Re: plant stem cell 식물 유래 줄기세포 탐구!! 피부질환 2024

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Potential of Plant Stem Cells as Helpful Agents for Skin Disorders—A Narrative Review

by 

Anastasia Aliesa Hermosaningtyas

 1,2

Mariola Pawlaczyk

 2

1

Doctoral School, Poznan University of Medical Sciences, Bukowska 70, 60-812 Poznań, Poland

2

Department and Division of Practical Cosmetology and Skin Diseases Prophylaxis, Poznan University of Medical Sciences, Collegium Pharmaceuticum, 3 Rokietnicka St., 60-806 Poznań, Poland

*

Author to whom correspondence should be addressed.

Appl. Sci. 2024, 14(16), 7402; https://doi.org/10.3390/app14167402

Submission received: 26 May 2024 / Revised: 19 August 2024 / Accepted: 20 August 2024 / Published: 22 August 2024

(This article belongs to the Special Issue Antioxidants in Natural Plant Products: From Biological Activities to Applied Efficiency Eval‎uation)

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Abstract

Recently, cellular senescence has been of great interest due to its pleiotropic nature and association with both physiological (e.g., aging) and pathological conditions. Excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) can induce inflammation, which accelerates skin aging (also premature aging) and may cause several dermatoses. It has been postulated that plant-derived antioxidants, especially plant stem cells, may prevent cell damage by preserving stemness and reducing cellular senescence by ROS targeting. Therefore, this paper aims to review and summarize recent developments and innovative techniques associated with plant-derived stem cells in relation to skin senescence. This review also presents the possible pathways involved in this process. Particular attention was paid to the potential applications of plant stem cells as senostatics/senomorphics produced by modern plant biotechnology methods. Furthermore, the advantages, limitations, and future directions of this technology are also discussed. This knowledge allows the development of personalized strategies to create a healthy balance in skin care. Plant stem cells could be a more feasible and practical approach to combating the adverse effects of skin senescence processes.

초록

최근 세포 노화는 

다중 기능적 특성 및 생리적(예: 노화) 및 병리적 상태와의 연관성으로 인해 큰 관심을 받고 있습니다. 

반응성 산소 종(ROS)의 과도한 축적은 

염증을 유발하여 피부 노화(조기 노화 포함)를 가속화하고 

여러 피부 질환을 일으킬 수 있습니다. 

식물 유래 항산화 물질, 특

히 식물 줄기 세포가 ROS를 표적으로 삼아 줄기 세포 특성을 유지하고

 세포 노화를 감소시켜 세포 손상을 예방할 수 있다는 가설이 제기되었습니다. 

따라서 

본 논문은 식물 유래 줄기 세포와 피부 노화와의 관련성에서 

최근 연구 동향과 혁신적인 기술을 검토하고 요약합니다. 

이 리뷰는 이 과정에 관여하는 가능한 경로도 제시합니다. 

특히 현대 식물 생물공학 방법으로 생산된 

노화 억제제/노화 모방제로서의 식물 줄기세포의 잠재적 응용에 주목했습니다.

 또한 이 기술의 장점, 한계, 미래 방향도 논의되었습니다. 

이 지식은 피부 관리에서 건강한 균형을 유지하기 위한 맞춤형 전략 개발에 기여할 수 있습니다. 

식물 줄기세포는 

피부 노화 과정의 부정적 영향을 완화하는 데 

더 실현 가능하고 실용적인 접근 방식이 될 수 있습니다.

Keywords: 

plant stem cells; cell culture extracts; senescence; skin; skin aging; plant biotechnology

1. Introduction

The Latin term ‘senex’ is used to denote an ‘older adult’ or ‘old age’ and the adjective ‘senectus’ is the root of the English term ‘senescence’, which describes the process of gradual deterioration following development and maturation [1]. Hayflick and Moorhead were the first to formally describe the process of cellular senescence, which they observed in in vitro human diploid cells that reached their maximum proliferative capacity and ceased cellular division without any signs of cell death [2].

The skin, the human body’s biggest organ, consists of three layers: the epidermis, the dermis, and the hypodermis (subcutaneous tissue) [3,4,5,6]. It is also the most accessible organ, reacting to the external and internal environments, which affects its aging process [7,8]. The exposomes which may accelerate the aging of the skin include environmental pollutants, tobacco smoke, and ultraviolet radiation (UVR). UVR has been estimated to account for over 80% of senescence caused by the external factors [9,10].

The process of skin aging is intricate and encompasses all layers of the skin. It is coupled with the build-up of senescent cells and a phenomenon known as “senescence-associated secretory phenotype” (SASP) [11]. Senescent cells are irreversibly cell-cycle arrested via the p53–p21CIP1 or the p16INK4a–Rb axis, accumulate senescence-associated β-galactosidase activity (SA-β-gal), and exhibit typical morphology [1,12]. SASP is defined as a combination of growth hormones, chemokines, cytokines, and proteases that promotes tumor development and inflammation [12]. Senescence, as a pleiotropic process, is discussed both in physiological conditions as well as in various, mainly age-related, skin disorders, e.g., skin cancers, psoriasis, pigmentation disorders, bullous pemphigoid, cutaneous lupus erythematosus, and alopecia areata [7,13]. Although the senescent cells positively affect wound healing and tissue repair, over time, their continuous presence and accumulation might be harmful [12]. Importantly, it should be emphasized that senescence and aging are closely connected but not synonymous processes [7]. Senescence contributes to aging and age-related diseases, but as a pleiotropic process, it is also linked with various physiological and pathological stages.

It is crucial to identify and develop effective as well as safe senolytics/senostatics for topical therapy. Therefore, compounds attenuating or reversing senescence could be promising agents for anti-aging skin treatments. Apart from specific drugs whose anti-aging effectiveness has been observed, skin senescence can also be suppressed with natural bioactive products and medicinal plants [14,15,16,17,18]. The study of plant resources as natural antioxidants and enzyme inhibitors has focused on their relationship to skin barrier disturbance, inflammation, melanin hyperpigmentation, and different skin disorders. They have become valuable components of cosmetic formulations that aim to inhibit or impede senescent processes in the skin [19].

The use of plant extracts or organs (leaves, fruits, flowers, bark, and roots) in pharmaceutical and cosmetic contexts dates back to ancient times [20]. Active plant constituents are responsible for several features, including moisturizing, nourishing, photoprotection, antioxidation, anti-wrinkling, astringency, cleaning, and whitening [16,19,21,22,23,24,25]. Worldwide interest in natural-based products has led to an increase in demand for these products and has developed a fast-growing market. It is estimated that the world’s herb production reached 0.5 million tons per year, occupying around 70,000 hectares of cultivation area. However, conventional production of plant raw materials is highly dependent on climate conditions, soil composition, and the genetic makeup of the plants themselves. Thus, it is more difficult to obtain uniform raw materials for pharmaceutical and cosmetic production [26]. Owing to technological advances, modern biotechnology allows the production of biomass, which is independent of climate, seasonal, and geographical factors, and the controlled extraction process of these valuable compounds from plant stem cells. This approach ensures a high-quality, fast, consistent, and increased yield of secondary metabolite compounds while still providing a uniform biomass, complying with good laboratory practices and good manufacturing practices [27].

This study provides an overview of the latest advancements and scientific research conducted between 2013 and 2023 on plant-derived stem cells in relation to age-related skin senescence. The production of plant stem cells from different plant species was highlighted in this review. Moreover, attention was paid to the possible applications of plant stem cells as senostatics/senomorphics produced by plant biotechnology.

1. 서론

라틴어 ‘senex'는 '노인’ 또는 '노년기'를 의미하며, 형용사 'senectus'는 영어 용어 'senescence'의 어원으로, 발달과 성숙 이후 점진적인 퇴화 과정을 설명합니다 [1]. Hayflick과 Moorhead는 체외에서 배양된 인간 이배체 세포가 최대 증식 능력을 달성한 후 세포 분열을 중단하며 세포 사멸의 징후 없이 노화 과정을 관찰하고 이를 최초로 공식적으로 기술했습니다 [2].

피부는 인체에서 가장 큰 기관으로, 표피, 진피, 피하 조직(피하 조직)의 세 층으로 구성되어 있습니다 [3,4,5,6]. 또한 외부 및 내부 환경에 반응하는 가장 접근하기 쉬운 기관으로, 이로 인해 노화 과정에 영향을 받습니다 [7,8]. 피부의 노화를 가속화할 수 있는 노출 요인에는 환경 오염물질, 담배 연기, 자외선(UVR)이 포함됩니다. UVR은 외부 요인에 의한 노화의 80% 이상을 차지하는 것으로 추정됩니다 [9,10].

피부 노화 과정은 복잡하며 피부 모든 층을 포함합니다. 이는 노화 세포의 축적과 “노화 관련 분비 형질”(SASP)이라는 현상과 연관되어 있습니다 [11]. 노화 세포는 p53–p21CIP1 또는 p16INK4a–Rb 축을 통해 세포 주기 중단이 영구적으로 발생하며, 노화 관련 β-갈락토시다아제 활성(SA-β-gal)이 축적되고 특이적인 형태를 나타냅니다 [1,12]. SASP는 종양 발달과 염증을 촉진하는 성장 호르몬, 케모카인, 사이토킨, 프로테아제 등의 복합체로 정의됩니다 [12]. 노화는 다중 기능적 과정으로, 생리적 조건뿐만 아니라 주로 연령 관련 피부 질환, 예를 들어 피부암, 건선, 색소 장애, 물집성 천포창, 피부 루푸스 홍반, 원형 탈모증 등에서 논의됩니다 [7,13]. 노화 세포는 상처 치유와 조직 복구에 긍정적인 영향을 미치지만, 시간이 지나면 지속적인 존재와 축적이 유해할 수 있습니다 [12]. 중요하게도, 노화와 노화는 밀접하게 연결되어 있지만 동일한 과정은 아닙니다 [7]. 노화는 노화와 노화 관련 질환에 기여하지만, 다기능적 과정으로서 다양한 생리적 및 병리적 단계와도 연관되어 있습니다.

