Il crescente interesse per la dermatologia sostenibile e “green” ha favorito l’uso di composti naturali come agenti protettivi per la salute cutanea. La bava di lumaca, l’astaxantina (ASTA) e il β-idrossibutirrato (BHB) sono ingredienti bioattivi emergenti con proprietà antiossidanti, rigenerative, antinfiammatorie e capaci di modulare il microbiota, ottenibili in un’ottica di economia circolare. Tuttavia, i loro effetti sono stati raramente valutati in modelli umani complessi che riproducano le caratteristiche chiave della dermatite atopica (AD), come infiammazione, disfunzione della barriera e disbiosi. L’obiettivo di questa tesi è stato sviluppare un modello umano ex vivo che integrasse infiammazione e disbiosi, e utilizzarlo per valutare formulazioni naturali basate su ASTA, diacilglicerolo- e monoacilglicerolo-β-idrossibutirrato (BHB) e muco di Achatina fulica (ASM), singolarmente o combinati nella miscela BOV. Biopsie cutanee sane sono state iniettate con un cocktail infiammatorio (MIXAD), generando un fenotipo simile all’AD acuta. Dopo 24 ore, analisi di espressione genica, istologia e immunoistochimica (IHC) hanno mostrato un netto aumento di IL-6, IL-8 e MMP-1, senza induzione di SERPINB3. L’istologia ha evidenziato disorganizzazione epidermica e infiltrati dermici, mentre l’IHC ha rivelato una marcata perdita di filaggrina. L’iniezione del veicolo non ha prodotto effetti, confermando la robustezza del modello. Su questa base, gli explant sono stati trattati con ASTA, BHB, ASM o BOV al 25–50%. A livello di barriera, BHB 50% ha significativamente indotto filaggrina e loricrina, ASM ha aumentato selettivamente la filaggrina e BOV ha mostrato il profilo più completo. OVOL1 è risultato upregolato in tutte le condizioni, indicando un effetto pro-differenziante. TSLP è stato indotto, suggerendo una moderata attivazione di segnali di allarme epiteliali. ASTA ha ridotto IL-6/IL-8, mentre BHB, ASM e BOV li hanno aumentati, insieme a IL-33 per ASM e BOV, indicando risposte precoci orientate alla riparazione. Tutte le formulazioni hanno ridotto MMP-1, confermando un effetto condiviso anti-degradativo. SERPINB3 è rimasta stabile. Istologicamente, BOV 25–50% ha migliorato le alterazioni indotte da MIXAD, con BOV 50% che ha quasi normalizzato la struttura tissutale. Per integrare la componente microbiologica dell’AD, è stata modellata una disbiosi mediante miscele controllate di S. aureus/S. epidermidis a tre rapporti. La crescita batterica ha mostrato soppressione precoce variabile, recupero intermedio e inibizione tardiva differenziale. BOV e BHB, soprattutto al 50%, hanno esercitato la massima attività tardiva; ASTA ha migliorato la soppressione precoce, mentre ASM ha mostrato effetti più modesti. La condizione più disbiotica è stata quindi combinata con biopsie trattate con MIXAD per creare un modello integrato cute–batteri. Il trattamento con BOV per 6 ore ha modulato selettivamente marker infiammatori e di barriera in una finestra di risposta precoce. BOV ha aumentato IL-6 senza modificare IL-8, ha ridotto TSLP e diminuito moderatamente IL-33. BOV 50% ha fortemente indotto filaggrina e loricrina, indicando una rapida attivazione dei programmi differenziativi. Le AMP S100A7 e S100A8 sono aumentate, soprattutto a concentrazioni intermedie, mentre dosi più elevate — più antibatteriche — hanno prodotto una minore induzione di AMP. SERPINB3 è rimasta bassa. Complessivamente, il lavoro definisce una piattaforma ex vivo che integra infiammazione, disfunzione della barriera e disbiosi da Staphylococcus, identificando BOV come un candidato naturale e sostenibile per la gestione topica dell’AD.
