Mit einem in-vivo-Laserscanmikroskop visualisiert Jürgen Lademann die Oberfläche menschlicher Haut
(05.03.2018) In der ersten Publikationsanalyse im neuen Jahr werfen wir einen Blick auf die Physiologie. Auf Platz 9 der meistzitierten Köpfe: Jürgen Lademann, der an der Berliner Charité forscht und dort das Center of Experimental and Applied Cutaneous Physiology (CCP) leitet. Lademann ist eigentlich Physiker, sei dann aber, wie er selbst erzählt, „immer weiter in die Biologie abgedriftet“. Sein Team untersucht, wie Substanzen in die Haut aufgenommen werden und wie die Haut auf Umwelteinflüsse reagiert.
Methodisch ist hier aber immer wieder Lademanns physikalischer Hintergrund gefragt. Techniken wie die Laserscan- oder die Raman-Mikroskopie wendet sein Team auch in vivo an menschlichen Probanden an. „Wir sind sehr futuristisch ausgestattet“, berichtet Lademann nicht ohne Stolz, „ich glaube nicht, dass Sie ein vergleichbares Labor auf der Welt finden“. Mit Methoden wie der Elektronenspinresonanz messen die Forscher, was chemisch auf oder in der Haut eines Probanden passiert. „Damit können Sie sehen, ob freie Radikale entstehen und ob Antioxidantien mit diesen freien Radikalen wechselwirken“, erklärt Lademann. Vor drei Jahren haben er und seine Kollegen auf diese Weise herausgefunden, dass reaktive Sauerstoffspezies in der Haut nicht nur unter UV-Licht sondern auch bei Bestrahlung im sichtbaren Spektrum entstehen. Offenbar sei eine UV-Sonnencreme allein als Schutz bei Sonnenbädern also nicht ausreichend, schlussfolgert Lademann.
Im Interview wollten wir von Jürgen Lademann aber über ein anderes Thema mehr erfahren: Nanopartikel. Denn die Berliner untersuchen, wie die winzigen Objekte die Haut durchdringen.
Laborjournal: Wenn ich mich eincreme, wie zieht dann die Creme in die Haut ein?
Jürgen Lademann: Klassischerweise ging man davon aus, dass eine Creme oder Lotion, die man außen auf die Haut aufträgt, einfach durch die Haut in die tieferen Zellschichten diffundiert. Wir haben aber herausgefunden, dass es noch einen zweiten Weg gibt, und der führt über die Haarfollikel. Wir haben ja fast überall auf der Haut Haarfollikel, auch an Stirn, Wange oder Rücken. Mit dem Mikroskop sieht man, dass die ziemlich dicht beieinander liegen.
Und dort kann eine Creme dann in die Haut eindringen?
Lademann: Nein, das spannende ist nämlich: Flüssige oder cremige Substanzen alleine gehen dort nicht rein. Applizieren wir aber eine Sonnencreme, die Titandioxid-Partikel enthält, dann sehen wir, dass diese Partikel in die Haarfollikel gelangen.
Haben Sie eine Erklärung dafür? Eigentlich müsste es für einen festen Partikel doch viel schwerer sein, am Haar entlang in die Haut einzudringen, als für eine Flüssigkeit.
Lademann: Erstaunlicherweise stellt sich heraus, dass gar nicht die allerkleinsten Partikel reingehen. Am besten schaffen das die mit einer Größe um die 600 bis 700 Nanometer. Schaut man sich die Struktur der Haare an, dann bestehen die aus Schuppen, die ebenfalls diese Dicke von 600 bis 700 Nanometern haben – egal ob das Haar auf dem Kopf oder woanders sitzt, egal ob beim Mensch, Maus oder beim Elefanten. Und selbst bei den allerkleinsten Bewegungen, die wir machen, werden diese Haare mitbewegt. Ähnlich große Partikel bleiben an den Schuppen hängen und werden bei Bewegung der Haare in die Haarfollikel reingedrückt.
Wenn man also zu therapeutischen Zwecken einen Wirkstoff in die Haut einbringen will, dann koppelt man den am besten an Nanopartikel der richtigen Größe und bringt ihn so in die Haarfollikel?
Lademann: Im Prinzip ja. Nun haben wir aber festgestellt, dass man die Partikel zwar in die Haarfollikel bekommt, aber nicht durch die Haarfollikel hindurch in die tieferen Schichten der lebenden Haut. Dort gibt es Tight Junctions, die für Nanopartikel eine Barriere darstellen. Da können dann aber wiederum flüssige Substanzen hindurch diffundieren.
Also eine Creme, die von selber nicht in die Haarfollikel eindringen würde.
Lademann: Ja, und wenn Sie einen billigen Wirkstoff haben, ist das kein Problem. Dann bringen Sie in die Creme poröse 600 bis 700 Nanometer große Partikel. Die saugen den Wirkstoff auf, gehen in die Haarfollikel, und der Wirkstoff diffundiert wieder heraus und kann die Barriere des Haarfollikels zu den tieferen Schichten durchdringen.
