अमूर्त:पौधे बायोएक्टिव यौगिकों का मुख्य स्रोत हैं जिनका उपयोग कॉस्मेटिक उत्पादों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। पौधों के अर्क के कई सिद्ध स्वास्थ्य लाभ हैं, जिनमें बुढ़ापा रोधी और त्वचा की देखभाल करने वाले गुण भी शामिल हैं। हालाँकि, पौधों से प्राप्त कॉस्मेटिक उत्पादों की बढ़ती मांग के साथ, टिकाऊ उत्पादन के लिए पर्याप्त बायोमास सुनिश्चित करने के लिए पारंपरिक तरीकों के लिए वैकल्पिक दृष्टिकोण स्थापित करना एक महत्वपूर्ण शर्त है। पादप ऊतक संवर्धन तकनीकें, जैसे इन विट्रो रूट कल्चर, माइक्रोप्रॉपैगेशन, या कॉलोजेनेसिस, बाहरी कारकों से स्वतंत्र काफी मात्रा में बायोएक्टिव यौगिकों का उत्पादन करने की संभावना प्रदान करती हैं जो उनके उत्पादन को प्रभावित कर सकते हैं। इस उत्पादन को अन्य जैव-तकनीकी दृष्टिकोणों जैसे कि एलीसिटेशन, मेटाबोलिक इंजीनियरिंग, प्रीकर्सर और/या पोषक तत्व आहार, स्थिरीकरण और पारगम्यीकरण के कार्यान्वयन से भी काफी बढ़ाया जा सकता है। इस कार्य का उद्देश्य एंटी-एजिंग गुणों वाले बायोएक्टिव यौगिकों पर ध्यान केंद्रित करते हुए बायोएक्टिव यौगिकों के उत्पादन के लिए जैव प्रौद्योगिकी उपकरणों की क्षमता का मूल्यांकन करना है, जिनका उपयोग ग्रीन-लेबल कॉस्मीस्यूटिकल उत्पादों के विकास के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, कॉस्मीस्यूटिकल अनुप्रयोगों के लिए उच्च मूल्य वाले बायोएक्टिव अवयवों का उत्पादन करने के लिए प्लांट टिशू कल्चर तकनीकों के उपयोग को प्रदर्शित करने वाले कुछ उदाहरणों पर भी ध्यान दिया गया है, जो पौधों से प्राप्त कॉस्मेटिक उत्पादों के टिकाऊ उत्पादन के लिए इन उपकरणों और दृष्टिकोणों के महत्व को दर्शाते हैं।

सिस्टैंच का ग्लाइकोसाइड हृदय और यकृत के ऊतकों में एसओडी की गतिविधि को भी बढ़ा सकता है, और प्रत्येक ऊतक में लिपोफसिन और एमडीए की सामग्री को काफी कम कर सकता है, विभिन्न प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन रेडिकल्स (ओएच-, एच₂ओ₂, आदि) को प्रभावी ढंग से हटा सकता है और डीएनए क्षति से बचा सकता है। ओएच-रेडिकल्स द्वारा। सिस्टैंच फेनिलएथेनॉइड ग्लाइकोसाइड्स में मुक्त कणों की एक मजबूत सफाई क्षमता होती है, विटामिन सी की तुलना में उच्च कम करने की क्षमता होती है, शुक्राणु निलंबन में एसओडी की गतिविधि में सुधार होता है, एमडीए की सामग्री कम होती है, और शुक्राणु झिल्ली समारोह पर एक निश्चित सुरक्षात्मक प्रभाव पड़ता है। सिस्टैंच पॉलीसेकेराइड डी-गैलेक्टोज के कारण प्रयोगात्मक रूप से वृद्ध चूहों के एरिथ्रोसाइट्स और फेफड़ों के ऊतकों में एसओडी और जीएसएच-पीएक्स की गतिविधि को बढ़ा सकते हैं, साथ ही फेफड़ों और प्लाज्मा में एमडीए और कोलेजन की सामग्री को कम कर सकते हैं और इलास्टिन की सामग्री को बढ़ा सकते हैं। डीपीपीएच पर एक अच्छा सफाई प्रभाव, वृद्ध चूहों में हाइपोक्सिया का समय बढ़ाना, सीरम में एसओडी की गतिविधि में सुधार करना, और प्रयोगात्मक रूप से वृद्ध चूहों में फेफड़ों के शारीरिक अध: पतन में देरी करना, सेलुलर रूपात्मक अध: पतन के साथ, प्रयोगों से पता चला है कि सिस्टैंच में अच्छी एंटीऑक्सीडेंट क्षमता है और त्वचा की उम्र बढ़ने वाली बीमारियों को रोकने और उनका इलाज करने के लिए एक दवा बनने की क्षमता रखती है। साथ ही, सिस्टैंच में इचिनाकोसाइड में डीपीपीएच मुक्त कणों को साफ़ करने की एक महत्वपूर्ण क्षमता है और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों को साफ़ कर सकता है, मुक्त कट्टरपंथी प्रेरित कोलेजन गिरावट को रोक सकता है, और थाइमिन मुक्त कट्टरपंथी आयनों की क्षति पर भी अच्छा मरम्मत प्रभाव पड़ता है।