효율적이고 안전한 세노리틱스/세노스타틱스를 식별하고 개발하는 것은 국소 치료를 위해 필수적입니다. 따라서 노화를 억제하거나 역전시키는 화합물은 항노화 피부 치료제의 유망한 후보가 될 수 있습니다. 특정 약물의 항노화 효과가 관찰된 것 외에도, 피부 노화는 자연 유래 생물활성 물질과 약용 식물을 통해 억제될 수 있습니다 [14,15,16,17,18]. 식물 자원을 자연 항산화제 및 효소 억제제로 연구하는 것은 피부 장벽 장애, 염증, 멜라닌 과색소침착, 다양한 피부 질환과의 관계에 초점을 맞추어 왔습니다. 이들은 피부 노화 과정을 억제하거나 방해하는 것을 목표로 하는 화장품 제형의 귀중한 성분으로 자리 잡았습니다 [19].

식물 추출물이나 기관(잎, 과일, 꽃, 껍질, 뿌리)을 제약 및 화장품 분야에서 사용하는 것은 고대부터 이어져 왔습니다 [20]. 식물 활성 성분은 보습, 영양 공급, 광 보호, 항산화, 주름 방지, 수렴, 세정, 미백 등 다양한 기능을 담당합니다 [16,19,21,22,23,24,25]. 천연 기반 제품에 대한 전 세계적 관심은 이러한 제품의 수요 증가를 이끌었으며 빠르게 성장하는 시장을 형성했습니다. 세계의 허브 생산량은 연간 0.5백만 톤에 달하며, 약 70,000헥타르의 재배 면적을 차지합니다. 그러나 전통적인 식물 원료 생산은 기후 조건, 토양 구성, 식물의 유전적 특성 등에 크게 의존합니다. 따라서 제약 및 화장품 생산에 필요한 균일한 원료를 확보하는 것이 어렵습니다 [26]. 기술의 발전으로 현대 생물공학은 기후, 계절, 지리적 요인에 독립적인 바이오매스 생산과 식물 줄기세포로부터 이러한 가치 있는 화합물을 제어된 추출 과정을 통해 생산할 수 있게 되었습니다. 이 접근 방식은 우수한 품질, 빠른 속도, 일관성, 그리고 2차 대사체 화합물의 생산량을 증가시키며, 동시에 균일한 바이오매스를 제공하며 좋은 실험실 관행(GLP)과 좋은 제조 관행(GMP)을 준수합니다 [27].

이 연구는 2013년부터 2023년까지

식물 유래 줄기세포와 연령 관련 피부 노화와의 관련성에 대한

최신 진전과 과학적 연구를 개괄합니다.

이 검토에서는

다양한 식물 종으로부터 식물 줄기세포의 생산이 강조되었습니다.

또한 식물 생물공학을 통해 생산된

식물 줄기세포의 노화 억제제/노화 모방제로서의 가능성에 주목했습니다.

2. Methodology

A review of the literature was conducted to provide an overview of the data about the role of plant stem cells in skin senescence. The findings are shown in the format of a topical overview. Publications were retrieved from the academic search engines PubMed, Google Scholar, Scopus, and ScienceDirect, and the standard search engine Google. Multiple search terms were used, including ‘skin’, ‘senescence’, ‘plant’, and ‘stem cells’. A hand search of relevant journals and reference lists was also conducted. The abstracts were read to assess their relevance. Studies about the properties and application of plant stem cells in cosmetology, published between 2013 and 2023, were selected based on the experimental workflow, starting cell culture production on in vitro or in vivo studies on skin-derived cells. Using this method, 28 papers were identified. Each publication was then read and analyzed, allowing the identification of the relevant references, and an additional 75 relevant papers were included in this review.

2. 방법론

식물 줄기세포가 피부 노화에 미치는 역할을 이해하기 위해 문헌 검토가 수행되었습니다. 결과는 주제별 개요 형식으로 제시되었습니다. 학술 검색 엔진 PubMed, Google Scholar, Scopus, ScienceDirect 및 일반 검색 엔진 Google을 통해 관련 논문을 검색했습니다. ‘피부’, ‘노화’, ‘식물’, ‘줄기세포’ 등 다중 검색어를 사용했습니다. 관련 학술지 및 참고문헌 목록에 대한 수동 검색도 수행되었습니다. 초록을 읽고 관련성을 평가했습니다. 2013년부터 2023년까지 발표된 식물 줄기세포의 특성 및 화장품 분야 적용에 관한 연구 중, 체외 또는 체내 연구에서 피부 유래 세포를 대상으로 한 실험 워크플로우를 기반으로 28편의 논문이 선정되었습니다. 그런 다음 각 논문을 읽고 분석하여 관련 참고 문헌을 확인한 결과, 75건의 관련 논문이 추가로 이 리뷰에 포함되었습니다.

3. Divide and Conquer: Harnessing Biotechnology for Plant Stem Cell Cultivation

Plants are totipotent, which means they can grow, develop (self-renewability), and differentiate cells to regenerate whole plant bodies for an unlimited period of time [28,29]. That ability is lost by some animal cells after the embryonic phase. Primary stem cells in intact plants are established during the process of embryogenesis. They are later localized in the specialized meristem structure in the shoot (shoot apical meristem—SAM), root (root apical meristem—RAM), and (pro)cambium [28,30,31]. A transit-amplifying matrix cell population in the meristem peripheral zone surrounds the stem cells in the shoots. Meanwhile, stem cells in the root rely on the quiescent center as the source of the maintenance signal [30]. Secondary meristems established during the post-embryogenesis phase include cambium, phellogen, and traumatic meristem (callus). As seen in Figure 1, the callus, a collective unorganized cell mass, can still be generated by the whole plant body in response to stressors (physical, chemical, or biological) [28,32].

3. 분할과 정복: 식물 줄기 세포 배양을 위한 생명 공학의 활용

식물은 다능성(totipotent)을 가지고 있어, 성장, 발달(자가 재생 능력) 및 세포 분화를 통해 무제한으로 전체 식물체를 재생할 수 있습니다 [28,29]. 이 능력은 일부 동물 세포는 배아 단계 이후에 상실됩니다. 완전한 식물에서 원시 줄기 세포는 배아 발생 과정에서 형성됩니다. 이들은 나중에 줄기(줄기 끝 분열 조직—SAM), 뿌리(뿌리 끝 분열 조직—RAM), 및 (프로)카미움에 위치한 특수 분열 조직에 국한됩니다 [28,30,31]. 분열 조직 주변의 과도 증식 매트릭스 세포 집단은 줄기 세포를 둘러싸고 있습니다. 한편, 뿌리의 줄기 세포는 유지 신호의 원천으로 휴면 중심에 의존합니다 [30]. 배아 발생 후 단계에서 형성되는 2차 분열 조직에는 캄비움, 펠로겐, 외상 분열 조직(칼루스)이 포함됩니다. 

그림 1에서 볼 수 있듯이,

콜러스는 스트레스 요인(물리적, 화학적, 생물학적)에 반응하여 전체 식물체에서 생성될 수 있는

조직화되지 않은 세포 덩어리입니다 [28,32].

Figure 1. Plant callus, the unorganized cell mass, which has been obtained and maintained through the use of biotechnological methods, is capable of producing a higher quality of secondary metabolite compounds and has the additional benefits of continuous production, a higher production yield, and a phytochemically uniform product. Selected lines of stabilized homogenous callus lines of (a,b) Eryngium planum, (c) Plantago ovata, (d,e) Lychnis flos-cuculi, (f) Chaenomeles japonica cultured under controlled conditions at Laboratory of Pharmaceutical Biology and Biotechnology, Collegium

Pharmaceuticum, Poznan University of Medical Sciences.

Stable cell suspension cultures can be generated when undifferentiated cells/calluses are propagated under a controlled liquid media environment. Biotechnological methods for the development of plant cell culture offer a renewable and environmentally sustainable alternative to extracting bioactive compounds [33]. The workflow for obtaining cell culture is presented in Figure 2.

그림 1. 식물 콜러스는 생물공학 기술을 통해 얻고 유지된 무조직 세포 덩어리로, 고품질의 2차 대사산물 화합물을 생산할 수 있으며, 지속적인 생산, 높은 생산량, 식물화학적으로 균일한 제품이라는 추가적인 장점을 가지고 있습니다. (a,b) Eryngium planum, (c) Plantago ovata, (d,e) Lychnis flos-cuculi, (f) Chaenomeles japonica의 안정화된 균일한 콜러스 계통의 선택된 계통은 Poznan 의과대학 약학 생물학 및 생물공학 연구실

Pharmaceuticum, Poznan 의과대학에서 통제된 조건 하에서 배양되었습니다.

분화되지 않은 세포/콜라스를 통제된 액체 배지 환경에서 배양하면 안정적인 세포 현탁 배양을 생성할 수 있습니다. 식물 세포 배양 개발을 위한 생물공학 방법은 생물활성 화합물을 추출하는 전통적인 방법에 비해 재생 가능하고 환경 친화적인 대안을 제공합니다 [33]. 세포 배양을 얻는 작업 흐름도는 Figure 2에 제시되어 있습니다.

현대 과학으로 식물 조직 배양 과정에서 **식물유래 줄기세포(Plant-derived stem cells)**를 추출하거나 유도할 수 있습니다. 사실, 식물 조직 배양의 여러 단계 자체가 식물 줄기세포의 특성을 활용하는 과정이라고 할 수 있습니다.

식물 줄기세포와 캘러스의 관계:

식물은 동물과 달리 줄기세포가 특정 기관에 국한되어 있지 않고, 분화된 세포도 특정 조건에서 쉽게 탈분화(dedifferentiation)하여 줄기세포와 같은 능력을 얻을 수 있습니다. 이러한 능력을 **전형성능(totipotency)**이라고 합니다.