Growing interest in sustainable and “green” dermatology has promoted the use of natural compounds as protective and beneficial agents for skin health. Snail mucus, astaxanthin (ASTA) and β-hydroxybutyrate (BHB) are emerging bioactive ingredients with antioxidant, regenerative, anti-inflammatory and microbiota-modulating properties, and can be obtained within environmentally conscious, circular-economy frameworks. However, their effects have been poorly investigated in complex human models that recapitulate key features of atopic dermatitis (AD), including inflammation, barrier dysfunction and dysbiosis. This thesis aimed to develop and validate a human ex vivo model integrating inflammation and dysbiosis, and to use it to evaluate natural formulations based on ASTA, diacylglycerol- and monoacylglycerol-β-hydroxybutyrate (BHB) and Achatina fulica snail mucus (ASM), administered alone or combined in the BOV mixture. Healthy skin biopsies were injected with an inflammatory cocktail (MIXAD), generating an acute AD-like phenotype. After 24 h, gene expression, histology and immunohistochemistry (IHC) were analysed. MIXAD markedly increased IL-6, IL-8 and MMP-1, confirming strong pro-inflammatory and matrix-remodelling activity, while SERPINB3 was not induced. H&E staining revealed epidermal disorganization, acanthosis and dermal inflammatory infiltrates, and IHC showed significant filaggrin loss. Vehicle injection alone had no effect, confirming that MIXAD reliably converts healthy skin into an inflamed, barrier-impaired but non-damaged AD-like state. On this background, explants were treated with ASTA, BHB, ASM or BOV at 25–50%. At the barrier level, BHB 50% significantly induced filaggrin and loricrin, ASM selectively increased filaggrin, and BOV showed the most complete profile. OVOL1, a transcription factor promoting keratinocyte differentiation, was upregulated by all treatments. TSLP was induced, suggesting controlled epithelial alarm activation. Cytokine analysis showed that ASTA reduced IL-6 and IL-8, whereas BHB, ASM and BOV increased IL-6/IL-8 and, for ASM and BOV, IL-33, indicating early repair-associated signalling. All formulations reduced MMP-1, supporting a shared anti-degradative effect. SERPINB3 remained largely unchanged, confirming biocompatibility. Histologically, BOV 25–50% improved MIXAD-induced alterations and restored filaggrin, with BOV 50% nearly normalizing tissue architecture. To incorporate the microbiological component of AD, dysbiosis was modelled using S. aureus/S. epidermidis mixtures at three ratios representing severe dysbiosis, intermediate balance and commensal dominance. Bacterial growth showed early bacteriostatic effects, mid-phase rebound and differential late-phase suppression. BOV and BHB, particularly at 50%, produced the strongest late-phase inhibition, whereas ASTA improved early control and ASM exerted modest effects. The most dysbiotic condition was then combined with MIXAD-inflamed biopsies to generate an integrated skin–bacteria model. Treatment with BOV for 6 h modulated inflammatory and barrier-related markers within an early signalling window. BOV increased IL-6 but did not alter IL-8, reduced TSLP and moderately decreased IL-33 at lower concentrations. BOV 50% strongly upregulated filaggrin and loricrin, indicating early engagement of differentiation pathways. Antimicrobial peptides S100A7 and S100A8 increased, particularly at intermediate concentrations, while higher doses—showing stronger direct antibacterial effects—produced lower AMP induction. SERPINB3 remained low, indicating absence of epithelial stress. Overall, this work establishes a human ex vivo platform that integrates inflammation, barrier impairment and Staphylococcus-driven dysbiosis, identifying BOV as a promising, naturally derived and environmentally compatible candidate for topical AD management.
