Oxidative stress occurs in extrinsic skin aging processes and diseases when the enhanced production of free radicals exceeds the homeostatic antioxidant capacity of the skin. The spin probe, 3-(carboxy)-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidin-1-oxyl (PCA), is frequently used to study the cutaneous radical production by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. This approach requires delivering PCA into the skin, yet solvent effects on the skin penetration and spatial distribution of PCA have not been thoroughly investigated. Three solvents of ethanol, phosphate-buffered saline (PBS) and ethanol-PBS (1:1) were studied. For both human and porcine skin ex vivo, the amount of PCA in the stratum corneum (SC) was the lowest when using ethanol and very similar for PBS and ethanol-PBS. The highest amount of PCA in the viable skin layers was detected for ethanol-PBS, yet it only took up less than 5% of the total amount. The majority of PCA was localized in the SC, among which PCA with high mobility was predominantly distributed in the hydrophilic microenvironment of corneocytes and PCA with lower mobility was mainly in the less hydrophilic microenvironment of intercellular skin lipids. A higher ethanol concentration in the solvent could improve the distribution of PCA in the hydrophilic microenvironments of the SC. The results suggest that ethanol-PBS (1:1) is best-suited for delivering most PCA deep into the skin. This work enhances the understanding of solvent effects on the skin penetration and distribution of PCA and supports the utilization of PCA in studying cutaneous radical production.

中文翻译：

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溶剂对 EPR 研究的亲水性氮氧化物自旋探针 PCA 的皮肤渗透和空间分布的影响。

当自由基的增加超过皮肤的稳态抗氧化能力时，氧化应激发生在外在的皮肤老化过程和疾病中。自旋探针 3-(羧基)-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-1-氧基 (PCA) 经常用于通过电子顺磁共振 (EPR) 光谱研究皮肤自由基的产生。这种方法需要将 PCA 输送到皮肤中，但尚未彻底研究溶剂对 PCA 皮肤渗透和空间分布的影响。研究了乙醇、磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 和乙醇-PBS (1:1) 三种溶剂。对于人和猪的离体皮肤，角质层 (SC) 中 PCA 的量在使用乙醇时最低，并且对于 PBS 和乙醇-PBS 非常相似。乙醇-PBS 在活皮层中检测到的 PCA 含量最高，但仅占总量的不到 5%。大部分PCA定位于SC，其中具有高迁移率的PCA主要分布在角质细胞的亲水性微环境中，而迁移率较低的PCA主要分布在细胞间皮肤脂质的亲水性微环境中。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。但它只占总量的不到5%。大部分PCA定位于SC，其中具有高迁移率的PCA主要分布在角质细胞的亲水性微环境中，而迁移率较低的PCA主要分布在细胞间皮肤脂质的亲水性微环境中。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。但它只占总量的不到5%。大部分PCA定位于SC，其中具有高迁移率的PCA主要分布在角质细胞的亲水性微环境中，而迁移率较低的PCA主要分布在细胞间皮肤脂质的亲水性微环境中。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。其中迁移率高的PCA主要分布在角质细胞的亲水性微环境中，迁移率低的PCA主要分布在细胞间皮肤脂质的亲水性微环境中。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。其中迁移率高的PCA主要分布在角质细胞的亲水性微环境中，迁移率低的PCA主要分布在细胞间皮肤脂质的亲水性微环境中。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。溶剂中较高的乙醇浓度可以改善 PCA 在 SC 亲水微环境中的分布。结果表明，乙醇-PBS (1:1) 最适合将大部分 PCA 输送到皮肤深处。这项工作加深了对溶剂对 PCA 皮肤渗透和分布的影响的理解，并支持利用 PCA 研究皮肤自由基的产生。