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1 परिचय

सौंदर्य जागरूकता में वृद्धि और सौंदर्य देखभाल, त्वचा की सुरक्षा और कॉस्मेटिक उत्पादों में बढ़ती रुचि के कारण वैश्विक कॉस्मेटिक उद्योग तेजी से विकास का अनुभव कर रहा है। इस आकर्षक क्षेत्र के विस्तार के साथ, उपभोक्ताओं के बीच सिंथेटिक उत्पादों के बजाय प्राकृतिक, टिकाऊ और हरित-व्युत्पन्न कॉस्मेटिक उत्पादों के लिए एक नया चलन उभरा है, जिससे वैश्विक पौधों के अर्क बाजार में वृद्धि हुई है [1]। उदाहरण के लिए, इस बाज़ार का आकार 2021 में 10.19 बिलियन अमेरिकी डॉलर था और 2030 में तेजी से बढ़कर 22.49 बिलियन अमेरिकी डॉलर होने की उम्मीद है [2,3]। इस महान रुचि को पौधों के अर्क के उत्कृष्ट चिकित्सीय गुणों द्वारा उचित ठहराया जाता है, जिनका कोई या बहुत कम प्रतिकूल प्रभाव होता है [4]।

पौधे हमेशा व्यापक उपयोग के साथ जैव सक्रिय अवयवों का एक प्रमुख स्रोत रहे हैं। उनके सिद्ध स्वास्थ्य और कल्याण लाभ हैं, जिनमें एंटीऑक्सिडेंट और यूवी विकिरण के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करना शामिल है, साथ ही इसमें एंटी-रिंकल, एंटी-कैंसर, एंटीएजिंग और त्वचा-परिवर्तन (सफेदी, मॉइस्चराइजिंग, या सुखदायक) गुण शामिल हैं [5]। हालाँकि, पौधों से प्राप्त कॉस्मेटिक उत्पादों की बड़ी मांग के कारण, आजकल, कई पौधों की प्रजातियों का अत्यधिक दोहन (उनके प्राकृतिक आवास से बड़ी संख्या में काटा गया) या लुप्तप्राय हो रहा है। इसके अलावा, धीमी वृद्धि, मौसमी फसल, उनकी रासायनिक संरचना में जहरीले यौगिकों की उपस्थिति, और पौधों के बीच और एक फसल से दूसरे फसल तक बायोएक्टिव यौगिकों में भिन्नता जैसी चुनौतियाँ, कॉस्मेटिक उद्योग में उनके संभावित उपयोग के लिए सीमित कारक हो सकती हैं। [4]. जैव प्रौद्योगिकी उपकरणों और दृष्टिकोणों के साथ संयुक्त पादप ऊतक संवर्धन तकनीकों के अनुप्रयोग से इन सीमाओं को दूर किया जा सकता है।

पादप ऊतक संवर्धन तकनीकें बायोएक्टिव यौगिकों के उत्पादन के लिए एक आकर्षक विकल्प प्रदान करती हैं। उन्हें आसानी से जैव प्रौद्योगिकी तकनीकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो पौधों की कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों की संस्कृति और विकास को सुनिश्चित करने के लिए पोषक संस्कृति मीडिया और नियंत्रित सड़न रोकने वाली स्थितियों के उपयोग पर निर्भर करते हैं [6]। यह तकनीक पारंपरिक कृषि पद्धतियों की तुलना में कई फायदे दिखाती है जैसे (i) द्वितीयक मेटाबोलाइट उत्पादन जो आंतरिक या बाहरी कारकों से स्वतंत्र होता है जो फसल की वृद्धि और उपज को प्रभावित कर सकता है, (ii) निरंतर उत्पादन सुनिश्चित करके वांछित फाइटोकेमिकल घटकों की उपज, और (iii) नियंत्रित परिस्थितियों में उत्पादन, इस प्रकार कृषि रसायनों (कीटनाशक, कीटनाशक, शाकनाशी, रासायनिक उर्वरक) द्वारा संदूषण के जोखिम को सीमित करना [7]।

आज तक, पादप ऊतक संवर्धन तकनीकों का उपयोग करके कई ग्रीन-लेबल उत्पाद (पौधे-व्युत्पन्न उत्पाद) विकसित किए गए हैं। उनमें से कुछ का उपयोग सौंदर्य प्रसाधनों में किया जाता है, अधिक सटीक रूप से, त्वचा की उम्र बढ़ने और बाहरी एजेंटों के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप होने वाले त्वचा विकारों के उपचार के लिए [5,8]। इसलिए, इस व्यापक समीक्षा का सबसे महत्वपूर्ण उद्देश्य उच्च मूल्य वाले बायोएक्टिव यौगिकों के उत्पादन के लिए पादप ऊतक संवर्धन तकनीकों और जैव प्रौद्योगिकी दृष्टिकोणों के व्यापक अनुप्रयोगों का एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान करना है, जिनका उपयोग कॉस्मेटिक उत्पादों के निर्माण में किया जा सकता है। त्वचा विकार की रोकथाम और त्वचा की उम्र बढ़ने को रोकने वाले अणुओं पर। समीक्षा में कॉस्मेटिक फॉर्मूलेशन के कुछ उदाहरण भी शामिल हैं जिन्हें पिछले दशक के दौरान पेटेंट कराया गया है जिसमें उन फॉर्मूलेशन में सक्रिय अणुओं का उत्पादन करने के लिए पौधे ऊतक संस्कृति तकनीकों को लागू किया गया था।