캘러스(callus)는 바로 이러한 식물의 전형성능을 기반으로 만들어지는 것입니다.

캘러스는 본질적으로 '줄기세포 유사' 덩어리입니다. 외식편(잎, 줄기 조각 등)의 분화된 세포들이 배지 내의 호르몬(특히 옥신과 사이토키닌) 자극에 의해 탈분화하여, 무정형의 미분화 세포 덩어리인 캘러스를 형성합니다. 이 캘러스 세포들은 왕성하게 분열하고, 적절한 조건이 주어지면 뿌리, 줄기, 그리고 완전한 식물체로 다시 분화(재분화)할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 점에서 캘러스 세포들은 동물 줄기세포와 유사한 특징(자기복제, 다분화능)을 가지고 있다고 볼 수 있습니다

캘러스 배양을 통해 얻은 세포 덩어리 또는 액체 현탁 배양에서 얻은 세포는 '식물유래 줄기세포'로 불리며, 다음과 같은 방식으로 활용됩니다:

1. 세포 현탁 배양: 캘러스를 액체 배지에 넣어 대량의 세포를 현탁 배양하면, 이 세포들은 분화되지 않은 상태를 유지하며 지속적으로 증식합니다. 이 세포들이 바로 '식물유래 줄기세포' 또는 '미분화 식물 세포'의 주된 공급원입니다.
2. 유용 물질 생산: 이들 식물유래 줄기세포는 모식물이 생산하는 다양한 이차 대사산물(예: 항산화 물질, 항염증 물질, 향료, 의약품 원료 등)을 효율적으로 생산할 수 있습니다. 특정 활성 성분을 함유한 식물의 줄기세포를 배양하여 대량 생산하는 기술은 이미 화장품, 건강 기능 식품, 의약품 분야에서 활발히 연구되고 상업적으로 적용되고 있습니다 (예: 인삼 캘러스 배양 세포, 녹차 캘러스 세포 등).
3. 생명공학 연구: 식물 줄기세포는 유전자 편집, 형질 전환 등의 생명공학 연구에서 중요한 재료로 사용됩니다.
4. 식물 번식 및 보존: 희귀하거나 멸종 위기에 처한 식물을 대량으로 번식시키고 보존하는 데 사용됩니다.

정리하자면:

제공된 이미지의 식물 조직 배양 과정, 특히 캘러스 유도 및 액체 배지에서의 세포 바이오매스 생산 단계는 본질적으로 식물유래 줄기세포(혹은 줄기세포와 같은 특성을 가진 미분화 세포)를 대량으로 증식시키고 추출하는 과정이라고 볼 수 있습니다. 이 기술은 현대 식물 생명공학의 중요한 기반 중 하나입니다.

Figure 2. Schematic presentation of biotechnological steps in the process of obtaining plant secondary stem cells.

Until recently, cosmetic industries have been using extracts or compounds isolated from plants traditionally grown in the ground or harvested from various natural sites. However, the provision of fresh materials, regardless of the season and the plant reproductive cycle, has always been the source of limitations to their application in both the pharmaceutical and cosmetic industries, e.g., instability of cultivating some taxa, low metabolite content in the raw materials, and challenges associated with the extraction process [27]. Thus, the novel approach to producing quality-controlled anti-senescence plant-derived bioactive components—in vitro plant tissue and cell culture—will be perceived as a valid alternative. Callus development in plants is triggered by robust stimulation of the meristem, which hosts plant stem cells and serves as the primary origin of all plant tissues [34].

그림 2. 식물 2차 줄기세포를 얻는 과정에서의 생물공학 단계의 개념도.

최근까지 화장품 산업은 전통적으로 땅에서 재배되거나 다양한 자연 지역에서 채취된 식물에서 추출한 추출물이나 화합물을 사용해 왔습니다. 그러나 계절이나 식물의 생식 주기와 무관하게 신선한 원료를 공급하는 것은 제약 및 화장품 산업에서의 적용에 있어 항상 한계 요인으로 작용해 왔습니다. 예를 들어, 일부 종의 배양 불안정성, 원료 내 대사체 함량 저하, 추출 과정과 관련된 어려움 등이 있습니다 [27]. 따라서 품질 관리가 가능한 항노화 식물 유래 생물활성 성분을 생산하는 새로운 접근 방식인 체외 식물 조직 및 세포 배양은 유효한 대안으로 인식될 것입니다.

식물의 콜러스 발달은

식물 줄기 세포를 포함하고

모든 식물 조직의 주요 기원인 분열 조직의 강력한 자극에 의해 유발됩니다 [34].

Not only are the products obtained using biotechnology methods reproducible, but they also meet the requirements of good manufacturing (GMP) and laboratory practices (GLPs). Standardized and controlled conditions allow the achievement of repeatable conditions, regardless of the geophysical properties, and avoid environmental contamination [27,35,36]. The development of plant cell cultures using biotechnology methods provides better quality secondary metabolite compounds, continuous production, higher production yield, and phytochemically uniform biomass [27,37]. Some publications have reported in vitro plant systems producing secondary metabolites [38,39,40,41], and these promising compounds are beneficial for skin health and aesthetics [33,42,43,44,45,46,47]. Species for which phytochemical and skin activity studies were conducted simultaneously in recent years were selected and are presented in Table 1. Moreover, plant stem cell extracts have been studied for their cosmetic properties, with the extracts often being formulated into creams for topical application. Research shows that these extracts have positive effects on skin physiology, as summarized in Table 2.

생물공학 방법을 통해 얻은 제품은 재현 가능할 뿐만 아니라 우수 제조 기준(GMP) 및 실험실 기준(GLP)을 충족합니다. 표준화되고 통제된 조건은 지리적 특성에도 불구하고 반복 가능한 조건을 달성하며 환경 오염을 방지합니다 [27,35,36]. 생물공학 방법을 활용한 식물 세포 배양 기술은 더 우수한 품질의 2차 대사산물 화합물, 연속 생산, 높은 생산 수율, 식물 화학적으로 균일한 생물질을 제공합니다 [27,37]. 일부 연구에서는 체외 식물 시스템에서 2차 대사물질을 생산하는 사례가 보고되었으며 [38,39,40,41], 이러한 유망한 화합물은 피부 건강과 미용에 유익합니다 [33,42,43,44,45,46,47]. 최근 몇 년간 식물 화학 및 피부 활성 연구를 동시에 수행한 종들이 선정되어 표 1에 제시되었습니다. 또한 식물 줄기 세포 추출물은 화장품 성분으로 연구되어 왔으며, 추출물은 종종 크림 형태로 제형화되어 국소 적용에 사용됩니다. 연구 결과, 이러한 추출물은 피부 생리학에 긍정적인 영향을 미친다는 것이 표 2에 요약되어 있습니다.

Table 1. Plant stem cell culture with biological activities in skin senescence (in vitro and in vivo study).

Table 2. Clinical applications of plant stem cells against skin aging.

4. Mechanistic Insights into the Skin Aging of Plant-Derived Stem Cells

Because of its strategic placement, human skin is susceptible to intrinsic and extrinsic aging. Internal/endogenous factors, such as genetic makeup, hormone changes, or inflammation, often impact intrinsic aging, resulting in stem cell failure and senescent cell accumulation. Extrinsic aging is caused by exogenous causes such as pollution, sunlight exposure, lifestyle, stress, and cellular oxidative stress [73,74]. Figure 3 depicts the external and endogenous factors that contribute to skin aging.

4. 식물 유래 줄기세포의 피부 노화 메커니즘에 대한 이해

인간의 피부는 전략적인 위치에 위치해 있어 내인성 및 외인성 노화에 취약합니다. 유전적 구성, 호르몬 변화, 염증과 같은 내인성/내인적 요인은 종종 내인성 노화에 영향을 미쳐 줄기세포 기능 저하와 노화 세포의 축적을 유발합니다. 외인성 노화는 오염, 자외선 노출, 생활 방식, 스트레스, 세포 산화 스트레스 등 외인성 요인에 의해 유발됩니다 [73,74]. 그림 3은 피부 노화에 기여하는 외부 및 내인성 요인을 보여줍니다.

Figure 3. Schematic representation of exogenous and endogenous factors that contribute to skin aging.

The mechanisms of action of natural senolytics (eliminate senescence cells) or senomorphics (adjust characteristics of senescent cells to mitigate senescence symptoms, without cell elimination) are different and must be fully understood. The role of plant stem cell extracts in preventing cellular senescence is related mainly to oxidative stress, inflammation, and autophagy.

그림 3. 피부 노화에 기여하는 외인성 및 내인성 요인의 개략도.

천연 세노리틱스(노화 세포를 제거) 또는

세노모픽스(세포를 제거하지 않고 노화 세포의 특성을 조정하여 노화 증상을 완화)의 작용 메커니즘은

서로 다르며, 완전히 이해해야 합니다.

세포 노화를 방지하는 식물 줄기 세포 추출물의 역할은

주로 산화 스트레스, 염증 및 자가포식과 관련이 있습니다.

4.1. Antioxidant Activity

Oxidative stress has long been considered one of the significant causes of premature aging [75]. The reactive molecule species, known as oxidants, cause damage to the structure and function of DNA, proteins, and lipids. Moreover, they have negative effects on particular regulatory systems and signaling pathways in cell metabolism [76]. Excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) can induce inflammation by triggering the signaling of the inflammatory process via nuclear factor kappa B (NF-ĸB) and secretion of the pro-inflammatory cytokines, e.g., interleukin 6 (IL-6) cellular senescence, which accelerates skin aging and may be the cause of several dermatoses [55,77,78,79]. Moreover, ROS plays a major role in intrinsic skin aging, and this process is mostly dependent on transcription factors that activate and upregulate the MMP-1, MMP-3, and MMP-9 expression‎ [76]. This way, fibroblasts reduce their proliferative activity, downregulate the extracellular matrix protein synthesis, and become senescent cells [55,79]. The degradation of existing tissue, as well as a decline in the ability of keratinocytes to renew and differentiate, contributes to the aging process [76].

