Effects of Autologous Conditioned Serum on the Physiology of Aged Skin: Establishment of Feasible Conditions and Evaluation of Efficiency and Compatibility of Autologous Conditioned Serum with in Vivo and in Vitro Measurement Methods

Abstract

Background:Regenerative cosmetic products are a major segment of the cosmetic industry. The intervention of oxidative damaged cellular mechanism with antioxidative substances are well known and studied, but the interest in new products is still omnipresent. Around 2010, a new approach developed with the use of injectable autologous growth factors and cytokines. They have anti-inflammatory and regenerative effects to the skin’s cellular structures. Autologous conditioned serum (ACS) is part of this new approach and known for its healing potential inmusculoskeletal disorders. As skin aging is also correlated with oxidative damage and inflammatory processes, the use of ACS could help cellular structures to regenerate and rejuvenate.

Aim:The aim was to evaluate the efficiency and compatibility of injected ACS in three clinical studies on female facial skin and the in vitro effects on human dermal fibroblasts.

Material and Methods:For the in vitro effects, human dermal fibroblast were incubated with ACS and a combination of ACS and hyaluronic acid (HA) from six patients, generating eight ACS and two ACS + HA samples. An methyl-thiazolyl-tetrazolium (MTT) assay for cell viability, western blot for collagen I A (COL1A) and TGF-ß1, and an enzyme immunoassay for procollagen type I production were conducted. For the different assays, fetal calf serum (FCS) of the culture medium was replaced by ACS and ACS + HA samples, respectively. Medium with FCS was used as a control. Cell viability and intra and extracellular procollagen type I concentrations were examined after two, six and 24 hours of incubation. Collagen I and TGF-ß1 were analyzed after 24 hours of incubation.

The clinical part consisted of three clinical studies with a total of 66 patients between the ages of 30 to 64. They received four injections of ACS or ACS + HA in the left and right side of the face with at least two weeks intervals. Efficacy was assessed by biophysical measurements over a time period of up to 48 weeks. Skin hydration was measured with the Corneometer®, skin firmness, recovery and elasticity with the Cutometer®, density and thickness via sonography, and skin topography via an optical digital 3D device (PRIMOS). Means and standard deviations (SD) were calculated. The in vivo trials were additionally statistically evaluated using the analysis of variance.

Results:Cell viability of human dermal fibroblasts increased with increasing incubation time for all incubated samples. Procollagen type I concentrations were measured in all samples without a noticeable increase over incubation time. TGF-ß1 was detected in all ACS and ACS + HA incubated cells but not in the control; collagen type I could not be detected in any of the probes. Data from 57 (nine dropouts) female patients were evaluated in total of the three clinical studies. All three studies showed steady to slightly increasing skin hydration values, all within the range of normal hydrated skin. The first ACS in vivo study showed a significant increase in skin firmness and skin recovery until the end of the study in week 24. Also, skin fatigue parameters decreased significantly. The parametersthat describe the elasticity of the skin showed the highest values in week 8. The second ACS in vivo study showed significant increase in all skin firmness, recovery and elasticity parameters until week 12; the final values in week 24 were comparable to the initial values at the beginning of the study.

Alternate abstract:

Hintergrund:Regenerative Kosmetikprodukte sind ein bedeutendes Segment der Kosmetikindustrie. Die Intervention von oxidativ geschädigten zellulären Mechanismen mit antioxidativen Substanzen wurde bereits vielseitig untersucht. Das Interesse an neuen und innovativen Produkten ist weiter steigend. Ein neuer Ansatz ist die Verwendung von injizierbaren autologen Wachstumsfaktoren und Zytokinen, die entzündungshemmende und regenerative Wirkungen auf die Zellstrukturen der Haut haben. Autolog konditioniertes Serum (ACS) ist Teil dieser neuen Ansätze und bekannt für sein regeneratives Potenzial bei Erkrankungen des Bewegungsapparates. Da die Hautalterung auch mit oxidativen Schäden und entzündlichen Prozessen korreliert, könnte die Verwendung von ACS der Haut und deren Zellstruktur helfen, sich zu regenerieren und zu verjüngen.

