Erfassung von Genexpressionsprofilen in Zellkulturmodellen der Epidermis mittels quantitativer Hochdurchsatz Realtime PCR und ihre Beeinflussung durch partikuläre Metallverbindungen sowie Mineralölkohlenwasserstoffe
Creators: name: Schumacher, Paul Martin
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021

description: Die Haut ist das funktionell vielseitigste und größte Organ des Menschen. Ihr Aufbau gliedert sich in drei Bestandteile, wobei die Epidermis die äußerste Schicht der Haut darstellt. Sie besteht aus einem mehrschichtigem verhornten Plattenepithel, dessen Zellen einem ständigen Erneuerungsprozess unterliegen. Die Dermis grenzt eng an die darüber liegende Epidermis an und enthält Bindegewebsfasern sowie ein fein kapillarisiertes Blutgefäßnetz. Zu den wichtigsten Funktionen der oberen Hautschichten gehören der Schutz vor exogenen Faktoren wie Pathogenen, Druck, Hitze, Chemikalien und solarer UV-Strahlung. Gerade kosmetische Mittel müssen daher bei normalem oder vernünftigerweise voraussehbarem Gebrauch sicher und frei von Inhaltsstoffen sein, die adverse Effekte auf der Haut verursachen oder dazu beitragen, dass nach zusätzlicher Sonnenlichtexposition Hautirritationen die Folge sind. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der toxikologischen Bewertung von partikulären Kupfer- und Chromverbindungen sowie Mineralölkohlenwasserstoffen, die in kosmetischen Mitteln Einsatz finden und deren dermale Exposition mit potentiell adversen Effekten einhergehen könnte. In der toxikologischen Risikobewertung haben sich in der Vergangenheit Hochdurchsatz Genexpressionsanalysen etabliert, um mechanistische Untersuchung adverser Effekte zu untersuchen. Die substanzspezifischen Veränderungen der Genexpressionsmuster gelten dabei als sensitiver Indikator für das toxikologische Potential einer Noxe und ermöglichen eine prädiktive Risikoabschätzung. Die dabei untersuchten Gene geben Hinweise auf transkriptionelle Veränderungen vielfältiger zellulärer Mechanismen wie dem Fremdstoffmetabolismus, der Metallhomöostase, der oxidativen Stressantwort, der Zellzyklusregulation und der Apoptose sowie der DNA-Schadenserkennung und -Reparatur. Zur Identifikation sensibler Targets der Haut wurde auf zwei Zelllinien zurückgegriffen, die in den äußeren Hautschichten lokalisiert sind. Humane Keratinozyten (HaCaT) stellen den häufigsten Zelltyp der Epidermis dar, wohingegen Blutgefäß-auskleidende Epithelzellen (EA.hy926) in der Grenzschicht der Epidermis und Dermis anzutreffen sind und dort vor allem in unmittelbarer Nähe von Hautanhangsgebilden wie Haarfollikel oder Schweißdrüsen in Kontakt mit Fremdstoffen kommen. Die Epidermiszellen wurden in der vorliegenden Arbeit sowohl mit Mineralölkohlenwasserstoffen als auch mit Chrom- und Kupferverbindungen behandelt. Mineralöle werden in diversen kosmetischen Mitteln aufgrund ihrer konsistenzgebenden und emollienten Eigenschaften sowie ihrer hohen Hautverträglichkeit eingesetzt. Die dabei verwendeten Mineralöle sind hochaufgereinigte, komplexe Gemische von Kohlenwasserstoffen, bei denen zwischen mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH) und mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH) differenziert wird. Aufgrund von Strukturanalogien zu polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) wird vermutet, dass durch Verunreinigungen oder durch Verwendung von Mineralölrohstoffen minderer Qualität MOAH enthalten sein können, von welchen eine potentiell kanzerogene Wirkung ausgehen kann. Weitere Analysen wurden durchgeführt, um Unterschiede der mechanistischen Wirkweise von Kupferoxid-Nanopartikeln (CuO) und löslichem Kupferchlorid (CuCl2) in Keratinozyten und Endothelzellen zu untersuchen. CuO NP gelten dabei als vielversprechende Alternative zu chemischen Bakteriziden und sind aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit, der Lagerstabilität sowie ihres verhältnismäßig geringem allergenen Potentials favorisiert für die Anwendung in Bedarfsgegenständen und kosmetischen Mitteln. Neben partikulären Kupferverbindungen finden auch Chrompartikel in kosmetischen Mitteln, beispielsweise als grüne Pigmente in Lidschatten oder Mascara, Verwendung. Eine weitere dermale Expositionsquelle gegenüber partikulären Cr-Verbindungen stellen Ledererzeugnisse dar, die mithilfe von Cr(III)-Salzen gegerbt werden. Herstellungsbedingte Verunreinigungen mit krebserzeugenden Chromaten sind bei mangelhafter Prozessführung nicht auszuschließen. Daher wurden Keratinozyten mit Cr2O3 Partikeln drei verschiedener Hersteller sowie den löslichen Referenzverbindungen Chromchlorid (CrCl3) und Kaliumdichromat (K2Cr2O7) behandelt.