It has been postulated that plant-derived antioxidants, especially plant stem cells, may prevent cell damage by preserving stemness and reducing cellular senescence by ROS targeting [50,80]. Guidoni et al. observed that flavonoids and phenolic compounds in plant stem cell extracts exhibit antioxidant and anti-inflammatory properties by stimulating fibroblasts, increasing their proliferative capacity and migration, and inhibiting the NF-ĸB signaling pathway [55]. Several known plant-derived phenolic acids and vitamins with important antioxidant properties are listed in Table 3 below. However, Kornienko et al. demonstrated that the senolytic effect of antioxidants depends on their dose and the type of target cells [45].

4.1. 항산화 활성

산화 스트레스는

오랫동안 조기 노화의 주요 원인 중 하나로 여겨져 왔습니다 [75].

산화제라고 알려진 반응성 분자 종은

DNA, 단백질, 지질의 구조와 기능에 손상을 입힙니다.

또한 세포 대사에서의 특정 조절 시스템과 신호 전달 경로에 부정적인 영향을 미칩니다 [76].

반응성 산소 종(ROS)의 과도한 축적은

핵 인자 카파 B(NF-ĸB)를 통해 염증 신호 전달을 유발하고

염증성 사이토킨(예: 인터루킨 6(IL-6))의 분비를 촉진하여

세포 노화를 가속화하며,

이는 피부 노화를 촉진하고 여러 피부 질환의 원인이 될 수 있습니다[55,77,78,79].

또한 ROS는 피부 노화의 내인성 과정에 주요 역할을 하며,

이 과정은 주로 MMP-1, MMP-3, MMP-9 발현을 활성화하고 증

가시키는 전사 인자에 의존합니다 [76].

이 과정에서 섬유아세포는 증식 활성을 감소시키고

세포외 기질 단백질 합성을 억제하며 노화 세포로 전환됩니다 [55,79].

기존 조직의 분해 및 각질세포의 재생 및 분화 능력 저하는

노화 과정에 기여합니다 [76].

식물 유래 항산화제,

특히 식물 줄기 세포는

ROS 표적화를 통해 줄기 세포 특성을 유지하고

세포 노화를 감소시켜 세포 손상을 예방할 수 있다는 가설이 제기되었습니다 [50,80].

Guidoni 등[55]은

식물 줄기 세포 추출물 내 플라보노이드와 페놀 화합물이 섬유아세포를 자극하여

증식 능력과 이동성을 증가시키고

NF-ĸB 신호 전달 경로를 억제함으로써

항산화 및 항염증 효과를 나타낸다는 것을 관찰했습니다.

항산화 특성이 중요한 알려진 식물 유래 페놀산과 비타민은

아래 표 3에 열거되어 있습니다.

그러나 Kornienko 등[45]은

항산화제의 세노리틱 효과가 용량과 표적 세포 유형에 따라 달라진다는 것을 입증했습니다.

Table 3. Effect of topically applied major classes of phytoantioxidants on human skin.

SpeciesCommon NameExplantCulture TypeSystemsMediumCompoundsBiological AssaysBiological Activities Associated with Age-Related Skin SenescenceRef

Aster yomena (Kitam.) Honda (Asteraceae)	Japanese aster	Root	Callus and cell suspension	Bioreactor	MS + 1 mg/L 2,4-D	flavonoids (robustic acid, 3,5-Di-O-methyl-8-prenylafzelechin-4beta-ol)	in vitro using keratinocytes	inhibits elastase and MMP-1, promotes type I procollagen synthesis, anti-inflammatory (inhibition of TNF-α, IL-8, and IL-1β), antioxidant activity	[48]
Calycophyllum spruceanum (Benth.) Hook.f. ex K.Schum. (Rubiaceae)	Mulateiro	Seeding	Callus	Flask	MS + 1 mg/L NAA + 1 mg/L BAP	not specified	in vitro using fibroblasts	antioxidant activity and anti-senescence effect against oxidative damage	[49]
Centella asiatica (L.) Urb (Apiaceae)	Asiatic pennywort	Seedling	Callus	Bioreactor	MS + 1 mg/L NAA + 1 mg/L BAP	not specified	in vitro using fibroblasts	inhibits MMP-9 expression‎, antioxidant activity	[50]
Chaenomeles japonica Lindl. ex Spach (Rosaceae)	Flowering quince, he yuan zi	Leaf	Callus	Flask	MS + 1 mg/L 2,4-D + 0.1 mg/L KIN	pentacyclic triterpenoids, flavonoids	in vitro using fibroblasts	antioxidant activity and stimulates fibroblast proliferation	[51]
Citrus junos Siebold ex Tanaka (Rutaceae)	Yuzu	Leaf, flower, seed	Callus and cell suspension	Flask	MS + 2 mg/L Picloram	phenolic compounds (mainly p-hydroxycinnamoylmalic acid)	in vitro using fibroblasts	inhibits the activity of tyrosinase and the biosynthesis of melanin, promotes fibroblast proliferation and the synthesis of procollagen, regenerative activity, moderate antioxidant activity	[52]
Cirsium eriophorum (L.) Scop. (Asteraceae)	Woolly thistle	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + phytohormones	polyphenols	in vitro fibroblasts and keratinocytes, in vivo	regulates essential markers (5α-reductase and trypsin-like serine protease Kallikrein 5) associated with sebum secretion and pore enlargements	[53]
Coffea canephora Pierre ex A.Froehner (Rubiaceae)	Robusta coffee	Leaf	Cell suspension	Flask	½ MS salt + B5 vitamins + 2 mg/L 2,4-D + 1 mg/L BAP	not specified	in vivo	enhances wound healing, facilitates extracellular matrix production, regulates the inflammatory response, and stimulates neovascularization.	[54]
			Callus and cell suspension	Flask	not specified	flavonoids (catechin gallate, rutin), phenolic acids (caffeic acid, rosmarinic acid)	in vitro using fibroblasts	inhibits the NF-ĸB signaling pathway, reduces the production of cytokines (IL-6, TNF-α), increases the proliferation and migration of fibroblasts, and antioxidant activity	[55]
Daphne odora Thunb. (Thymelaeaceae)	Jinchoge, winter daphne	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + 1 mg/L 2,4-D + 0.1 mg/L KIN	flavonoid (kaempferol and glucosidic derivatives, luteolin, daphnodorins), lignans (wikstromol, pinoresinol, and lariciresinol)	in vitro using fibroblasts and keratinocytes, in vivo	modulates the sebum regulator 5α reductase 1, inhibits the pro-inflammatory cytokines IL-1β and IL-8 and TNF-α, increases membrane permeability and nutrient delivery and accelerates the wound healing capacity by inducing actin and fibronectin synthesis	[21]
Dolichos biflorus L. (Fabaceae)	Catjang, sow-pea	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + 1 mg/L 2,4-D + 0.1 mg/L KIN	isoflavones	in vitro using fibroblasts and keratinocytes, in vivo	prevents damage on a cellular level by decreasing the UVB-induced interleukin expression‎, reduces the UVA-induced expression‎ of MMP-1 and MMP-3 enzymes	[56]
Fitzroya cupressoides (Molina) I.M.Johnst (Cupressaceae)	Alerce	Needle	Callus	Flask	½ LP + 1.5 mg/L 2,4-D + 0.75 mg/L of BAP + 1% sucrose	not specified	in vitro using fibroblasts and melanocytes	stimulates cell division in human skin epidermal cells in wound repair mechanism	[57]
Hibiscus sabdariffa L. (Malvaceae)	Red-sorrel, roselle, sereni	Seeding	Callus	Flask	MS + 1 mg/L 2,4-D	peptides	in vitro using keratinocytes	anti-melanogenic effects, functions for skin barrier, antioxidant activity, promotes healing of radiation-injured skin cells	[58]
		Leaf	Callus	Flask	not specified	dipeptide	in vitro using fibroblasts	exhibits potent anti-fibrotic effects	[59]
Hibiscus syriacus L. (Malvaceae)	Rose of Sharon	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + 1 mg/L 2,4-D + 0.1 mg/L KIN	flavonoids, coumarins, naphthalene carbaldehyde	in vitro fibroblasts and keratinocytes	accelerates the wound healing activity (epithelium formation and fibronectin production), increases the expression‎ of genes involved in skin hydration and homeostasis	[60]
Isodon rugosus (Wall. ex Benth.) Codd (Lamiaceae)	Deciduous shrub	Stem, leaf	Callus	Flask	MS + NAA or TDZ or BAP	pentacyclic triterpenoids (plectranthoic acid, oleanolic acid, betulinic acid), phenolic acids (caffeic acid, rosmarinic acid)	in vitro	inhibits degradation of collagen, elastase, hyaluronic acid melanin production, antioxidant activity	[61]
Leontopodium alpinum Colmeiro ex Willk. & Lange (Asteraceae)	Edelweiss	Leaf	Cell suspension	Bioreactor	MS + BAP + 2,4-D	not specified	in vitro using fibroblasts and keratinocytes	decreases COX-2 and iNOS gene expression‎, antioxidant activity, anti-wrinkle activity	[22]
		Stem, leaf	Cell suspension	Flask	MS + 0.3 mg/L 2,4-D + 0.5 mg/L BAP	extracellular vesicles	in vitro using fibroblast, keratinocytes and murine-derived melanoma	antioxidant activity, reducing melanin production, increasing filaggrin, aquaporin 2, and collagen production	[62]
Linum usitatissimum L. (Linaceae)	Flax	Hypocotyl, cotyledon, root	Cell suspension	Flask	MS + 2 mg/L BAP + 0.5 mg/L NAA	neolignan, phenolic acid, furofuran, furan, dibenzylbutane	in vitro	inhibits tyrosinase and elastase, antioxidant activity	[63]
Nelumbo nucifera Gaertn. (Nelombonaceae)	Sacred lotus	Leaf	Cell suspension	Bioreactor	MS + 0.05 mg/L NAA	not specified	in vitro using melanoma, in vivo	antioxidant activity and skin-soothing properties, skin-whitening effect	[23]
Oryza sativa L. (Poaceae)	Rice	Seed	Cell suspension	Flask	Chu N6	phenolic compounds	in vitro using fibroblasts	promotes the migration of fibroblasts to facilitate tissue regeneration and wound healing	[64]
			Callus	Flask	MS + 2 mg/L 2,4-D + 1 mg/L NAA + 1 mg/L BAP	phenolic compounds, amino acids	in vitro using keratinocytes	promotes keratinocyte proliferation, inhibits degradation of collagen and melanin production, antioxidant activity, anti-inflammatory activity	[65]
Pueraria candollei var. mirifica (Airy Shaw & Suvat.) Niyomdham (Fabaceae)	Thai kudzu	Seedling	Cell suspension	Flask	MS + 0.2 mg/L 2,4-D	isoflavonoid (daidzein)	in vitro using fibroblasts	promotes fibroblast proliferation, oxidative damage prevention	[66]
Pyrus pyrifolia (Burm.f.) Nakai (Rosaceae)	Kumoi	Leaf	Cell suspension	Flask	MS + 2 mg/L Picloram	uridine, adenosine, and guanosine	in vitro using fibroblasts and keratinocytes	promotes keratinocyte proliferation and migration, increases procollagen synthesis in fibroblasts; inhibits biosynthesis of melanin, antioxidant activity	[19]
		Cotyledon	Cell suspension	Flask	MS + 2 mg/L Picloram	phenolic compounds, flavonoids	in vitro using fibroblast		[67]
Rubus idaeus L. (Rosaceae)	European raspberry, red raspberry	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + 1 mg/L 2,4-D + 0.1 mg/L KIN	fatty acids (palmitic, stearic, oleic, linoleic, α-linolenic acids, arachidic, arachidonic), phenolic acids (coumaric, ferulic acid), flavonoids (kaempferol)	in vitro using fibroblasts and keratinocytes, in vivo	induces the genes responsible for skin hydration (aquaporin 3, filaggrin, involucrin, and hyaluronic acid synthase), stimulates the expression‎ and activity of glucocerebrosidase for ceramide production	[68]
Rhus coriaria L. (Anacardiaceae)	Sicilian sumac, Tanner’s sumac	Leaf	Cell suspension	Flask	B5 + 0.5 mg/L NAA + 0.2 mg/L IAA + 0.02 mg/L KIN + 4% sucrose	gallic acid	in vitro using fibroblasts and keratinocytes	induces significant keratinocyte migration and wound closure	[69]
Tiarella polyphylla D.Don (Saxifragaceae)	Foam flowers	Stem	Callus	Flask	½ MS + 1 mg/L BAP + 0.3 mg/L 2,4-D	nicotiflorin, astragalin, quercitrin, myricitri	in vitro using fibroblasts	anti-aging via regulation of the type I procollagen reduction and MMP-1 (collagenase-1) secretion in dermal fibroblasts by UVB irradiation	[70]
Woodfordia fruticosa Kurz. (Lythraceae)	Fire flame bush	Leaf	Callus	Flask	½ MS + 0.25 mg/L 2,4,5-T + 0.10 mg/L BAP	polyphenols	in vitro using human and murine fibroblast	increases the synthesis of collagen-I and elastin	[71]