Ziel:Ziel war die Bewertung der Wirksamkeit und Verträglichkeit von injiziertem ACS durch drei klinische Studien an weiblicher Gesichtshaut und die in vitro Wirkung auf menschliche dermale Fibroblasten.

Material und Methoden:Für die in vitro Versuche wurden humane dermale Fibroblasten mit ACS und einer Kombination aus ACS und Hyaluronsäure (HA) von sechs Probandinnen inkubiert. Insgesamt wurden acht ACS und zwei ACS + HA Proben erstellt und ausgewertet. Es wurden ein MTT-Assay für die Zellvitalität, ein Western Blot für Kollagen I A und TGF-ß1 und ein Enzymimmunoassay für die Produktion von Prokollagen Typ I durchgeführt. Für die verschiedenen Analysen wurde fötales Kälberserum (FCS) des Kulturmediums durch die ACS- bzw. ACS + HA-Proben ersetzt. Als Kontrolle wurde Medium mit FCS verwendet. Die Zellvitalität und die intra- und extrazellulären Prokollagen Typ I Konzentrationen wurden nach zwei, sechs und 24 Stunden Inkubation untersucht. Kollagen Typ I und TGF-ß1 wurden nach 24-stündiger Inkubation analysiert.

Für den klinischen Teil wurden drei Studien mit insgesamt 66 Patientinnen im Alter von 30 bis 64 Jahren durchgeführt. Diese bekamen vier Injektionen ACS bzw. ACS + HA in die linke und rechte Gesichtshälfte in zweiwöchigem Abstand. Die Hautfeuchtigkeit wurde mittels Corneometer® gemessen, mechanische Eigenschaften der Haut mit dem Cutometer®, Hautdichte und Hautdicke mittels Sonografie und Hauttopografie mit einem optisch-digitalen 3D-Gerät (PRIMOS). Mittelwerte und Standardabweichungen wurden berechnet. Die in vivo Studien wurden zusätzlich statistisch mittels Varianzanalyse ausgewertet.

Ergebnisse:Die Zellvitalität menschlicher dermaler Fibroblasten nahm mit zunehmender Inkubationszeit für alle Proben zu. Die Prokollagenkonzentrationen blieben in allen Proben ohne merklichen Anstieg. TGF-ß1 wurde in den mit ACS und ACS + HA inkubierten Zellen nachgewiesen, aber nicht in der Kontrolle. Kollagen Typ I konnte in keiner der Proben sicher nachgewiesen werden.

In den drei klinischen Studien wurden die Daten von insgesamt 57 (neun Dropouts) Patientinnen ausgewertet. Alle drei Studien zeigten konstante bis leicht ansteigende Hautfeuchtigkeitswerte, die alle im Bereich normal hydratisierter Haut lagen. Die erste ACS in vivo Studie zeigte eine signifikante Steigerung der Hautfestigkeit und Rückbildungsfähigkeit bis zum Ende der Studie nach 24 Wochen. Auch Hautermüdungsparameter wurden signifikant besser. Die Parameter, die die Elastizität der Haut beschreiben, zeigten in Woche 8 die höchsten Werte. Die zweite ACS in vivo Studie zeigte signifikante Verbesserungen aller mechanischen Parameter bis Woche 12. Die Werte der Abschlussvisite nach 24 Wochen waren vergleichbar mit den Werten zu Beginn der Studie. Die zweite Studie bewertete zusätzlich die Behandlung mit ACS + HA. Diese Kombination zeigte allerdings keinen signifikanten Vorteil gegenüber der Einzelbehandlung mit ACS. In der dritten ACS in vivo Studie nahm die Hautfestigkeit bis zum Ende der Studie in Woche 48 ab, jedoch nur signifikant für die rechte Seite. Die Hautermüdung nahm zu und die Parameter, die die Elastizität der Haut beschreiben, zeigten teilweise eine Abnahme. Hautdicke und - dichte Parameter wurden in den ersten beiden ACS Studien bewertet und zeigten keine signifikanten Veränderungen zwischen dem Screening und dem Ende der Studien in Woche 24.