2. त्वचा की उम्र बढ़ना: महत्व और कारण

2.1. त्वचा की शारीरिक संरचना और मुख्य कार्य

त्वचा मानव शरीर का प्रमुख अंग है और मानव शरीर के कुल वजन का छठा हिस्सा दर्शाती है। त्वचा शारीरिक रूप से तीन मुख्य परतों से बनी होती है: एपिडर्मिस, डर्मिस और हाइपोडर्मिस, जिसे चमड़े के नीचे के ऊतक के रूप में भी जाना जाता है (चित्र 1) [9]। बाहरी परत (एपिडर्मिस) में पांच अलग-अलग परतें शामिल हैं: एक बेसल परत (स्ट्रेटम बेसल), स्पिनस परत (स्ट्रेटम स्पिनोसम), दानेदार परत (स्ट्रेटम ग्रैनुलोसम), स्पष्ट परत (स्ट्रेटम ल्यूसिडम), और सींग वाली परत (स्ट्रेटम कॉर्नियम) [10] . डर्मिस, जो मध्य परत है, बेसमेंट झिल्ली के माध्यम से एपिडर्मिस से जटिल रूप से जुड़ा हुआ है। एपिडर्मिस के विपरीत, जो विभिन्न सेलुलर परतों के ऊतकों से बना होता है, डर्मिस में मुख्य रूप से बाह्य मैट्रिक्स (ईसीएम), एक अकोशिकीय घटक शामिल होता है। यह अकोशिकीय मैट्रिक्स मुख्य रूप से कोलेजन फाइबर द्वारा बनता है, जो त्वचा के शुष्क वजन का 75 प्रतिशत हिस्सा होता है और प्लास्टिक की ताकत और लोच प्रदान करता है [11]। कोलेजन के अलावा, ईसीएम प्रोटीन में इलास्टिन और ग्लाइकोप्रोटीन शामिल होते हैं, जो पसीने के छिद्रों और बालों के रोमों को बनाते हैं और लसीका, संवहनी और न्यूरोनल सिस्टम को आश्रय देते हैं [9]। तीसरी परत, हाइपोडर्मिस में वसा कोशिकाएं (एडिपोसाइट्स) होती हैं जो वसा लोब्यूल्स में पुनर्व्यवस्थित होती हैं, जो ढीले संयोजी ऊतक बनाती हैं [12]।

त्वचा अनेक प्रकार के कार्य करती है। यह शरीर को बाहरी चोटों जैसे रोगजनकों, यूवी विकिरण, रासायनिक खतरों, निर्जलीकरण और तापमान में उतार-चढ़ाव के खिलाफ रासायनिक और भौतिक सुरक्षा प्रदान करता है [8]। यह पानी और इलेक्ट्रोलाइट संतुलन (पसीना ग्रंथियां और एपिडर्मल बाधा) और थर्मोरेग्यूलेशन (थर्मोरेसेप्टर्स) भी सुनिश्चित करता है और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया (त्वचा से जुड़े लिम्फोइड ऊतक (एसएएलटी)) में भाग लेता है। क्राउज़ बल्ब और मर्केल कोशिकाओं के साथ-साथ मीस्नर, पैसिनियन और रफ़िनी कॉर्पसकल जैसे तंत्रिका अंत की उपस्थिति, त्वचा को एक संवेदी कार्य प्रदान करती है। एक अन्य महत्वपूर्ण कार्य होमियोस्टैसिस, चयापचय, भंडारण, चयनात्मक अवशोषण और पदार्थों के उन्मूलन से जुड़ा हुआ है [12]। इन जैविक कार्यों के अलावा, त्वचा शारीरिक आकर्षण में भी भूमिका निभाती है (चित्र 1) [9]।