2,4-D—2,4-dichlorophenoxyacetic acid; 2,4,5-T—2,4,5-trichlorophenoxy acetic acid; B5—Gamborg B5 medium; BAP—N6-benzyladenine; GDF11—Growth Differentiation Factor 11; IAA—indole-3-acetic acid; IL—interleukin; KIN—kinetin; MMP—matrix metalloproteinase; MS—Murashige and Skoog medium; NAA—1-aphthaleneacetic acid; LP—Quorin and LePoivre medium; TDZ—thidiazuron; TNF-α—tumor necrosis factor-alpha; UVA/B—Ultraviolet A/B.

UV irradiation is one of the important factors in extrinsic skin aging. This process is caused by UV-A, UV-B, and infrared radiation. UV-B rays can cause DNA breaks in the epidermis and cause immunosuppressive and inflammatory effects [76]. Therefore, many cosmeceutical products promote UV protection activity. The cell extract of Dolichos biflorus was eval‎uated in vitro against fibroblasts and keratinocytes. It exhibits the ability to mitigate cellular damage caused by UV-B radiation by reducing interleukin expression‎. Furthermore, it decreases the production of MMP-1 and MMP-3 caused by UV-A radiation [56]. A similar result was also obtained from Aster yomena and Tiarella polyphylla in the in vitro fibroblast assay [48,70].

4.2. Anti-Inflammatory Activity

Various plant-derived metabolites, such as flavonoid glycosides, phenolic acids, sterols, triterpenes, and lignans, have been proven to exhibit anti-inflammatory activity. It has been demonstrated that the hydrosoluble Rubus ideaus cell culture extract demonstrates significant anti-inflammatory properties, primarily attributed to high concentrations of flavonoids and anthocyanins. This is confirmed by a marked reduction in the expression‎ of inducible Nitric Oxide Synthase 2 (iNOS2) and Cyclo-oxygenase 2 (COX2) [68]. Cho et al. observed that the anti-inflammation activity of the Edelweiss cell extract suppressed iNOS2 and COX2 expression‎ in UV-induced inflammation in a non-dose-dependent manner [22]. Phenolic acid contents in the Cirsium eriophorum cell extract were discovered to play a role in the regulation of the inflammatory response, negatively modulating the overexpression‎ of pro-inflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IL-8, and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) in keratinocytes, due to microbial aggression [53]. All in all, the findings of the abovementioned studies indicate that plant stem cell extracts are effective anti-inflammatory agents in UV-induced and bacterial inflammation.

4.2. 항염증 활성

플라보노이드 글리코시드, 페놀산, 스테롤, 트리테르펜, 리간 등 다양한 식물 유래 대사산물은 항염증 활성을 나타내는 것으로 입증되었습니다. 수용성 Rubus ideaus 세포 배양 추출물이 플라보노이드와 안토시아닌의 높은 농도에 주로 기인한显著한 항염증 특성을 나타내는 것으로 확인되었습니다. 이는 유도성 질소산화효소 2(iNOS2)와 사이클로옥시게나제 2(COX2)의 발현이 현저히 감소한 것으로 확인되었습니다 [68]. Cho 등(Cho et al.)은 에델바이스 세포 추출물의 항염증 활성이 자외선 유발 염증에서 iNOS2와 COX2 발현을 용량 의존적이지 않게 억제한다는 것을 관찰했습니다 [22]. Cirsium eriophorum 세포 추출물의 페놀산 함량은 미생물 공격으로 인한 각질세포에서 염증성 사이토킨 IL-1α, IL-1β, IL-8 및 종양 괴사 인자 알파(TNF-α)의 과발현을 음성적으로 조절함으로써 염증 반응 조절에 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다 [53]. 요약하면, 위에서 언급된 연구 결과는 식물 줄기 세포 추출물이 자외선 유발 및 세균성 염증에서 효과적인 항염증제임을 나타냅니다.

4.3. Regulation of Gene Expression‎

As cell aging progresses, the synthesis of genes related to collagen fiber production decreases, while the presence of matrix metalloproteinases (MMPs), cytokines, chemokines, and growth factors becomes more pronounced [90]. Interactions between plant stem cell extracts, with the proteins involved in the transcription and expression‎ of genes related to cell metabolism, proliferation, inflammation, as well as growth, lead to the elimination of the senescent cells and neutralization of SASP. Plant callus extracts have demonstrated substantial benefits in the treatment of animal cells. A recent study showed that the Swiss apple callus extract stimulated the growth of human stem cells, protected umbilical cord blood stem cells from UV radiation-induced cell death, and reversed the aging process in fibroblasts, resulting in an extended lifetime of human skin cells [72]. Further studies demonstrated that plant stem cell extracts inhibit the activity of elastase [48,61,63], tyrosinase [52], hyaluronidase [61,63], collagenase/MMP-1 [48,56,70], and gelatinase/MMP-2,9 [22,50], thus maintaining skin integrity and containing skin alterations such as skin tones, deep wrinkles, and loss of resilience [61,63]. Higher MMP-2 expression‎ is one of the biomarkers for skin senescence, as it leads to the degradation of the extracellular matrix, causing wrinkles and loss of elasticity [91]. Inhibition of that gene resulted in improved skin elasticity, dermal density, and periorbital wrinkles [22]. Of note, a positive correlation was found between higher MMP-2 expression‎ and longevity, which might be indicative of a link between inflammaging and longevity [92]. Ceramide production through the expression‎ of glucocerebrosidase (GBA) and sphingomyelin phosphodiesterase 1 (Smpd1) increased significantly in keratinocyte cells treated with raspberry stem cell extract. Moreover, the extract also increased the expression‎ of the genes involved in skin hydration, suggesting the effectiveness of the raspberry stem cell extract in maintaining skin hydration and preventing excessive water loss in aged skin [68]. These results indicated that the extract of plant stem cells might effectively exhibit a protective effect in UV-induced photo-aged or photodamaged models [10]. Recently, a combined therapy with plant stem cells has been proposed. Ji et al. reported that plasma-treated plant stem cells showed increased expression‎ of collagen synthesis protein-related genes, resulting in skin regeneration [93].

4.3. 유전자 발현 조절

세포 노화가 진행됨에 따라 콜라겐 섬유 생산과 관련된 유전자 합성이 감소하며, 매트릭스 메탈로프로테아제(MMPs), 사이토킨, 케모카인, 성장 인자의 존재가 두드러집니다 [90].

