Hypnea musciformis del Caribe colombiano : perfil metabólico en ambiente natural y en cultivo, y su potencial cosmético

Abstract

En los últimos años, el interés por implementar estilos de vida más saludables ha generado una creciente demanda de ingredientes naturales, seguros y sostenibles, especialmente en la industria cosmética. Este contexto ha impulsado la búsqueda de nuevas fuentes de compuestos bioactivos que reemplacen ingredientes sintéticos, poco aceptados por los consumidores. Bajo este marco, la presente tesis de maestría se centra en la identificación de compuestos de interés dermocosmético a partir de la macroalga roja Hypnea musciformis, recolectada en el Caribe colombiano. Esta especie, tradicionalmente reconocida como fuente de carragenina, ha sido poco estudiada y no se ha cultivado comercialmente en Colombia, lo cual abre una oportunidad para evaluar tanto su potencial biotecnológico como su aplicación en formulaciones cosméticas innovadoras y sostenibles. La presente investigación, la primera que busca establecer el potencial cosmético de H. musciformis en Colombia, se desarrolló en tres etapas: (1) el establecimiento de un sistema semicerrado de cultivo en canaletas para la producción de biomasa, (2) la identificación de metabolitos de interés mediante el perfilado químico de muestras silvestres y cultivadas, y (3) la validación de su aplicación en un prototipo cosmético. En la fase de cultivo, se implementaron experimentos variando nutrientes, luz y sustratos. Aunque se evidenció una adaptación inicial positiva de la macroalga, la contaminación por otros organismos limitó el mantenimiento del sistema más allá de 15 días. El perfil químico de los extractos obtenidos con diferentes disolventes mostró bajos rendimientos, y la presencia de ácidos grasos, y polisacáridos. Los metabolitos de mayor interés identificados fueron los aminoácidos tipo micosporinas (MAAs) y las carrageninas. Los MAAs, conocidos por su actividad fotoprotectora, se analizaron en muestras de diferentes regiones del Caribe colombiano. Se encontró una variabilidad significativa en su concentración, destacándose las muestras de La Guajira y, particularmente, la muestra Wt-0309-23 de Santa Marta, que presentó los mayores valores, superiores a los reportados previamente en Brasil para la misma especie. Esto confirma la presencia y el potencial aprovechamiento de MAAs en Hypnea. Sin embargo, las muestras cultivadas mostraron concentraciones mucho menores, lo que indica que el sistema semicerrado no favoreció su producción. De forma complementaria, se detectaron MAAs en algas de arribazón, lo que abre la posibilidad de valorizar esta biomasa residual como fuente alternativa. En cuanto a la carragenina, los análisis FT-IR y SEC-HPLC confirmaron que todas las muestras de H. musciformis producen carragenina del tipo κ (kappa), altamente demandada en la industria. Además, se observó un aumento en el peso molecular de estas carrageninas cuando el alga es cultivada, posiblemente como respuesta a factores de estrés o a procesos de maduración. Estas características posicionan al cultivo de H. musciformis como un recurso prometedor para aplicaciones industriales. Finalmente, dada la abundancia e importancia de la κ-carragenina, se exploró su aplicación en la formulación de un prototipo cosmético: una mascarilla facial tipo hidrogel. Este producto aprovechó tanto su capacidad gelificante como sus propiedades hidratantes, actuando como ingrediente activo y excipiente. Se evaluaron variaciones de concentración y la incorporación de otros componentes, hasta obtener una formulación estable con adecuada textura, elasticidad y adaptabilidad al rostro. Los ensayos de eficacia cosmética in vivo (corneometría) mostraron una mejora en la hidratación y en la pérdida transepidermal de agua, especialmente en personas de entre 35 y 40 años. A su vez, las pruebas sensoriales reportaron alta aceptación del prototipo, coherente con los resultados fisicoquímicos. En conclusión, esta investigación aporta evidencia del potencial cosmético de Hypnea musciformis del Caribe colombiano, destacando la riqueza de sus MAAs en condiciones naturales y la calidad de su κ-carragenina para aplicaciones industriales. Además, constituye un primer paso hacia el desarrollo de bioproductos sostenibles basados en macroalgas, con perspectivas de innovación científica y económica en el país (Texto tomado de la fuente).

In recent years, the pursuit of healthier lifestyles has driven an increasing demand for natural, safe, and sustainable ingredients, particularly in the cosmetic industry. This trend has encouraged the search for new sources of bioactive compounds to replace synthetic ingredients that are less accepted by consumers. Within this context, the present Master’s thesis focuses on the identification of dermocosmetic compounds from the red macroalga Hypnea musciformis, collected in the Colombian Caribbean. This species, traditionally recognized as a source of carrageenan, has been little studied nor cultivated commercially in Colombia, which presents an opportunity to evaluate both its biotechnological potential and its application in innovative and sustainable cosmetic formulations. This research, the first in Colombia to explore the cosmetic potential of H. musciformis, was conducted in three stages: (1) the establishment of a semicontrolled troughs cultivation system for biomass production, (2) the identification of metabolites of interest through chemical profiling of wild and cultivated samples, and (3) the validation of their application in a cosmetic prototype. In the cultivation phase, experiments were carried out by varying nutrients, light, and substrates. Although the macroalga initially showed positive adaptation, contamination by other organisms limited the maintenance of the system beyond 15 days. Chemical profiling of extracts obtained with different solvents revealed low yields, with the main presence of fatty acids and polysaccharides. The most relevant metabolites identified were mycosporine-like amino acids (MAAs) and carrageenans. MAAs, known for their photoprotective activity, were analyzed in samples collected from different regions of the Colombian Caribbean. Significant variability in their concentration was observed, with samples from La Guajira and, in particular, sample Wt-0309-23 from Santa Marta showing the highest values, exceeding those previously reported for this specie in Brazil. These results confirm the presence and potential of MAAs in Hypnea. However, cultivated samples exhibited much lower concentrations, indicating that the semicontrolled system did not favor their production. Additionally, MAAs were also detected in drift algae, suggesting the possibility of valorizing this residual biomass as an alternative source. Regarding carrageenan, FT-IR and SEC-HPLC analyses confirmed that all H. musciformis samples produced κ-carrageenan, which is highly valued by industry. Moreover, an increase in molecular weight was observed in carrageenans obtained from cultivated algae, possibly due to stress factors or maturation processes. These characteristics highlight the potential of H. musciformis cultivation as a promising resource for industrial applications. Finally, given the abundance and importance of κ-carrageenan, its application was explored in the formulation of a cosmetic prototype: a hydrogel facial sheet-mask. This product capitalized on both the gelling capacity and hydrating properties of κ-carrageenan, functioning as both an active ingredient and an excipient. Different concentrations and additional components were tested until a stable formulation was achieved, with suitable texture, elasticity, and adaptability to the face. In vivo cosmetic efficacy assays (corneometry) demonstrated improved skin hydration and reduced transepidermal water loss, particularly in individuals aged 35–40 years. Sensory tests further revealed high acceptance of the prototype, consistent with the physicochemical results. In conclusion, this study provides evidence of the cosmetic potential of Hypnea musciformis from the Colombian Caribbean, underscoring the richness of its MAAs under natural conditions and the industrial quality of its κ-carrageenan. Moreover, it represents an initial step toward the development of sustainable macroalgae-based bioproducts, with promising scientific and economic implications for the country.