2.2. त्वचा की उम्र बढ़ना

त्वचा की उम्र बढ़ना मानव त्वचा को प्रभावित करने वाली सबसे आम त्वचा संबंधी चिंताओं में से एक है। यह आमतौर पर लोच और त्वचा की रंगत की हानि, महीन झुर्रियों और उम्र के धब्बों का उभरना और घावों की मरम्मत में विफलता की विशेषता है। त्वचा की उम्र बढ़ना एक बहु-कारकीय प्रक्रिया है जो आंतरिक (आनुवंशिक पृष्ठभूमि, हार्मोन, समय, आदि) और बाहरी (प्रदूषण, यूवी विकिरण जोखिम, आदि) दोनों कारकों द्वारा संचालित होती है [15]। यह जैविक रूप से एपिडर्मल और त्वचीय-एपिडर्मल जंक्शन परिवर्तनों के साथ-साथ त्वचीय बाह्य मैट्रिक्स के समग्र क्षरण द्वारा विशेषता है। उत्तरार्द्ध ज्यादातर कोलेजन और इलास्टिन फाइबर में परिवर्तन के कारण होता है [16]। त्वचा की उम्र बढ़ने का कारण समय (आंतरिक कारकों के कारण कालानुक्रमिक उम्र बढ़ना) या फोटोएजिंग (बाहरी कारकों के कारण फोटोएज्ड त्वचा) हो सकता है। कालानुक्रमिक उम्र बढ़ने से त्वचीय और एपिडर्मल परतों में कमी, तंत्रिका अंत की संख्या में कमी और सेक्स हार्मोन का उत्पादन कम हो जाता है, जिससे संवेदनशीलता का नुकसान होता है। त्वचा की उम्र बढ़ने की यह प्रक्रिया अधिकतर प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) के अत्यधिक संचय के कारण होती है। सामान्य तौर पर, यह स्थापित किया गया है कि कोशिकाओं द्वारा उपभोग की जाने वाली ऑक्सीजन का 1.5-5 प्रतिशत आंतरिक प्रक्रियाओं द्वारा आरओएस में परिवर्तित हो जाता है [8]। आरओएस का उत्पादन माइटोकॉन्ड्रिया (केराटिनोसाइट्स और फ़ाइब्रोब्लास्ट), एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (साइटोक्रोम पी450), और साइटोसोल (एराकिडोनिक एसिड चयापचय द्वारा निर्मित आरओएस) में किया जा सकता है [17]। इंटरल्यूकिन्स की अत्यधिक अभिव्यक्ति से आरओएस उत्पादन शुरू हो सकता है। आरओएस उत्पादन में वृद्धि के अलावा, त्वचा की उम्र बढ़ना क्रमशः मैट्रिक्स मेटालोप्रोटीनिस (एमएमपी) और एमएमपी अवरोधक (टीआईएमपी) की उच्च और निम्न अभिव्यक्तियों से भी जुड़ा हुआ है। इन विशिष्ट प्रोटीनेस की अभिव्यक्ति में भिन्नता आरओएस की मात्रा में भिन्नता से जुड़ी हुई साबित होती है। आरओएस की बढ़ी हुई मात्रा से एक्टिवेटर प्रोटीन -1 (एपी -1) का विनियमन होता है, जो बदले में, एमएमपी द्वारा कोलेजन क्षरण को प्रेरित करता है और परमाणु कारक कप्पा बी (एनएफ-κबी) के सक्रियण को ट्रिगर करता है। ) और भड़काऊ प्रतिक्रियाओं का एक सेट [8]।

फोटोयुक्त त्वचा में गहरी झुर्रियाँ, लोच में अधिक ध्यान देने योग्य हानि और खुरदरी त्वचा की बनावट के साथ त्वचा की उम्र बढ़ने का प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है [8]। इस शारीरिक प्रक्रिया में विभिन्न सेलुलर तनाव शामिल हैं जैसे (i) क्रोमैटिन संगठन में परिवर्तन, (ii) टेलोमेयर छोटा होना, (iii) माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन, (iv) ऑन्कोजीन सक्रियण (v) एपिजेनेटिक स्ट्रैंड्स, (vi) सूजन, और (vii) ) प्रतिरक्षादमन [15,18]। यूवीआर से प्रेरित ऑक्सीडेटिव तनाव फोटोएजिंग का मुख्य कारण है। यूवी विकिरण के संपर्क में आने से त्वचा न्यूरोएंडोक्राइन सिस्टम की सक्रियता को प्रेरित करती है। यह सक्रियण या तो रासायनिक मध्यस्थों द्वारा या तंत्रिका संचरण के माध्यम से होता है [8]। इसके अलावा, हाइपोथैलेमिक-पिट्यूटरी-एड्रेनल (एचपीए) अक्ष को भी फोटोएजिंग द्वारा सक्रिय किया जाता है, जिससे क्षति को कम करने के लिए होमोस्टैटिक प्रतिक्रियाओं को शामिल किया जाता है। यूवी-आर-प्रेरित डीएनए क्षति आरओएस असंतुलन के कारण होती है, जो डीएनए ऑक्सीडेटिव हानि के एक विशिष्ट मार्कर, {{6}हाइड्रॉक्सी{7}}′-डीऑक्सीगुआनोसिन (8-ओएच-डीजी) के उत्पादन की ओर ले जाती है। ) [19]. इसके अलावा, अन्य मार्कर, जैसे इंटरल्यूकिन -6 (आईएल -6), ट्यूमर नेक्रोसिस फैक्टर (टीएनएफ-), और साइक्लोऑक्सीजिनेज एंजाइम भी आरओएस द्वारा सक्रिय होते हैं। जीन अभिव्यक्ति स्तर पर, आरओएस संचय एनएफ-κबी अभिव्यक्ति और प्रेरक नाइट्रिक ऑक्साइड सिंथेज़ (आईएनओएस) की अभिव्यक्ति को ट्रिगर करता है, जो संवहनी एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर (वीईजीएफ) [20] को अपग्रेड करके हाइपरपारगम्यता और एंजियोजेनेसिस की सुविधा प्रदान करता है। एनएफ-κबी के अलावा, माइटोजेन-सक्रिय प्रोटीन किनेसेस (एमएपीके) भी सक्रिय होते हैं, जिससे एमएमपी जीन प्रतिलेखन बढ़ता है। एमएमपी जीन का अपनियमन ईसीएम होमियोस्टेसिस को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है और इलास्टिन और कोलेजन क्षरण को ट्रिगर करता है [8]।