식물 줄기세포 추출물과

세포 대사, 증식, 염증, 성장과 관련된 유전자 전사 및 발현에 관여하는 단백질 간의 상호작용은

노화 세포의 제거와 SASP의 중화 효과를 유발합니다.

식물 콜러스 추출물은

동물 세포 치료에 상당한 이점을 보여주었습니다.

최근 연구에서 스위스 사과 콜러스 추출물이

인간 줄기 세포의 성장을 촉진하고,

제대혈 줄기 세포를 자외선 방사선으로 인한 세포 사멸로부터 보호하며,

섬유아세포의 노화 과정을 역전시켜 인간 피부 세포의 수명을 연장시켰습니다 [72].

추가 연구에서는

식물 줄기 세포 추출물이 엘

라스테이스 [48,61,63], 티로시나제 [52], 히알루로니다제 [61,63],

콜라게나제/MMP-1 [48,56,70], 및 게라티나제/MMP-2,9 [22,50]의

활성을 억제하여 피부 무결성을 유지하고

피부 색조, 깊은 주름, 탄력 상실 등 피부 변화를 억제합니다 [61,63].

MMP-2 발현 증가가 피부 노화의 생물학적 지표 중 하나로,

이는 세포외 기질의 분해로 주름과 탄력 상실을 유발합니다 [91].

해당 유전자 억제는

피부 탄력, 진피 밀도, 눈 주위 주름 개선을 가져왔습니다 [22].

주목할 점은 MMP-2 발현 증가와 수명 사이의 양의 상관관계가 발견되었으며, 이는 염증성 노화와 수명 사이의 연관성을 시사할 수 있습니다 [92]. 글루코세레브로시다아제 (GBA)와 스핑고미엘린 포스포디에스테라제 1 (Smpd1)의 발현을 통해 세라마이드 생산이 라즈베리 줄기세포 추출물로 처리된 케라티노사이트 세포에서 유의미하게 증가했습니다. 또한, 해당 추출물은 피부 수분 유지에 관여하는 유전자 발현을 증가시켜, 라즈베리 줄기세포 추출물이 노화된 피부에서 피부 수분 유지와 과도한 수분 손실을 방지하는 데 효과적일 수 있음을 시사합니다 [68]. 이 결과는 식물 줄기세포 추출물이 자외선으로 인한 광노화 또는 광손상 모델에서 보호 효과를 효과적으로 발휘할 수 있음을 시사합니다 [10]. 최근 식물 줄기세포를 결합한 치료법이 제안되었습니다. Ji 등[93]은 플라즈마 처리된 식물 줄기세포가 콜라겐 합성 단백질 관련 유전자 발현이 증가하여 피부 재생 효과를 보였다고 보고했습니다.

4.4. Improving Cell Proliferation

During the process of wound healing, the tissue undergoes four overlapping phases: hemostasis, inflammation, proliferation, and remodeling. The hemostasis and the inflammation phases occur immediately after injury and are associated with the removal of dead cells [90]. The occurrence of tissue injury initiates the activation of immune cells, resulting in the generation of pro-inflammatory cytokines. These include potent initiators of fibrogenesis such as IL-1β, TNF-α, and transforming growth factor beta (TGF-β) [94]. Cells treated with Daphne odora and Coffea canephora stem cell extracts suppressed pro-inflammatory cytokines TNF-α and IL-6 as well as IL-1β and IL-8, respectively [21,55]. Moreover, the Coffea canephora extract inhibited the NF-κB transcription factor. The results suggest that the flavonoids, phenolic acids, and lignan components from the stem cells of these species are valuable anti-inflammatory and anti-fibrotic agents in skin wound healing. Anti-fibrotic activity was also reported for the dipeptide Gly-Pro (GP) isolated from the Hibiscus sabdariffa cell culture. It is postulated that the activity was achieved by regulating the TGF-β1-ATF4-serine/glycine biosynthesis pathway [59].

Mechanical stress and TGF-β signaling at the proliferation stage cause the cells to migrate into the wound site. Under the regulation of TGF-β, fibroblasts could multiply and secrete collagens I and III and fibronectin [95,96]. It was further shown that senescent cells accelerate wound closure by inducing myofibroblast differentiation through platelet-derived growth factor AA (PDGF-AA) secretion [95] and restricting fibrosis formation due to matricellular protein CCN1 expression‎ in the wound site [83]. Plant stem cell extracts can accelerate healing of the skin cells during the proliferation phase. The mechanism of wound healing through fibroblast or keratinocyte proliferation was shown to be stimulated by Fitzroya cupressoides [57], Citrus junos [52], Coffea canephora [54,55], Pueraria candollei [66], and Pyrus pyrifolia [19] from their scratch test assay. Moreover, these extracts also induce cell migration [19,55,64,69], resulting in accelerated wound closure. The deposition of the extracellular matrix proteins and cellular adhesion through fibronectin synthesis was also observed after treatment with Daphne odora [21] and Hibiscus syriacus [60]. However, a detailed understanding of how plant stem cell extracts improve wound healing at the molecular level remains to be fully elucidated.

4.4. 세포 증식 개선

상처 치유 과정은 출혈 억제, 염증, 증식, 재구성이라는 네 가지 중첩된 단계로 진행됩니다. 출혈 억제와 염증 단계는 상처 발생 직후 발생하며 죽은 세포 제거와 관련됩니다 [90]. 조직 손상은 면역 세포의 활성화를 유발하여 염증성 사이토카인의 생성을 초래합니다. 이 중 IL-1β, TNF-α, 변형 성장 인자 베타(TGF-β) 등은 섬유화 촉진에 강력한 역할을 하는 물질입니다 [94]. Daphne odora와 Coffea canephora 줄기세포 추출물로 처리된 세포는 염증성 사이토카인 TNF-α와 IL-6, IL-1β 및 IL-8의 발현을 각각 억제했습니다 [21,55]. 또한 Coffea canephora 추출물은 NF-κB 전사 인자의 활성을 억제했습니다. 이 결과는 이러한 종의 줄기세포에서 유래한 플라보노이드, 페놀산, 리간 성분이 피부 상처 치유에 유용한 항염증 및 항섬유화제로 작용할 수 있음을 시사합니다. Hibiscus sabdariffa 세포 배양에서 분리된 이펩티드 Gly-Pro (GP)에 대한 항섬유화 활성도 보고되었습니다. 이 활성은 TGF-β1-ATF4-세린/글리신 생합성 경로를 조절함으로써 달성되었다고 추정됩니다 [59].

기계적 스트레스와 TGF-β 신호전달은 증식 단계에서 세포가 상처 부위로 이동하도록 유발합니다. TGF-β의 조절 하에 섬유아세포는 콜라겐 I과 III 및 피브로네кти인을 분비하며 증식합니다 [95,96]. 또한 노화 세포는 혈소판 유래 성장 인자 AA (PDGF-AA) 분비를 통해 근육 섬유아세포 분화를 유도하여 상처 폐쇄를 가속화하며 [95], 상처 부위에서 매트릭셀 단백질 CCN1 발현을 통해 섬유화 형성을 억제하는 것으로 밝혀졌습니다 [83]. 식물 줄기세포 추출물은 증식 단계에서 피부 세포의 치유를 가속화합니다. 섬유모세포 또는 각질세포 증식을 통해 상처 치유 메커니즘이 Fitzroya cupressoides [57], Citrus junos [52], Coffea canephora [54,55], Pueraria candollei [66], 및 Pyrus pyrifolia [19]의 긁힘 시험 분석을 통해 자극받는 것으로 나타났습니다. 또한 이러한 추출물은 세포 이동을 유도하여 [19,55,64,69] 상처 폐쇄를 가속화합니다. Daphne odora [21]와 Hibiscus syriacus [60] 처리 후 섬유연결단백질 합성을 통해 세포 외 기질 단백질 침착과 세포 부착이 관찰되었습니다. 그러나 식물 줄기세포 추출물이 분자 수준에서 상처 치유를 개선하는 메커니즘은 아직 완전히 규명되지 않았습니다.

5. Promising Agent for Skin Aging Treatment: Extracellular Vesicles

Extracellular vesicles (EVs) have received a significant amount of attention, emerging as potential agents for the treatment of skin aging [97,98,99,100,101] and facilitators of intercellular communication through biomolecules. Despite restricted understanding, plant-derived EVs show promise in skin rejuvenation because they exhibit favorable biological characteristics for treating age-related skin conditions [102]. It is postulated that plant stem cells release exosome-like structures when cultured in vitro and that these vesicles may harbor anti-inflammatory and potentially regenerative functions. Recent findings indicate that exosome-like structures from plant stem cells might stimulate skin fibroblast proliferation, collagen production, and in vitro wound healing. Furthermore, they can reduce pigmentation of the melanocytes and decrease anti-inflammatory function in the macrophages [103]. EVs are small lipid bilayer nanoparticles released into the extracellular space by various cell types. They may be classified into three types based on size and biogenesis: exosomes (50–200 nm), microvesicles (100–1000 nm), and apoptotic bodies (500–5000 nm) [104,105,106]. Interestingly, several sources reported that callus-derived EVs seemed promising as far as skin aging therapies were concerned [62]. The mechanism of anti-senescence action of callus-derived EVs involves inhibition of ROS production, reduction in melanin production, and increased expression‎ of essential skin proteins (filaggrin—FLG, aquaporin 3—AQP3, collagen type 1—COL1) in fibroblasts [62]. Further characterization and functional studies of exosomes derived from plant stem cells are necessary.

5. 피부 노화 치료를 위한 유망한 제제: 세포외 소포

세포외 소포(EVs)는

피부 노화 치료[97,98,99,100,101] 및 생물분자를 통해 세포 간 통신을 촉진하는 잠재적 제제로 주목받고 있습니다.

제한된 이해에도 불구하고,

식물 유래 EVs는

노화 관련 피부 질환 치료에 유리한 생물학적 특성을 보여 피부 재생에 유망합니다 [102].