Natural Molecules as Innovative Treatments for Inflammatory and Infectious Skin Diseases
ALOGNA, Andrea
2026
Abstract
Il crescente interesse per la dermatologia sostenibile e “green” ha favorito l’uso di composti naturali come agenti protettivi per la salute cutanea. La bava di lumaca, l’astaxantina (ASTA) e il β-idrossibutirrato (BHB) sono ingredienti bioattivi emergenti con proprietà antiossidanti, rigenerative, antinfiammatorie e capaci di modulare il microbiota, ottenibili in un’ottica di economia circolare. Tuttavia, i loro effetti sono stati raramente valutati in modelli umani complessi che riproducano le caratteristiche chiave della dermatite atopica (AD), come infiammazione, disfunzione della barriera e disbiosi. L’obiettivo di questa tesi è stato sviluppare un modello umano ex vivo che integrasse infiammazione e disbiosi, e utilizzarlo per valutare formulazioni naturali basate su ASTA, diacilglicerolo- e monoacilglicerolo-β-idrossibutirrato (BHB) e muco di Achatina fulica (ASM), singolarmente o combinati nella miscela BOV. Biopsie cutanee sane sono state iniettate con un cocktail infiammatorio (MIXAD), generando un fenotipo simile all’AD acuta. Dopo 24 ore, analisi di espressione genica, istologia e immunoistochimica (IHC) hanno mostrato un netto aumento di IL-6, IL-8 e MMP-1, senza induzione di SERPINB3. L’istologia ha evidenziato disorganizzazione epidermica e infiltrati dermici, mentre l’IHC ha rivelato una marcata perdita di filaggrina. L’iniezione del veicolo non ha prodotto effetti, confermando la robustezza del modello. Su questa base, gli explant sono stati trattati con ASTA, BHB, ASM o BOV al 25–50%. A livello di barriera, BHB 50% ha significativamente indotto filaggrina e loricrina, ASM ha aumentato selettivamente la filaggrina e BOV ha mostrato il profilo più completo. OVOL1 è risultato upregolato in tutte le condizioni, indicando un effetto pro-differenziante. TSLP è stato indotto, suggerendo una moderata attivazione di segnali di allarme epiteliali. ASTA ha ridotto IL-6/IL-8, mentre BHB, ASM e BOV li hanno aumentati, insieme a IL-33 per ASM e BOV, indicando risposte precoci orientate alla riparazione. Tutte le formulazioni hanno ridotto MMP-1, confermando un effetto condiviso anti-degradativo. SERPINB3 è rimasta stabile. Istologicamente, BOV 25–50% ha migliorato le alterazioni indotte da MIXAD, con BOV 50% che ha quasi normalizzato la struttura tissutale. Per integrare la componente microbiologica dell’AD, è stata modellata una disbiosi mediante miscele controllate di S. aureus/S. epidermidis a tre rapporti. La crescita batterica ha mostrato soppressione precoce variabile, recupero intermedio e inibizione tardiva differenziale. BOV e BHB, soprattutto al 50%, hanno esercitato la massima attività tardiva; ASTA ha migliorato la soppressione precoce, mentre ASM ha mostrato effetti più modesti. La condizione più disbiotica è stata quindi combinata con biopsie trattate con MIXAD per creare un modello integrato cute–batteri. Il trattamento con BOV per 6 ore ha modulato selettivamente marker infiammatori e di barriera in una finestra di risposta precoce. BOV ha aumentato IL-6 senza modificare IL-8, ha ridotto TSLP e diminuito moderatamente IL-33. BOV 50% ha fortemente indotto filaggrina e loricrina, indicando una rapida attivazione dei programmi differenziativi. Le AMP S100A7 e S100A8 sono aumentate, soprattutto a concentrazioni intermedie, mentre dosi più elevate — più antibatteriche — hanno prodotto una minore induzione di AMP. SERPINB3 è rimasta bassa. Complessivamente, il lavoro definisce una piattaforma ex vivo che integra infiammazione, disfunzione della barriera e disbiosi da Staphylococcus, identificando BOV come un candidato naturale e sostenibile per la gestione topica dell’AD.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