3. एंटी-एजिंग गुणों के साथ पौधे से प्राप्त बायोएक्टिव यौगिक

पौधों के चयापचय से उत्पन्न होने वाले पौधे-व्युत्पन्न बायोएक्टिव यौगिक (पीडीबीसी) आम तौर पर एंटीऑक्सिडेंट, विरोधी भड़काऊ और जीवाणुरोधी गुण प्रदर्शित करते हैं और इसमें आशाजनक एंटी-एजिंग गुण भी होते हैं [21,22]। आमतौर पर द्वितीयक मेटाबोलाइट्स के रूप में जाना जाता है, पीडीबीसी रासायनिक तत्व हैं जो पौधों की सामान्य विकास प्रक्रियाओं में सीधे तौर पर शामिल नहीं होते हैं [21]। वे आम तौर पर शिकारियों, रोगजनकों, या यूवी विकिरण के खिलाफ बचाव के रूप में पर्यावरणीय बाधाओं के जवाब में उत्पादित होते हैं; प्रजातियों के बीच अंतरविशिष्ट प्रतिस्पर्धा के लिए; या प्रजनन में सहायता के लिए (फेरोमोन, रंग भरने वाले एजेंट और आकर्षक गंध) [23]। इन प्राकृतिक यौगिकों को विटामिन (विटामिन सी और ई), पॉलीफेनोल्स (फ्लेवोनोइड्स, फेनोलिक एसिड, स्टिलबेन और लिगनेन), और टेरपेनॉइड समूहों में विभाजित किया जा सकता है [24]।

3.1. पौधों से प्राप्त बायोएक्टिव यौगिकों के लिए मुख्य उत्पादन मार्ग

पौधों से प्राप्त बायोएक्टिव यौगिक महत्वपूर्ण जैविक गतिविधियाँ प्रदर्शित करते हैं। सदियों से, इन उच्च-मूल्य वाले अणुओं को प्रकृति से प्राप्त पौधों से निकाला जाता रहा है। हालाँकि, इन अणुओं के उत्पादन की कम उपज को देखते हुए, सिंथेटिक रसायन विज्ञान के विकास, माइक्रोबियल और फंगल इंजीनियरिंग (हेटरोलॉगस उत्पादन) की खोज और पौधे ऊतक संस्कृति तकनीकों के विकास के साथ कई विकल्प उभरे हैं। पीडीबीसी की व्यावसायिक आपूर्ति आमतौर पर यौगिकों की उपलब्धता से जुड़ी एक बड़ी समस्या है। उदाहरण के लिए, यह मोटे तौर पर स्वीकार किया जाता है कि द्वितीयक मेटाबोलाइट्स की घटना अक्सर पौधे के सूखे वजन के 1 प्रतिशत से भी कम तक सीमित होती है [25,26]। इस प्रकार, प्राकृतिक फसल आमतौर पर अव्यावहारिक होती है क्योंकि यह वांछित यौगिक की पर्याप्त मात्रा में आपूर्ति नहीं कर सकती है [27]। उदाहरण के लिए, औसतन 1 किलोग्राम ब्लूबेरी को 38 मिलीग्राम क्वेरसेटिन {8}ग्लूकोसाइड [28] का उत्पादन करने की आवश्यकता होती है। प्राकृतिक फसल को पौधों की सामग्री की मौसमी उपलब्धता, इसकी वृद्धि और विकास दर और प्रकृति में प्रजातियों की प्रचुरता से भी सीमित किया जा सकता है [29]। प्राकृतिक फसल से प्राप्त बायोएक्टिव यौगिकों की कम उत्पादन उपज के अलावा, पौधों द्वारा इन मूल्यवान यौगिकों का उत्पादन आमतौर पर संतोषजनक नहीं होता है क्योंकि उनका उत्पादन, कुछ मामलों में, केवल विशिष्ट परिस्थितियों में या पौधे-विशिष्ट विकास चरण के दौरान ही प्रेरित हो सकता है [30 ,31]।

कैरोटीनॉयड जैसे कुछ बायोएक्टिव यौगिकों के उत्पादन के लिए रासायनिक संश्लेषण को एक वैकल्पिक दृष्टिकोण के रूप में भी प्रस्तावित किया जा सकता है। एस्टैक्सैन्थिन के रासायनिक संश्लेषण की लागत औसतन 1000 USD/किग्रा है, जो हेमाटोकोकस प्लुवियलिस [32,33] की प्राकृतिक फसल की लागत से अधिक है। हालाँकि, यह वैकल्पिक उत्पादन मार्ग, इसमें शामिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सख्त स्थितियों और अवांछनीय साइड उत्पादों और उप-उत्पादों के उत्पादन से जुड़े मुद्दों को दर्शाता है [34,35]।