식물 줄기세포가 체외 배양 시 엑소좀 유사 구조물을 방출하며,

이러한 소포체가 항염증 및 잠재적 재생 기능을 갖출 수 있다는 가설이 제기되었습니다.

최근 연구 결과,

식물 줄기세포에서 유래한 엑소좀 유사 구조물이

피부 섬유아세포 증식, 콜라겐 생성, 체외 상처 치유를 촉진할 수 있음을 보여주었습니다.

또한 멜라노사이트의 색소 침착을 감소시키고 대식세포의 항염증 기능을 억제하는 것으로 나타났습니다 [103]. 엑소좀은 다양한 세포 유형에 의해 세포 외 공간으로 방출되는 작은 지질 이중층 나노입자입니다. 크기와 생합성 방식에 따라 세 가지 유형으로 분류됩니다: 엑소좀(50–200 nm), 마이크로베시클(100–1000 nm), 아포토틱 바디(500–5000 nm) [104,105,106]. 흥미롭게도 여러 연구에서 콜러스 유래 엑소좀이 피부 노화 치료에 유망한 것으로 보고되었습니다 [62]. 콜러스 유래 엑소좀의 항노화 작용 메커니즘은 ROS 생성 억제, 멜라닌 생성 감소, 섬유아세포에서 필수 피부 단백질(필라그린—FLG, 아쿠아포린 3—AQP3, 콜라겐 유형 1—COL1)의 발현 증가를 포함합니다 [62]. 식물 줄기세포 유래 엑소좀의 추가적인 특성 분석과 기능 연구가 필요합니다.

6. Large-Scale Production of Plant Cell Cultures

The research on cultivating plant cells and organs continued to advance to acquire a greater phytochemical output, particularly for industrial-scale manufacturing. Routien and Nickell discovered a method of cultivating plants in liquid culture under submerged and aerated conditions, which was followed by the production of secondary metabolites from Lithospermum erythrorhizon Sieb. et Zucc. and Coptis japonica (Thunb.) Makino using suspension culture systems of a mass of undifferentiated cells for shikonin and berberine production [107]. A breakthrough in cosmetic application and production from plant stem cells began with the publication of the findings of the research on Malus domesticus stem cells for skin and hair longevity [72]. Since then, knowledge and understanding of the manufacturing process based on plant cell culture improved greatly and found its way into the cosmetic industry.

Stirred-tank and wave bioreactors are effective systems for producing plant cell cultures. A stirred-tank bioreactor is the most common because it provides simple scalability, high oxygen transfer capability, a proper fluid mixing system, and a wide range of alternative impellers [108]. The process of Paclitaxel production uses stainless steel bioreactors with a capacity of up to 75,000 L, demonstrating the robustness and capability of mass-scale production [37]. This type of bioreactor is widely used in cosmetic industries, e.g., for the cell cultures of cloudberry [109], marigolds [33], Japanese aster [48], Asiatic pennywort [50], Edelweiss [22] and sacred lotus [23], as shown in Table 1.

Wave bioreactors adopt the mixing mechanism based on the rocking wave-like movement of a disposable inflated bag-like container. The motion also promotes oxygenation and bulk mixing with shear, stress-free characteristics. Moreover, a wave bioreactor is easy to operate and time-effective (no preparation, cleaning, or sterilization is required). Also, it increases biomass productivity, does not change cell morphology, and has low contamination risk [110,111]. A wave bioreactor is used to produce pharmaceutically important isoflavones from Glycine max (L.) Merr. and Nicotiana tabacum L. suspension cells up to 70 and 100 L working volume [112]. Wave bioreactors have also found practical applications in the production of cellular biomass, which is an ingredient of cosmetic formulations containing such valuable taxa as Malus domestica Borkh. [24,72], Vitis vinifera L., Argania spinosa (L.) Sheels, and Rhododendron ferrugineum L. [37,113].

6. 식물 세포 배양의 대량 생산

식물 세포 및 기관 배양 연구는 특히 산업 규모 제조를 위해 더 많은 식물 화학 물질 생산을 목표로 계속 발전해 왔습니다. Routien과 Nickell은 침지 및 산소 공급 조건 하에서 액체 배양으로 식물을 배양하는 방법을 발견했으며, 이는 Lithospermum erythrorhizon Sieb. et Zucc.와 Coptis japonica (Thunb.) Makino에서 시코닌과 베르베린 생산을 위해 미분화 세포 덩어리를 이용한 현탁 배양 시스템을 통해 2차 대사산물 생산으로 이어졌습니다 [107]. 식물 줄기세포를 활용한 화장품 응용 및 생산 분야의 혁신은 Malus domesticus 줄기세포를 활용한 피부 및 모발 노화 방지 연구 결과 발표[72]로 시작되었습니다. 이후 식물 세포 배양을 기반으로 한 제조 공정 관련 지식과 이해가 크게 발전했으며, 이는 화장품 산업에 적용되었습니다.

교반 탱크 및 파동 생물반응기는 식물 세포 배양 생산에 효과적인 시스템입니다. 교반 탱크 바이오리액터는 단순한 확장성, 높은 산소 전달 능력, 적절한 유체 혼합 시스템, 다양한 대체 임펠러를 제공하기 때문에 가장 널리 사용됩니다 [108]. 파클리탁셀 생산 과정에는 최대 75,000L 용량의 스테인리스 스틸 바이오리액터가 사용되며, 이는 대량 생산의 견고성과 능력을 입증했습니다 [37]. 이 유형의 생물반응기는 화장품 산업에서 널리 사용되며, 예를 들어 클라우드베리[109], 마리골드[33], 일본 아스터[48], 아시아 펜니워트[50], 에델바이스[22], 성스러운 연꽃[23]의 세포 배양에 사용됩니다(표 1 참조).

웨이브 바이오리액터는 일회용 부풀린 가방 모양의 용기가 흔들리는 파도 같은 운동을 기반으로 한 혼합 메커니즘을 채택합니다. 이 운동은 산소 공급과 전단력 없이 혼합을 촉진합니다. 또한 웨이브 바이오리액터는 운영이 간편하고 시간 효율적입니다(준비, 세척, 또는 멸균이 필요 없습니다). 또한 생물량 생산성을 높이고 세포 형태를 변화시키지 않으며 오염 위험이 낮습니다 [110,111]. 파동 생물반응기는 Glycine max (L.) Merr. 및 Nicotiana tabacum L. 현탁 세포로부터 약학적으로 중요한 이소플라본을 생산하기 위해 70 및 100 L 작업 용량까지 사용되었습니다 [112]. 파동형 생물반응기는 화장품 제형에 사용되는 귀중한 식물 종인 Malus domestica Borkh. [24,72], Vitis vinifera L., Argania spinosa (L.) Sheels, 및 Rhododendron ferrugineum L. [37,113]을 포함한 세포 생물량 생산에 실용적인 응용을 찾았습니다.

7. Limitations

Although plant stem cells could overcome conventional challenges associated with plant material, such as limited plant quantities, undomesticated species, and sometimes rare plant sources, they are not without limitations and drawbacks. Plant growth regulators are used for the induction and proliferation of plant stem cells, such as 2,4-D, BAP, Picloram, Dicamba, Kinetin, and NAA, as listed in Table 1. Although these regulators are potent for plant cell induction and proliferation, some are hazardous to the environment and animal biological system—for instance, 2,4-D. Previous studies on 2,4-D (growth regulator and herbicide) revealed that it polluted the soil, air, and surface water and could cause neuropathologic effects in animal models [114,115]. Therefore, additional efforts must be made to dispose of by-products and waste properly. In addition, Muselikova and Mouralova have recently reported that using 2,4-D at different concentrations leads to morphological changes in the plant model, BY-2 tobacco, and anomalous tumor-type proliferation growth [116]. Their research might explain the effectiveness of 2,4-D as an inductor and proliferator for plant stem cells. However, it also implies that the quality system frameworks are crucial. Regular testing should be done to ensure that there is no bioaccumulation of harmful and toxic compounds on the final product that may cause illness [117,118].

Research on the use of plant stem cells as an active ingredient is a relatively new trend in cosmetology. While skincare products containing plant stem cells have shown various advantageous benefits on aging skin, there are still numerous concerns that may restrict their usage. Although cosmetics do not include live stem cells, they utilize stem cell extracts to reduce wrinkles and enhance skin firmness through their action and antioxidant properties [43,44]. These extracts are commonly found in cosmetic products, but their effectiveness may be hindered by limited transdermal penetration. To address this, further research is needed to optimize formulations and overcome the skin’s natural barrier function. Additionally, the application of plant stem cells in clinical practice is a recent and emerging approach; thus, long-term side effects may still need to be discovered. Therefore, the effects of plant stem cells on aging skin still require further, better, and more profound research.

The production of valuable extracts or secondary metabolites from plant stem cells requires fulfilling the quality system frameworks, including good manufacturing practices (GMP), good laboratory practices (GLPs), quality control (QC), and quality assurance (QA) [119]. Potential challenges during plant stem cell production include ensuring product consistency and purity, controlling microbiological contaminations, and ensuring product comparability [118]. Furthermore, ethical issues must be considered when the research progresses to trials using animal models or clinical trials [119]. All these practices are essential to ensure the safety of consumers.

