Untersuchungen zur Eindringtiefe und Toxizität von Titandioxid-Nanopartikeln in barrieregestörter Haut nach UV-Exposition

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Emmert; Professor Dr. Wolfgang Maus-Friedrichs
• Fachliche Zuordnung: Dermatologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506860058

Die photokatalytische Aktivität von Titandioxid-Nanopartikel führt unter UV-Bestrahlung in Anwesenheit von Wasser zur Bildung erbgutschädigender reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Titandioxid-Nanopartikel kommen in Kosmetika und Sonnencremes zur Anwendung. Während sie bei gesunder Haut die Hautbarriere nicht durchdringen, können sie bei Erkrankungen, die die natürliche Barrierefunktion der Haut einschränken, möglicherweise die äußerste Schicht der Epidermis (Stratum corneum) durchdringen und in lebende Schichten der Haut gelangen. Es steht zu befürchten, dass, sobald auch nur geringe Mengen an photokatalytisch aktiven Partikeln lebendes Gewebe erreichen, sich insbesondere unter UV-Bestrahlung aggressive ROS bilden. Diese können dann die Zellen und das Erbgut in den tieferen Hautschichten schädigen und damit das Hautkrebsrisiko erhöhen. Während umfangreiche Studien gezeigt haben, dass Sonnencremes, die nanoskalige Titandioxid-Partikel enthalten, auf gesunder, unbeschädigter Haut sicher angewandt werden können, ist die sichere Anwendung bei krankheitsbedingt geschädigter Haut oder bei durch Sonnenbrand, Wind, Salzwasser oder Sand beanspruchter Haut noch ungeklärt. Folglich ist es das Ziel dieses Projekts, einen Beitrag zur Abschätzung der Gefährdung zu leisten, die von Sonnencreme und kosmetischen Produkten mit Titandioxid-Nanopartikel für Patienten mit barrieregestörter Haut ausgeht. In gemeinsamen Vorstudien ist es den Antragstellern gelungen die Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzspektroskopie (TXRF) als geeignete Methode zur Detektion von Titan in Mikrotomschnitten von Hautproben zu erproben. Mit einer Kombination aus XRF-Methoden und Ramanmikroskopie ist es möglich Diffusionsprofile von Titandioxid-Nanopartikeln in geschädigter Haut nachzuvollziehen. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass gefrorene, mit Sonnencreme behandelte Hautproben mit einem fokussierten Ionenstrahl geschnitten und anschließend im Kryo-Rasterelektronenmikroskop analysiert werden können. Im Einzelnen sollen im beantragten Projekt zunächst die photokatalytischen Reaktionen an UV-bestrahlten und mit Titandioxid-Nanopartikeln belegten Zellkulturen analysiert werden. Die Ermittlung der Eindringtiefe von Titandioxid-Nanopartikeln in barrieregestörter Haut nach UV-Bestrahlung im Vergleich zu gesunder Haut am Mausmodell und am Beispiel von humanen Hautproben bildet den Kern der Untersuchungen. Des Weiteren soll der Einfluss der Titandioxid-Nanopartikel auf epidermale Differenzierung, Proliferation, Stabilität und Integrität untersucht sowie DNA-Läsionen identifiziert und charakterisiert werden. Die neuen Erkenntnisse zur Eindringtiefe und Toxizität von Titandioxid-Nanopartikeln in barrieregestörter Haut werden einen wichtigen Beitrag zur verbesserten Gefährdungsbeurteilung für die Verwendung von titandioxidhaltigen Kosmetika, insbesondere Sonnenschutz, für Patienten mit Hautbarrierestörungen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Lars Böckmann, Ph.D.; Dr. René Gustus, Ph.D.