माइक्रोबियल और फंगल जैव प्रौद्योगिकी की खोज और विकास के साथ एक और उत्पादन मार्ग उभरा है। यह तकनीक, जिसे विषम उत्पादन भी कहा जाता है, ज्यादातर खमीर, कवक या बैक्टीरिया जैसे सूक्ष्मजीवों के उपयोग पर निर्भर करती है। इस प्रक्रिया के माध्यम से, कई अणु, जिनमें रेस्वेराट्रॉल भी शामिल है, एक द्वितीयक मेटाबोलाइट जो अपनी महान औषधीय और कॉस्मेटिक क्षमता (एंटी-एजिंग) के लिए जाना जाता है, आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए माइक्रोबियल होस्ट, जैसे कोरिनेबैक्टीरियम ग्लूटामिकम, एस्चेरिचिया कोली और का उपयोग करके उच्च मात्रा में सफलतापूर्वक उत्पादित किया गया था। लैक्टोकोकस लैक्टिस, या पुनः संयोजक यीस्ट जैसे सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया [36-39]। रेस्वेराट्रोल का उत्पादन पौधों द्वारा अलग-अलग मात्रा में किया जाता है, जैसे कि विटी के विनीफेरा फलों से 0.36 मिलीग्राम/किग्रा, एम्पेलोप्सिस जैपोनिका जड़ों से 1 मिलीग्राम/किग्रा, और मोरस अल्बा एरियल भागों से 7.95 मिलीग्राम/किलोग्राम [40], लेकिन पुनः संयोजक सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके रिपोर्ट की गई तुलना में कम रहता है। उदाहरण के लिए, पुनः संयोजक खमीर या बैक्टीरिया का उपयोग करके रेस्वेराट्रॉल का उत्पादन क्रमशः 812 मिलीग्राम/लीटर या 2.34 ग्राम/लीटर तक पहुंच सकता है [37,41]। ध्यान दें कि विषम उत्पादन की सफलता वांछित बायोएक्टिव यौगिकों के बायोसिंथेटिक मार्गों के ज्ञान और समझ पर निर्भर है, भले ही कई बायोएक्टिव यौगिकों के बायोसिंथेसिस में शामिल आणविक कैस्केड की विशेषता पहले ही हो चुकी है। हालाँकि, इस तकनीक की प्रमुख सीमाएँ माइक्रोबियल होस्ट (खमीर, बैक्टीरिया, या कवक) में पौधे-व्युत्पन्न एंजाइमों की कम गतिविधि के साथ-साथ कम पूर्ववर्ती आपूर्ति से जुड़ी हैं। इस प्रकार, सर्वोत्तम उम्मीदवार एंजाइमों और इष्टतम स्थितियों की पहचान करने के लिए आगे के अध्ययन किए जाने चाहिए जो चयापचय मध्यवर्ती को वांछित उत्पादों में परिवर्तित करने की अनुमति देते हैं, जो माइक्रोबियल मेजबानों में मध्यवर्ती अणुओं के संचय से बचेंगे [35]।

विषम उत्पादन के अलावा, पौधों से प्राप्त बायोएक्टिव यौगिकों के उत्पादन के लिए इन विट्रो कल्चर तकनीकों को एक स्थायी विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया गया है। ये तकनीकें पूरे पौधों के उपयोग की तुलना में लाभ की एक श्रृंखला प्रदान करती हैं, मुख्य रूप से (i) रोगज़नक़ को हटाना, (ii) खेती की प्रक्रिया में अच्छी तरह से महारत हासिल करने के बाद बायोरिएक्टर के उपयोग के माध्यम से उत्पादन को बढ़ाना, जो कुशलतापूर्वक कम कर सकता है परिचालन लागत, और (iii) प्राकृतिक उत्पादों की आसान शुद्धि और प्रसंस्करण [42,43]। इस प्रकार, इस आधार पर, बायोएक्टिव अवयवों का उत्पादन करने के लिए हाल ही में पादप ऊतक संवर्धन तकनीकों का उपयोग किया गया है। कई उदाहरणों ने इन तकनीकों की दक्षता को रेखांकित किया है जैसे कि टैक्सस एसपी, पोडोफिलम हेक्सैंड्रम, साइट्रस साइनेंसिस और कॉप्टिस जैपोनिका सेल संस्कृतियों से क्रमशः टैक्सोल, पॉडोफिलोटॉक्सिन, फाइटोइन, या बेर्बेरिन का उत्पादन [44-47]।

3.2. पौधों से प्राप्त एंटीऑक्सीडेंट की डर्मो-सुरक्षात्मक क्रिया

पीडीबीसी से प्राप्त फोटोप्रोटेक्टिव उत्पादों ने हाल के दशकों में अधिक ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि वे ऑक्सीडेटिव तनाव, यूवीए विकिरण क्षति और त्वचा कैंसर को रोक सकते हैं। पॉलीफेनोल्स, फ्लेवोनोइड्स, विटामिन सी और विटामिन ई सहित प्राकृतिक एंटीऑक्सिडेंट्स का उपयोग हाल ही में उनके उच्च एंटीऑक्सीडेंट गुणों के कारण सनस्क्रीन और सौंदर्य प्रसाधनों के निर्माण में किया गया है, जो यूवी विकिरण के खिलाफ एक सुरक्षात्मक बाधा बना सकते हैं। तालिका 1 और 2 सबसे प्रासंगिक शोध का सारांश प्रस्तुत करती है जो क्रमशः मानव और म्यूरिन कोशिका रेखाओं पर किया गया है, ताकि आवश्यक तेलों, पौधों के अर्क और पौधों के ऊतक संस्कृतियों से प्राप्त अर्क के डर्मो-सुरक्षात्मक प्रभावों का अध्ययन किया जा सके।

