Nanopartikel und die Haut

Die Haut ist das größte Organ des Körpers. Durch Abgrenzung von Innen und Außen schützt sie den Körper gegen die unterschiedlichsten Einwirkungen z.B. vor mechanischen Einflüssen wie Druck, Stoß, Zug, Reibung oder Verletzungen. Nanopartikel können die intakte Haut nicht durchdringen. Auch leichte oberflächliche Verletzungen beeinträchtigen diesen Schutz nicht. Kleinere mechanische Beanspruchungen der Haut fängt die Stabilität der Hornschicht ohne Schaden ab. Tiefer abgeschürfte Hautstellen werden durch Absonderung von Wundsekret und durch Blutbestandteile vor schädlichen Einflüssen abgeschirmt. Allerdings können sich Nanopartikel über die Haarfollikel in der Haut einlagern und hier gezielt z.B. gebundene Arznei- oder Impfstoffe freisetzen und an den Körper abgeben. In der Regel werden diese Partikel jedoch durch Waschen weitgehend entfernt.

Die Haut (Cutis) besteht aus mehreren Schichten, die in Oberhaut (Epidermis), Lederhaut (Dermis, Corium) und Unterhaut (Subcutis) unterteilt werden. In die Oberhaut und Lederhaut eingebettet befinden sich die Haarfollikel mit den Haaren. Die alleroberste Schicht der Oberhaut wird Hornhaut (Stratum corneum) genannt und ist je nach Körperregion zwischen 12 und 200 Zellschichten dick. Zusammen mit den zwischen den Zellen eingelagerten Fetten bilden diese abgestorbenen Zellen eine wasserabweisende Schutzschicht, die auch vor Partikeln schützt. Diese mechanische Barriere schützt demnach den Körper vor dem Eindringen von Mikroorganismen oder anderen Stoffe aus der Umwelt sowie auch vor dem Verlust von Wasser und wird ständig erneuert ^[1].

Da über die Haut auch gewisse, vor allem fettlösliche niedermolekulare Stoffe (z.B. Nikotin, Fentanyl, Buprenorphin, Sexualhormone, Clonidin, Nitroglycerin) aufgenommen werden können (z.B. über Medikamentenpflaster), kommt sie theoretisch als mögliche Eintrittspforte für Nanopartikel in Frage. Die Ergebnisse vieler umfangreicher Studien lassen jedoch darauf schließen, dass bei allgemein intakter Hautbarriere keine Partikel, eingeschlossen Nanopartikel, über die obersten Schichten der Hornhaut ins Innere des Körpers eindringen ^[2-7].

Das europäische Forschungsprojekt NANODERM hat sich ebenfalls mit dieser Thematik intensiv auseinandergesetzt und die Metalloxide Titandioxid und Zinkoxid in Nanoform untersucht, die in vielen Sonnenschutzcremes enthalten sind (seit 2013 gekennzeichnet als „Titandioxid (nano)“). Diese werden dort als anorganischer (auch mineralisch genannt) UV-Filter zum Schutz vor krebserzeugendem UV-Licht eingesetzt. Das Projekt hat ergeben, dass die Haut trotz der Kleinheit der Partikel eine sehr gute Barrierefunktion darstellt und keine Partikel oder Agglomerate in die tieferen Schichten der Haut vordringen können. Auch leicht geschädigte Haut lässt keine Nanopartikel durchtreten ^[7].

Allerdings können die Nanopartikel sich größenabhängig tief in die Haarfollikel einlagern, was aber im Allgemeinen noch nicht als ein Eindringen in die Haut betrachtet werden kann ^[8,9,2]. In der Regel werden diese Partikel durch Waschen oder spätesten durch Talgproduktion und Haarwachstum wieder entfernt ^[4,10]. Sind z.B. Wirkstoffe an die Nanopartikel gebunden, können diese jetzt in den Follikeln freigesetzt und an die Haut abgegeben werden. Dadurch könnte es in der Zukunft möglich sein, Impfungen ohne Nadel durchzuführen ^[8,9].

Durch Verletzung (z.B. Sonnenbrand) geschädigte Haut

Kleinere mechanische Beanspruchungen der Haut fängt die Stabilität der Hornschicht ohne Schaden ab. Tiefer abgeschürfte Hautstellen werden durch Absonderung von Wundsekret und durch Blutbestandteile vor schädlichen Einflüssen abgeschirmt. Nanopartikel wie Titandioxid- und Zinkoxid-Nanopartikel können durch UVB geschädigte Haut (Sonnenbrand) ebenfalls nicht durchdringen. Die Partikel verbleiben in den oberen Schichten der Epidermis ^[11].
Auch vor chemischen Einflüssen, z.B. aggressiven Substanzen aus der Umwelt, Säuren und Laugen, schützt die Haut den Körper, ebenso wie vor dem Eindringen von Keimen und körperfremden Substanzen. Mit Unterstützung des Immunsystems werden eingedrungene Mikroorganismen, Bakterien und Viren abgewehrt.

Runderneuerung im 4-Wochen-Takt

Während sich die meisten Körperzellen nach abgeschlossener Entwicklung nicht mehr teilen, besitzen die Zellen der Haut diese Fähigkeit ein Leben lang. Der Hauterneuerungsprozess dauert durchschnittlich 28 Tage. Durch die ständige Neubildung der Basalzellen in der untersten Schicht der Oberhaut werden die darüber liegenden Zellen kontinuierlich immer weiter nach oben geschoben, wo sie langsam austrocknen, verhornen und die oberste Hornschicht der Haut bilden. So werden aus den wasserreichen Basalzellen im Verlauf ihres Weges nach oben trockene, abgestorbene Hautschuppen. Tag für Tag stößt die Haut etwa bis zu 14 Gramm dieser toten Hornzellen ab. Mit zunehmendem Alter verlangsamt sich jedoch dieser Zellerneuerungsprozess. Außerdem enthält die Haut nun insgesamt weniger Feuchtigkeit ^[12].

Fazit für Nanopartikel auf der Haut: nanopartikuläre UV-Filter in Sonnenschutzcremes schützen die Haut vor schädlichen UV-Strahlen und dringen nicht in den Körper ein.

Literatur

1. Fritsch, P (2004), Dermatologie, Venerologie 2. Aufl., Springer, Berlin. ISBN 978-3-662-06555-6
2. Hansen, S et al. (2011), Deutsch Apoth Ztg 151: 3000-3003. http://www.deutsche-apotheker-zeitung.de
3. Lademann, J et al. (1999), Skin Pharmacol Appl Skin Physiol 12 (5): 247-56
4. Gamer, AO et al. (2006), Toxicol in Vitro 20(3): 301-307
5. Alvarez-Roman, R et al. (2004), J Controlled Release 99(1): 53-62
6. Stracke, F et al. (2006), J Invest Dermatol 126: 2224-2233
7. Campbell, CSJ et al. (2012), J Controlled Release 162 (1): 201-207
8. Mittal, A et al. (2013), Vaccine 31(34): 3442-3451
9. Mittal, A et al. (2015), Nanomed: Nanotechnol Biol Med 11(1): 147-154
10. Patzelt, A et al. (2011), J Controlled Release 150(1): 45-48
11. Monteiro-Riviere, NA et al. (2011), Toxicol Sci, 123(1): 264-280
12. haut.de (DE): Haut – Erneuerung und Follikelapparat.  http://www.haut.de/basiswissen/haut/Erneuerung-und-Follikelapparat_3.html (Stand letzter Zugang: Juli 2015)