Sie benutzen den Nanopartikel also als Taxi, um einen Wirkstoff erst mal bis zum Haarfollikel zu bringen.
Lademann: Genau. Hat man jetzt aber einen Wirkstoff, der teurer ist und den man nicht so verschwenden möchte, dann braucht man Nanopartikel, die den Wirkstoff binden und ihn am Haarfollikel gezielt freisetzen. An solchen degradierbaren Partikeln forschen wir gerade; die sollen sich auf ein Trigger-Signal hin auflösen.
Was für ein Trigger ist das?
Lademann: Man könnte das mit einer Infrarotlampe oder einem Ultraschallgerät realisieren, doch das wäre nicht praktikabel. Dann müsste der Patient ja immer seinen Triggersignalgeber mit rumschleppen. Wir dachten an temperatur-sensitive Partikel, doch auch dieser Parameter ist nicht immer praktikabel. Denken Sie an einen heißen Sommertag im August – dann setzen Ihre Nanopartikel die Wirkstoffe vielleicht schon frei, wenn Sie die Creme auf der Fensterbank liegen haben. Allerdings herrscht in den Haarfollikeln ein charakteristischer pH-Wert, der sich von dem an der Hautoberfläche unterscheidet. Deshalb experimentieren wir derzeit mit der getriggerten Freisetzung über den pH-Wert, und das klappt ganz gut. Wir können den Partikel also jetzt einsetzen wie einen LKW, der Ladung erst an ihren Platz bringt und sie dann dort ablädt. Trotzdem gibt es für uns noch viel zu tun. Zum Beispiel müssen wir zeigen, wie viel Wirkstoff dann letztlich in die tieferen Schichten gelangt. Dazu haben wir jetzt erste positive Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass wir eine bis anderthalb Größenordnungen über dem normalen Weg einer Creme durch die Haut liegen.
Nun sind wir ja im täglichen Leben auch mit Nanopartikeln konfrontiert, die womöglich schädliche Wirkungen auf uns haben. Dieser Tage wird viel über Gesundheitsrisiken durch Dieselfahrzeuge diskutiert. Sie haben hierzu erst im Dezember an einem Paper mitgeschrieben, in dem Sie unter anderem die Wirkung von Dieselabgaspartikeln auf Keratinozyten untersucht haben. Spielt der Kontakt mit der Haut dabei wirklich eine wesentliche Rolle? Oder ist nicht das Hauptproblem, dass wir diese Feinstäube inhalieren?
Lademann: Das Inhalieren ist natürlich ein Problem, wobei unser Atemtrakt natürlich auch gewisse Schutzmechanismen hat. Aber schauen Sie sich mal an, was Rußpartikel auf der Haut machen: Dieselruß ist nichts anderes als Aktivkohle. Wir wissen, dass Aktivkohle fast alles aus der näheren Umgebung absorbiert. Die Partikel kommen auf die Haut und können dann ja auch in die Haarfollikel gelangen.
Kann man sich davor irgendwie schützen?
Lademann: Sie können eine Barrierecreme nehmen und damit ihre Haut bedecken. Die Rußpartikel landen dann erst mal auf der Creme, und in der Literatur ist auch gezeigt, dass das effektiv schützt. Das Problem ist aber: Wie bekommen Sie die Creme runter?
Ich würde sie später wieder abwaschen.
Lademann: Aber wenn Sie die Creme abwaschen oder abduschen, dann massieren Sie beim Einseifen ja auch ihre Haut. Dabei bewegen Sie wieder die Haare in der Haut, und dadurch gelangen die Partikel natürlich erst recht in die Haarfollikel. Dort bleiben sie dann bis zu 14 Tage lang – bis sie mit dem Haar wieder herausgewachsen sind. Derweil haben die Rußpartikel alle Zeit der Welt, ihre aromatischen Kohlenwasserstoffe freizusetzen – oder Pollenallergene und andere Substanzen, die sie aufgenommen haben. Unser Ansatz lautet daher: Nicht waschen, sondern vorher zunächst die Hautoberfläche mit einem geeigneten Material abtupfen und die Creme aufsaugen.
Was Nanopartikel allgemein und Dieselpartikel im Speziellen betrifft: Sind diese Einflüsse wirklich so gefährlich für uns, oder schüren einige Medien hier vielleicht übertriebene Ängste?
Lademann: Was gezeigt ist: Wenn Dieselrußpartikel auf die Haut gelangen, dann setzen sie auch aromatische Kohlenwasserstoffe frei, falls sie mit Schweiß in Kontakt kommen. Die Schadstoffe sind dann nicht mehr an Partikel gebunden sondern direkt auf der Haut. Und dass aromatische Kohlenwasserstoffe schädlich sind, ist auch nachgewiesen. Meine persönliche Überzeugung ist daher: Es ist sinnvoll, sich vor diesen Partikeln zu schützen.
Die Fragen stellte Mario Rembold