4. मूल्यवान एंटीऑक्सीडेंट के उत्पादन के लिए पादप ऊतक संवर्धन तकनीक

इन विट्रो कल्चर में पौधों का उपयोग एंटीऑक्सीडेंट के प्राकृतिक स्रोत के रूप में किया जा सकता है [25]। इन संस्कृति प्रणालियों का उपयोग करके, पर्यावरणीय परिस्थितियों से स्वतंत्र उच्च मात्रा में एंटीऑक्सीडेंट अणुओं का उत्पादन किया जा सकता है। कई इन विट्रो दृष्टिकोणों का उपयोग किया जा सकता है जैसे कि माइक्रोप्रॉपैगेशन, इन विट्रो रूट कल्चर (बालों वाली जड़ें), या कैलस और सेल सस्पेंशन।

4.1. साहसिक जड़ें और बालों वाली जड़ें

यह अच्छी तरह से स्थापित है कि अधिकांश मामलों में जड़ें अन्य पौधों के अंगों की तुलना में अधिक फाइटोकेमिकल पदार्थों का उत्पादन करती हैं। इस आधार पर, फार्मास्युटिकल सेकेंडरी मेटाबोलाइट्स के उत्पादन के लिए इन विट्रो रूट-कल्चर-आधारित तकनीक विकसित की गई है [76]। इन विट्रो में, साहसिक जड़ें आनुवंशिक स्थिरता खोए बिना इन विट्रो कल्चर सिस्टम में पौधे में विस्तारित अवधि के लिए मेटाबोलाइट उत्पादन की क्षमता प्रदान करती हैं। यह उत्कृष्ट संपत्ति इन विट्रो रूट संस्कृतियों की अत्यधिक विभेदित प्रकृति द्वारा प्रदान की जाती है [77]। दो अलग-अलग जड़ संस्कृतियों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: अपरिवर्तित और रूपांतरित बालों वाली जड़ संस्कृतियाँ। अपरिवर्तित जड़ों को विशिष्ट फाइटोहोर्मोन की उपस्थिति में एक्सप्लांट कल्चर के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जिनमें इंडोल-ब्यूटिरिक एसिड (आईबीए), इंडोल {{5}एसिटिक एसिड (आईएए), या नेफ़थलीन एसिटिक एसिड (एनएए) जैसे ऑक्सिन होने की अधिक संभावना होती है। ) अकेले, या कुछ मामलों में साइटोकिनिन के साथ संयुक्त होते हैं [78]। अपरिवर्तित जड़ संस्कृतियों के विपरीत, रूपांतरित संस्कृतियों को एग्रोबैक्टीरियम राइज़ोजेन्स के साथ पौधों के प्रत्यारोपण के टीकाकरण के माध्यम से विकसित किया जाता है। कई मोनोकोटाइलडोनस पौधों की प्रजातियों से रूपांतरित बालों वाली जड़ें प्राप्त की गई हैं। इस पद्धति की सफलता का श्रेय ज्यादातर एग्रोबैक्टीरियम के री प्लास्मिड में टी-डीएनए क्षेत्र को दिया जाता है, जो मेजबान संयंत्र कोशिका के परमाणु जीनोम में विदेशी या बाहरी डीएनए के प्रभावी परिचय में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है [77]। संक्रमण प्रक्रिया को टी-डीएनए क्षेत्र में रोल जीन के अस्तित्व से जुड़ा हुआ पाया गया। रोल जीन में रोला, रोलबी और रोलसी जीन शामिल होते हैं और यह द्वितीयक मेटाबोलाइट जैवसंश्लेषण को प्रेरित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं, रोलबी तीन जीनों में सबसे शक्तिशाली है [79]। परिवर्तन तकनीक एक विशिष्ट मेटाबोलाइट के उत्पादन को बढ़ाने के लिए पौधों की कोशिकाओं में चिकित्सीय पौधों के माध्यमिक मेटाबोलाइट मार्ग एंजाइमों के लिए विदेशी जीन एन्कोडिंग शुरू करने की संभावना प्रदान करती है [77,79]। कुछ शोधों ने रुचि के अणुओं के उत्पादन में इस तकनीक की सफलता की सूचना दी है। एग्रोबैक्टीरियम राइजोजेन्स ए4 और एआरसीसी 15834 उपभेदों [80] के साथ ट्रांसफ़ेक्ट किए गए साल्विया ऑफिसिनैलिस के शूट कल्चर से प्राप्त रूपांतरित बालों वाली जड़ों का उपयोग करके रोसमारिनिक एसिड का उत्पादन सफलतापूर्वक प्राप्त किया गया था। रोसमारिनिक एसिड का उत्पादन ओसीमम बेसिलिकम और ड्रेकोसेफालम मोल्डाविया पौधों [81,82] के एग्रोबैक्टीरियम राइजोजीन-मध्यस्थता परिवर्तन द्वारा प्राप्त विशिष्ट बालों वाली जड़ों से भी किया गया था। उत्पादित रोसमारिनिक एसिड की मात्रा प्रजातियों के भीतर थोड़ी परिवर्तनशील थी, ओसीमम बेसिलिकम हेयरी रूट कल्चर का उपयोग करके प्राप्त 76.41 मिलीग्राम/ग्राम डीडब्ल्यू और ड्रेकोसेफालम मोल्डाविया ए. राइजोजीन-रूपांतरित जड़ों का उपयोग करके दर्ज की गई 78.05 मिलीग्राम/ग्राम डीडब्ल्यू के बीच थी [81,82] . रोसमारिनिक एसिड उत्पादन की जांच पहले शेकरची एट अल द्वारा की गई थी। (2012) लैबियाटे परिवार से संबंधित 21 पौधों की प्रजातियों में जो प्रकृति में उगाए गए थे [83]। लेखकों ने दिखाया कि विभिन्न प्रजातियों के लिए रोसमारिनिक एसिड की मात्रा 0 से 58.8 मिलीग्राम/ग्राम डीडब्ल्यू के बीच थी, जो रूपांतरित बालों वाली जड़ों का उपयोग करके प्राप्त मूल्यों से कम थी। इन विट्रो कल्चर प्रणाली का उपयोग करके उत्पादन उपज इन विवो-संवर्धित जड़ों का उपयोग करके उत्पादित उपज से अधिक थी, जो उच्च मूल्य वाले यौगिकों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक व्यवहार्य विकल्प प्रदान करती है।

