仿真工具可以观察不同环境条件下，如淡水和盐水之间的防晒霜成分的渗透差异。

以下分析描述了最近一项临床试验中使用的广泛使用的活性成分（马鞭草酮、奥克苯酮、辛甘醇、苯甲酸羟苯酯、壬基酸萘酯和辛酸基肟酸）的仿真结果1。

使用COSMOperm模拟给定防晒霜配方的相应中间值，临床试验中最大血浆浓度与特定成分的皮肤渗透值之间存在显著相关性（R2 = 93%），如图1所示。该仿真考虑构象体和可能的互变异构体。

此外，利用COSMO-RS方法的CosmoTherm软件还可以揭示UV过滤剂在不同溶剂中的热力学属性。这些洞察力可以为我们提供有关它们在瓶子、皮肤或水中的行为方式的必要上下文信息。

此外，BIOVIA Pipeline Pilot中的Materials Studio Collection还可以帮助专业的计算化学家创建和共享复杂的工作流，并与他们的同事在实验室合作，从而民主化了这些模型的能力。

1. Matta, M. K.; Florian, J.; Zusterzeel, R.; Pilli, N. R.; Patel, V.; Volpe, D. A.; Yang, Y.; Oh, L.; Bashaw, E.; Zineh, I.; Sanabria, C.; Kemp, S.; Godfrey, A.; Adah, S.; Coelho, S.; Wang, J.; Furlong, L.-A.; Ganley, C.; Michele, T.; Strauss, D. G. Effect of Sunscreen Application on Plasma Concentration of Sunscreen Active Ingredients: A Randomized Clinical Trial. JAMA 2020, 323 (3), 256. https://doi.org/10.1001/jama.2019.20747.

2. Klamt, A. The COSMO and COSMO-RS Solvation Models: COSMO and COSMO-RS. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science 2018, 8 (1), e1338. https://doi.org/10.1002/wcms.1338.

3. Schwöbel, J. A. H.; Klamt, A. Mechanistic Skin Penetration Model by the COSMOperm Method: Routes of Permeation, Vehicle Effects and Skin Variations in the Healthy and Compromised Skin. Computational Toxicology 2019, 11, 50–64. https://doi.org/10.1016/j.comtox.2019.02.004.

4. Schwöbel, J. A. H.; Ebert, A.; Bittermann, K.; Huniar, U.; Goss, K.-U.; Klamt, A. COSMOperm: Mechanistic Prediction of Passive Membrane Permeability for Neutral Compounds and Ions and Its PH Dependence. J. Phys. Chem. B 2020, 124 (16), 3343–3354. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.9b11728.

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