Vi har länge blivit varnade för riskerna med att färga hår hemma och i salonger. Produkter som används kan orsaka allergier och hudirritation - uppskattningsvis 1% av människor har allergi mot färgämnen. Vidare, upprepad användning av vissa färgämnen har kopplats till cancer.

Men det kan snart finnas en lösning för den växande listan av salonger och hårfärgsentusiaster som söker efter naturliga alternativ till färgämnen och kosmetika.

Forskare från Northwestern University har utvecklat ett nytt sätt att skapa ett spektrum av naturliga hårfärger, allt från blond till svart, genom att använda enzymer för att katalysera syntetiskt melanin.

Forskningen kommer att publiceras 30 oktober i tidskriften Materialkemi .

Melanin är ett gåtfullt och allestädes närvarande material som ofta finns i form av brunt eller svart pigment. Northwesterns Nathan Gianneschi, forskningsledaren och biträdande direktören för International Institute for Nanotechnology, sa att varje typ av organism producerar melanin, vilket gör det till ett lättillgängligt och mångsidigt material att använda i labbet.

"I människor, det är i baksidan av vårt öga för att hjälpa till med synen, det finns i vår hud för att hjälpa till att skydda hudceller från UV-skador, ", sa Gianneschi. "Men fåglar använder det också som en spektakulär färgskärm - påfågelfjädrar är helt gjorda av melanin."

Gianneschi är Jacob och Rosalind Cohn professor i kemi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och professor i materialvetenskap och ingenjörskonst och biomedicinsk teknik vid McCormick School of Engineering. Claudia Battistella, en postdoktor i Gianneschis labb, är tidningens första författare.

I den typiska processen att färga hår, stylister använder blekmedel för att ta bort melanin från håret, tillsätt sedan ammoniak och färg för att öppna och penetrera hårets nagelband för permanent färg. Arbete som gjordes med melanin i andra delar av labbet inspirerade Battistella att se hur det applicerades på hårfärgning.

Battistella tänkte genom att ersätta melanin istället för att ta bort det och lägga färg på hårets yta istället för inuti det, hon kunde skapa ett mer hållbart sätt att skapa varaktig färg. I denna process, forskare färgar hår genom att kombinera svampenzymer med en aminosyra, orsakar en process som efterliknar reaktioner som uppstår naturligt i kroppen. Preliminära studier avslöjade potentialen för det färgade lagret att kvarstå genom flera tvättar.

"Färgningsprocessen är liknande från en stylists synvinkel, men dessa tillstånd är mildare, så de tar lite längre tid, ", sa Battistella. "Även om det kunde kombineras med en bas, det är inte nödvändigt att använda en, och det finns inget behov av kemiska pigment. Eftersom vi redan har melanin i våra kroppar, vi tror att vi inte kommer att få allergiska reaktioner på det."

Eftersom melanin också bleknar i håret på grund av solexponering och åldrande, forskare undrade också över solens inverkan på färgämnet. Förutom att det är en mildare process än traditionell färg, beläggning av hår i syntetiskt melanin har potential att skydda håret från solskador som kan orsaka blekning. Studier visade att jämfört med obehandlat hår, hår behandlat med melaninpigment skadades mindre när det exponerades för ultravioletta strålar.

Uppsatsen identifierar fyra viktiga fördelar med att använda syntetiskt melanin istället för traditionella färgämnen:

• Syntetiskt melanin undviker användningen av ammoniak som basskikt.
• Föregångarna till att behandla hår med melanin är mindre giftiga.
• Processen använder säkrare, mer skalbara kemikalier.
• Det finns en enorm potential i framtida kosmetiska översättningar av syntetiskt melanin.

Med tanke på branschens önskan att gå bort från cancerframkallande ämnen och andra giftiga kemikalier, Gianneschi tror att hans labb kommer att kunna bryta igenom regleringsbranschen. Teamet hoppas sedan hitta en partner som är villig att utveckla färgämnet i större skala. Ur Gianneschis perspektiv, den främsta motivationen för forskningen är inte bara spänningen över melanins potentiellt enorma kommersiella användning.

"Ur ett biomedicinskt perspektiv, det finns en enorm marknad av människor med hårfärgningsallergi, "Sade Gianneschi. "Vår första tanke var att det skulle vara bra att ha en lösning för att hjälpa dessa människor."