Künstliche Haut erlaubt Forschung über UV-Schäden und Phototoxizität

In der UV-Bestrahlungseinheit bestrahlen Fraunhofer-Forscher das Hautmodell mit einer definierten, nicht toxischen UV-Dosis. /Fraunhofer IGB

Berlin – Ein Verfahren, um das sogenannte phototoxische Potenzial von Substanzen mittels künstlicher Haut zu testen, hat das Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bio­verfahrenstechnik (IGB) entwickelt. Hintergrund ist, dass seit dem Jahr 2013 Kosmetika, deren Inhaltsstoffe an Tieren getestet wurden, in der EU nicht mehr verkauft werden dür­fen. Das Fraunhofer IGB erforscht alternative, auf Zellmodellen basierende Testver­fah­ren, um die Verträglichkeit von Substanzen zu überprüfen.

Bekanntlich können Sonnenstrahlen die Haut nicht nur direkt schädigen. Manche Sub­stan­zen in Arzneimitteln oder Kosmetika, aber auch in Heilpflanzen wie Johanniskraut oder Pflanzenextrakte wie Bergamottöl, können toxisch auf die Haut wirken, wenn UV-Licht mit im Spiel ist. Diese Phototoxizität beruht darauf, dass eine Substanz Licht­ener­gie aufnimmt und sich dabei chemisch verändert. Erst die veränderte Substanz wirkt toxisch auf die Haut, die mit Rötung, Schwellung oder mit Entzündungen reagieren kann – ähnlich wie bei einem Sonnenbrand.

Das Testverfahren erfolgt an einem In-Vitro-Hautmodell, das die Fraunhofer-Forscher aus menschlichen Hautzellen in speziellen Kulturgefäßen aufbauen. Das Modell besteht aus einer vollständig ausgebildeten Oberhaut, der Epidermis. „Wenn wir menschliche Ke­ratinozyten in unsere Platten aussäen und im Labor kultivieren, bilden diese eine künst­liche Oberhaut – mit all ihren natürlichen Schichten“, erläuterte Sibylle Thude. Auch die typische Hornschicht, die als wichtige Barriere gegen Austrocknung und Umwelt­ein­flüsse wirkt, sei in dem Modell vorhanden, so die Biologin.

Wenn das Epidermismodell nach zwei Wochen ausgereift ist, träufeln die Forscher für den Phototoxizitätstest eine Testsubstanz auf das Hautmodell und bestrahlen es an­schlie­ßend mit einer definierten, aber nicht toxischen UV-Strahlendosis. Danach können sie untersuchen, ob die Hautzellen noch leben oder geschädigt wurden. „Hierzu schauen wir uns die Hautmodelle zuerst unter dem Mikroskop an“, erklärte Thude. Jede Probe wird zudem mit einem spektrometrischen Test untersucht, mit dem sich das Ausmaß der Schädigung exakt quantifizieren lässt.

„Wenn die Vitalität des Hautmodells um mehr als 30 Prozent im Vergleich zu einem mit der Testsubstanz behandelten, aber unbestrahlten Modell reduziert wurde, stufen wir die Testsubstanz als phototoxisch ein“, so die Prüfleiterin. Das Testverfahren ist laut dem Fraunhofer IGB für wässrige Lösungen und Öle validiert, an die OECD-Richtlinie 432 und das sogenannte INVITTOX- Protokoll 121 angelehnt und durch die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) begutachtet. © hil/aerzteblatt.de