7. 한계점

식물 줄기세포는 식물 재료와 관련된 전통적인 문제점(예: 제한된 식물 양, 야생종, 때로는 희귀한 식물 원천)을 극복할 수 있지만, 한계와 단점이 존재합니다. 식물 줄기세포의 유도 및 증식을 위해 2,4-D, BAP, Picloram, Dicamba, Kinetin, NAA 등 식물 성장 조절제가 사용되며, 이는 표 1에 열거되어 있습니다. 이러한 조절제는 식물 세포 유도 및 증식에 효과적이지만, 일부는 환경 및 동물 생물학적 시스템에 유해할 수 있습니다. 예를 들어, 2,4-D는 토양, 공기, 표면수를 오염시키고 동물 모델에서 신경병리학적 효과를 유발할 수 있다는 이전 연구 결과가 있습니다 [114,115]. 따라서 부산물 및 폐기물을 적절히 처리하기 위한 추가적인 노력이 필요합니다. 또한 Muselikova와 Mouralova는 최근 2,4-D를 다양한 농도로 사용했을 때 식물 모델인 BY-2 담배에서 형태학적 변화와 이상적인 종양형 증식 성장이 발생한다는 사실을 보고했습니다 [116]. 그들의 연구는 2,4-D가 식물 줄기 세포의 유도제 및 증식제로서의 효과를 설명할 수 있습니다. 그러나 이는 품질 관리 체계의 중요성을 시사합니다. 최종 제품에 유해 및 독성 화합물의 생물학적 축적이 발생하지 않도록 정기적인 검사가 필요합니다 [117,118].

식물 줄기 세포를 활성 성분으로 사용하는 연구는 화장품 분야에서 상대적으로 새로운 트렌드입니다. 식물 줄기 세포를 함유한 스킨케어 제품은 노화 피부에게 다양한 유익한 효과를 보여주었지만, 여전히 사용을 제한할 수 있는 여러 우려가 존재합니다. 화장품에는 살아있는 줄기 세포가 포함되지 않지만, 줄기 세포 추출물을 활용하여 주름 감소와 피부 탄력 개선을 위해 그 작용과 항산화 특성을 활용합니다 [43,44]. 이러한 추출물은 화장품에 널리 사용되지만, 피부 투과성 한계로 인해 효과성이 제한될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 제형 최적화와 피부 자연 장벽 기능 극복을 위한 추가 연구가 필요합니다. 또한 식물 줄기세포의 임상 적용은 최근 등장한 신흥 접근법으로, 장기적인 부작용이 여전히 확인되어야 합니다. 따라서 식물 줄기세포가 노화 피부에게 미치는 영향은 더 깊이 있는 연구가 필요합니다.

식물 줄기세포로부터 가치 있는 추출물이나 2차 대사물을 생산하려면 좋은 제조 관행(GMP), 좋은 실험실 관행(GLP), 품질 관리(QC), 품질 보증(QA)을 포함한 품질 시스템 프레임워크를 충족해야 합니다 [119]. 식물 줄기세포 생산 과정에서 직면할 수 있는 잠재적 도전 과제에는 제품 일관성과 순도 확보, 미생물 오염 제어, 제품 비교 가능성 확보 등이 있습니다 [118]. 또한 연구가 동물 모델이나 임상 시험으로 진행될 경우 윤리적 문제가 고려되어야 합니다[119]. 이러한 모든 실천은 소비자의 안전을 보장하기 위해 필수적입니다.

8. Commercial Misconceptions

A recent innovative concept from the field of cosmetology suggested using plant stem cells in cosmetic preparations, as they have similar functional characteristics to human stem cells. Studies found that cosmeceuticals (cosmetics with therapeutic effects), due to their higher content of active compounds containing plant stem cells, may stimulate epidermal stem proliferation, cell renewal, skin protection, regeneration, and anti-aging effects [24,25]. In contrast, others believe that plant stem cells can only stimulate the proliferation of other plant cells, while their impact on human cells may be negligible, and growth factors affecting plant cells may, in fact, have no effect on human cells. Regrettably, numerous manufacturers claim to use ‘plant stem cells’ in their cosmetic formulations. However, these products do not incorporate live cells. Instead, the metabolites and the active compounds are extracted from these stem cells. Substances derived from these stem cells do not function in the same way as living plant stem cells. The cell content is released by digestion of the cell wall and membrane, releasing an abundance of metabolites and active compounds. The alleged benefits of smoother and tighter skin are primarily attributed to the antioxidative properties and active compounds of the stem cell extracts. Stem cells must be incorporated as live cells in the product in order to fully realize their potential in skin-care products. The challenge lies in embedding these cells into a medium that might enable deep skin penetration and ensure real benefits for the skin [27,44].

8. 상업적 오해

화장품 분야에서 최근 제안된 혁신적인 개념은

인간 줄기세포와 유사한 기능적 특성을 가진

식물 줄기세포를 화장품 제제에 사용하는 것입니다.

연구 결과,

식물 줄기세포를 함유한 활성 성분의 함량이 높은 코스메슈티컬(치료 효과를 가진 화장품)은

표피 줄기세포 증식, 세포 재생, 피부 보호, 재생, 항노화 효과를 자극할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다 [24,25].

반면 다른 연구자들은 식물 줄기세포가

다른 식물 세포의 증식만을 자극하며,

인간 세포에 미치는 영향은 미미할 수 있으며,

식물 세포에 영향을 미치는 성장 인자가 실제로 인간 세포에는 영향을 미치지 않을 수 있다고 주장합니다.

유감스럽게도 많은 제조업체가

화장품 제형에 '식물 줄기세포'를 사용한다고 주장합니다.

그러나 이러한 제품에는 살아있는 세포가 포함되어 있지 않습니다. 대신 줄기세포에서 추출된 대사산물과 활성 성분이 사용됩니다. 이러한 줄기세포에서 유래한 물질은 살아있는 식물 줄기세포와 동일한 방식으로 기능하지 않습니다. 세포 내용은 세포벽과 막의 분해 과정을 통해 방출되며, 이 과정에서 풍부한 대사산물과 활성 성분이 방출됩니다. 피부가 더 매끄럽고 탄력 있는 것으로 알려진 효과는 주로 줄기세포 추출물의 항산화 특성과 활성 성분에서 비롯됩니다. 줄기세포는 피부 관리 제품에서 그 잠재력을 완전히 발휘하기 위해 살아있는 세포 형태로 제품에 포함되어야 합니다. 이 세포를 피부 깊숙이 침투시켜 실제 피부 혜택을 보장할 수 있는 매체에 포함시키는 것이 과제입니다 [27,44].

9. Conclusions and Future Perspective

The application of plant extracts to inhibit skin senescence has been practiced for centuries. Nowadays, plant stem cell technology has gained significant attention. Plant stem cell-derived products have inherent antioxidant and anti-inflammatory activities, which are significant contributors to inhibiting cellular aging. Studies have shown that plant stem cell products work through various mechanisms, such as stimulating fibroblast proliferation, enhancing extracellular matrix production, and modulating gene expression‎ related to skin senescence. Moreover, using biotechnological methods to cultivate plant stem cells ensures a sustainable and consistent supply of high-quality bioactive compounds.

Owing to their complex biochemical nature, with multiple active phytochemicals acting synergistically, plant-derived stem cells appear to offer much promise as far as anti-senescence skin treatment is concerned. However, so far, only a limited number of studies, mainly in vitro, have demonstrated direct anti-senescence mechanisms of plant stem cells. Further in vivo studies are needed to investigate the safety, dosing regimens, and clinical efficacy of plant stem cells. Interestingly, the use of combined therapy and chemo-herbal fusion in skin therapy, especially in skin biomaterials, has been suggested. In that way, plant stem cells could be a more feasible and practical approach to combating the negative effects of skin senescence processes.

9. 결론 및 미래 전망

식물 추출물을 피부 노화 억제에 적용하는 것은

수세기 동안 실천되어 왔습니다.

현재 식물 줄기세포 기술은

큰 주목을 받고 있습니다.

식물 줄기세포 유래 제품은

항산화 및 항염증 활동을 내재하고 있으며,

이는 세포 노화 억제에 중요한 역할을 합니다.

연구 결과, 식물 줄기세포 제품은

섬유아세포 증식 촉진, 세포외 기질 생산 증진, 피부 노화와 관련된 유전자 발현 조절 등

다양한 메커니즘을 통해 작용합니다.

또한 생물공학 방법을 통해 식물 줄기세포를 배양하면 고품질 생물활성 화합물의 지속적이고 일관된 공급이 가능합니다.

복잡한 생화학적 특성으로 인해

다중 활성 식물 화합물이 시너지 효과를 발휘하는 식물 유래 줄기세포는

노화 방지 피부 치료 측면에서 큰 잠재력을 보여줍니다.

그러나 현재까지

주로 체외 실험을 통해 식물 줄기세포의 직접적인 노화 억제 메커니즘을 입증한 연구는 제한적입니다.

식물 줄기세포의 안전성, 투여 방법, 임상적 효능을 조사하기 위해 추가적인 in vivo 연구가 필요합니다.

흥미롭게도 피부 치료, 특히 피부 생체재료 분야에서 복합 치료법과 화학-한방 융합 요법의 사용이 제안되었습니다.

이 방식으로 식물 줄기세포는 피부 노화 과정의 부정적 영향을 극복하는 더 실현 가능하고 실용적인 접근법이 될 수 있습니다.

Author Contributions

Conceptualization, J.G.-P., M.K. and M.P.; writing—original draft preparation, A.A.H., J.C.-K., A.B. and J.G.-P.; writing—review and editing, A.A.H., J.G.-P. and M.P.; visualization, A.A.H. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

Funding

This research received no external funding.

Institutional Review Board Statement

Not applicable.

Informed Consent Statement

Not applicable.

Data Availability Statement

Not applicable.

Acknowledgments

Anastasia Aliesa Hermosaningtyas participates in the Poznan University of Medical Science STER Internationalization of Doctoral Schools Programs of the NAWA Polish National Agency for Academic Exchange No. PPI/STE/2020/1/0014/DEC/02. Selected artwork (skin–dermatology) shown in Figure 3 was used from or adapted from pictures provided by Servier Medical Art (Servier; https://smart.servier.com/, accessed on 25 July 2024), licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 Unported License. Selected icons (cell, cells, and chemical molecule) used in Figure 3 were extracted and modified from Flaticon.com.

Conflicts of Interest

The authors declare no conflicts of interest.

References

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