यह व्यापक रूप से स्थापित है कि जड़ों द्वारा स्रावित रासायनिक यौगिक पौधों द्वारा अपने प्राकृतिक रक्षा तंत्र को बढ़ाने और रोगजनक हमलों से खुद को बचाने के लिए उपयोग किए जाने वाले रक्षा अणुओं के भंडार का प्रतिनिधित्व करते हैं [84]। कई बालों वाली जड़ संस्कृतियों ने अपने उच्च-मूल्य वाले फाइटोकेमिकल यौगिकों के कारण उल्लेखनीय ध्यान आकर्षित किया है, जैसे अरचिस हाइपोगिया से रेस्वेराट्रोल, कैथरैन्थस रोजस से इंडोल एल्कलॉइड, आर्टेमिसिया एनुआ से आर्टेमिसिनिन, और कैंप्टोथेका एक्यूमिनटा या ओफियोरिज़ा पुमिला से कैंप्टोथेसिन [85]। सेना एट अल. (2018) ने ब्रैसिका रैपा हेयरी रूट कल्चर में ग्लूकोसाइनोलेट्स, हाइड्रोक्सीसेनामिक एसिड और उनके ग्लूकोसाइड डेरिवेटिव की उपस्थिति की सूचना दी। हाइड्रो-अल्कोहलिक-व्युत्पन्न अर्क ने एक शक्तिशाली एंटी-मेलानोजेनिक गतिविधि, इंट्रासेल्युलर टायरोसिनेस गतिविधि का मजबूत निषेध और प्राथमिक मेलानोसाइट्स में मेलेनिन सामग्री में महत्वपूर्ण कमी प्रदर्शित की। यह एंटी-मेलानोजेनिक गतिविधि प्रसिद्ध सिंथेटिक टायरोसिनेस-अवरोधक दवा, कोजिक एसिड [71] की निषेध क्षमता के बराबर थी। इसके अलावा, उसी ब्रैसिका रापा बालों वाली जड़ संस्कृतियों से प्राप्त ग्लाइकोप्रोटीन तैयारी ने समान हाइपोपिगमेंटेड गतिविधि दिखाई और टायरोसिनेस गतिविधि के नकारात्मक विनियमन के माध्यम से मेलेनिन संचय को कम किया। इसने मेलानोजेनेसिस के सिग्नल ट्रांसडक्शन कैस्केड में भी हस्तक्षेप किया और माइक्रोफथाल्मिया से जुड़े ट्रांसक्रिप्शन कारक की अभिव्यक्ति को नियंत्रित किया, जिसे मेलेनिन संश्लेषण के प्रमुख नियामक के रूप में जाना जाता है [71]। पैनाक्स जिनसेंग बालों वाली जड़ संस्कृतियां पीएपी1 जीन (एंथोसायनिन वर्णक 1 का उत्पादन) को अत्यधिक व्यक्त करती हैं, जिससे एंथोसायनिन सहित पॉलीफेनोलिक यौगिकों का उत्पादन बढ़ जाता है [85]। इसके अलावा, रूपांतरित बालों वाली जड़ संस्कृतियों से प्राप्त हाइड्रोअल्कोहलिक अर्क ने उत्कृष्ट डर्मो-सुरक्षात्मक गुणों को दिखाया, जिसमें इलास्टेज और टायरोसिनेस एंजाइमों के खिलाफ मजबूत निरोधात्मक कार्रवाई थी [70,86]।

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