Anti-Pollution Matrix – Schädigung – Molekular – Zelltoxizität

Zelltoxizität

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Erklärung

Generell äußert sich Zelltoxizität oder Zytotoxizität darin, dass das Gewebe und die Zellen derart geschädigt werden, dass sie ihre angestammte Funktion nicht mehr oder nur noch ungenügend ausüben können. Zelltoxizität zeigt sich z.B. in einer veränderten Morphologie der Zellen oder des Gewebes, einer verminderten oder ausbleibenden Zellteilung bis hin zur Zelllyse. Folglich werden die Zellen und das Gewebe seneszent und sterben ab (Apoptose, Nekrose). Verschiedene Formen von Pollution (Schmutzpartikel, Gase oder Sonnenexposition) können Zelltoxizität induzieren, was zu z. B. Hautalterung und Hautveränderungen führen kann [1-3].

 

Auswirkung für die Haut

Führt Pollution, sowie übermäßige Sonnenexposition, zu Apoptose im Hautgewebe, werden die toten Zellen vermehrt abgestoßen, ein Vorgang, den man erhöhte Desquamation nennt. Dies dient dazu das tote Gewebe los zu werden, damit es sich erneuern kann. Bei der Apoptose lösen sich die Zellen von den Nachbarzellen ab und werden kleiner mit einem kondensierten Zellkern. Dies führt auch zu einer Schwächung der Hautbarriere, womit die Pollution (z.B: Schmutzpartikel) besser in die Haut eindringen kann. Auch eine Veränderung des Hautmikrobioms ist zu erwarten.

Bei der Seneszenz sind die Zellen im Gewebe nicht mehr proliferativ, sondern zeigen z.B. den sogenannten Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyp. In diesem Zustand schütten die Zellen beispielsweise entzündungsfördernde Zytokine aus, was zu Entzündungen, Radikalbildung, Abbau der Gewebestruktur, vorzeitiger Hautalterung etc. führen kann.

 

Maßnahmen

Schutz vor übermäßigem Sonnenlicht können beispielsweise UV-Filter in Sonnencremes bieten oder das Tragen von langer Kleidung. Im Falle von Schmutzpartikeln sind Barriere stärkende Mittel zu empfehlen, wie auch feuchtigkeitsspendende Cremes. Mit Hilfe von Hautreinigungsmitteln kann die Pollution von der Haut abgewaschen werden. Allenfalls können auch Exfoliants verwendet werden, um die Haut bei der Abschuppung toter Zellen zu unterstützen.

Da Zelltoxizität und Zelltod häufig durch oxidativen Stress und somit freie Radikale verursacht wird, ist auch die Unterstützung des hauteigenen antioxidativen Schutzsystems, beispielsweise durch Vitamine, wie Vitamin C (Ascorbinsäure) oder Vitamin E (Tocopherol), welche sich häufig in kosmetischen Präparaten befinden, vorteilhaft.

 

Nachweismethoden der Auswirkungen

Zelltoxizität lässt sich in-vitro / ex-vivo relativ einfach mittels folgender Methoden nachweisen:

  • MTT Assay: Unwandlung des wasserlöslichen und gelben 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT) in violettes Formazan. Dies geschieht in den Zellen hauptsächlich im Energiemetabolismus und der Zellatmung. Das Formazan kann photometrisch gemessen werden [4, 5].
  • LDH Assay: Durch Zelllyse, welche beim Zelltod eintreten kann, wird das Enzym Lactatdehydrogenase (LDH) freigesetzt. Die Aktivität der LDH kann mittels kolorimetrischer oder fluoreszierender Methoden nachgewiesen werden.
  • Proliferationsmessung: Die Zellvermehrung (Proliferation) kann mittels BrdU-Test gemessen werden. Dabei misst man den Einbau eines Bromdesoxyuridins (BrdU) in die DNA während der Mitose. Das BrdU wird mit einem Antikörper detektiert und kolorimetrisch gemessen.
  • Sauerstoffverbrauch und pH-Messung sind zwei weitere Methoden, mit denen Zelltoxizität in-vitro gemessen werden kann.
  • Histologie: Histologisch kann Zelltoxizität beispielsweise anhand morphologischer Zellveränderungen, wie loses Gewebe, verminderter Zell-Zellkontakt oder Mikrozellkerne, erkannt werden. Apoptose wird mittels TUNEL-Färbung fluorometrisch gemessen.
  • ELISA assays: Nachweis von Zytokinen in z.B. Flüssigkeiten von Hautbiopsien/Saugblasen, die den Zelltod induzieren.

Makroskopisch (in vivo) ist eine erhöhte Hautabschuppung (Desquamation), ersichtlich an rauen, weißen Stellen auf der Haut, ein Zeichen für erhöhten Zelltod.

 

Literatur

[1] E. Araviiskaia et al. The impact of airborne pollution on skin, JEADV (2019) 10.1111/jdv.15583, https://doi.org/10.1111/jdv.15583
[2] K. E. Kim et al. Air pollution and skin diseases: Adverse effects of airborne particulate matter on various skin diseases, Life Scie 152 (2016) 126-134, DOI: 10.1016/j.lfs.2016.03.039
[3] S. Ke et al. Cytotoxicity analysis of indoor air pollution from biomass combustion in human keratinocytes on a multilayered dynamic cell culture platform, Chemosphere 208 (2018) 1008-1017, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.06.058
[4] M. Gareis, Diagnostischer Zellkulturtest (MTT-Test) für den Nachweis von zytotoxischen Kontaminanten und Rückständen, J. Verbr. Lebensm. 1(2006) 354-363, https://doi.org/10.1007/s00003-006-0058-6
[5] T. Mosmann, Rapid Colorimetric Assay for Cellular Growth and Survival: Application to Proliferation and Cytotoxicity Assays, Journal of lmmunological Methods, 65 (1983) 55-63, https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90303-4