Unsere Haut ist täglich unterschiedlichen exogenen und endogenen Stressfaktoren ausgesetzt, zum Beispiel UV-Strahlung, Toxinen, aber auch unser Schlaf-/ Lebensrhythmus sowie unsere Ernährung haben einen Einfluss auf ihren Stoffwechsel. Alle diese Faktoren können die Bildung von freien Radikalen (reaktiven Sauerstoffspezies, ROS) im Körper fördern, die zur Entstehung von sogenanntem oxidativen Stress führen können. In der Folge kann es zu einer Überlastung des antioxidativen System unseres Körpers kommen. Das antioxidative System des Körpers stellt ein komplexes Schutzsystem dar. Man differenziert hier zwischen endogenen Antioxidantien (AO), die vom Körper synthetisiert und exogenen AO, die mit der Nahrung aufgenommenen werden müssen. Glutathion gehört zu einer der wichtigsten endogenen AO. Es kommt in allen Zellen vor und spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von oxidativem Stress. Zu einen der repräsentativsten, nicht-enzymatischen, exogenen AO gehören die Carotinoide. Sie stellen eine Markersubstanz für das gesamte antioxidative System dar. Um das Zusammenspiel des endogenen und exogenen antioxidativen Systems nach moderater Stressinduktion näher zu untersuchen, wurden sekundäre Keratinozyten (HaCat- Zellen) mit unterschiedlichen Konzentrationen von Beta (β)-Carotin behandelt. Ziel war es den Einfluss von β-Carotin auf die Radikalschutzfunktion und den antioxidativen Status von Hautzellen nach Bestrahlung im sichtbaren und nahen Infrarotbereich (VIS/NIR, 700-2000 nm) zu untersuchen. Die Aufnahme des lipophilen β-Carotins in die Hautzellen wurde durch eine Nanokristall-Formulierung ermöglicht. Überprüft wurde die Aufnahme der β-Carotin-Kristalle mittels der Resonanz Raman-Spektroskopie (RRS), die Zytotoxizität der verwendeten β-Carotin Konzentrationen wurde mittels eines Zellviabillitäts Assay (XTT) ermittelt. Die Entstehung von freien Radikalen während der VIS/NIR-Bestrahlung wurde mittels der Elektronenspinresonanz -(ESR)-Spektroskopie untersucht. Zur Überprüfung des endogenen oxidativen Status wurden das Level an reduziertem und oxidiertem Glutathion (GSH/ GSSG) mit einem fluoreszenzbasierten Assay untersucht. Durch die RRS konnte eine konzentrationsabhängige Aufnahme von β-Carotin gezeigt werden. Der Redox-Status wurde vor und nach der Supplementierung mit zwei ausgewählten β-Carotin-Konzentrationen (0,02 und 0,1 µg/ml) und moderater Bestrahlung bestimmt. Es zeigte sich eine signifikante Erhöhung in der Bildung von ROS nach der VIS/NIR-Bestrahlung, die durch eine gezielte Supplementierung mit beiden β-Carotin-Konzentrationen reduziert werden konnte. Eine aktive Wechselwirkung zwischen den applizierten β-Carotin-Konzentrationen (exogene AO), dem endogenen AO-System Glutathion und der Radikalbildung konnte nachgewiesen werden. Bei der niedrigeren β-Carotin-Konzentration konnte ein effektiverer Schutz vor mäßigem Stress beobachtet werden. Die höhere β-Carotin-Konzentration wirkte sich pro-oxidativ auf den Metabolismus aus.
Our skin is daily exposed to many different exogenous and endogenous stress factors, such as UV radiation, toxins but also sleep/life rhythm and our nutrition have an influence on our metabolism. All these factors promote the formation of free radicals, especially reactive oxygen species (ROS) in the body, which can lead to the development of oxidative stress. As a result, the redox status shifts in favour of the pro-oxidative side. The antioxidant system of the body represent a complex protection system. A distinction can be made between endogenous AOs, which have to be synthesized by the body itself, and exogenous AOs, which must be ingested with food. Glutathione is one of the most important endogenous AOs. It is present in all cells and plays an important role in the regulation of oxidative stress. Carotenoids are one of the most representative non-enzymatic exogenous AOs. They represent a marker substance for the whole antioxidative system. To investigate the interaction between the endogenous and exogenous antioxidative system after moderate stress induction, secondary keratinocytes (HaCat cells) were treated with different concentrations of beta (β)-carotene. The aim was to investigate the influence of β-carotene on the radical protection function and the antioxidative status of skin cells after irradiation in the visible and near infrared range (VIS/NIR, 700-2000nm). In order to enable the uptake of lipophilic β-carotene into skin cells, a nanocrystal formulation was used. The uptake of β-carotene crystals was analyzed by resonance Raman spectroscopy (RRS), the cytotoxicity of used β-carotene concentrations was investigated by a cell viabillity assay (XTT). The formation of free radicals during VIS/NIR irradiation was investigated by electron spin resonance (ESR) spectroscopy. To verify the endogenous oxidative status, the levels of reduced and oxidized glutathione (GSH/ GSSG) were investigated using a fluorescence-based assay. By RRS a concentration-dependent uptake of β-carotene could be shown. The redox status was determined before and after supplementation with two selected β-carotene concentrations (0.02 and 0.1 μg/ml) and moderate irradiation. A significant increase in the ROS formation after VIS/NIR irradiation was measured, which could be reduced by specific supplementation with both β-carotene concentrations. An active interaction between the applied β-carotene concentrations (exogenous AO), the endogenous AO-system glutathione and radical formation could be proven. At the lower β-carotene concentration a more effective protection against moderate stress could be observed. The higher β-carotene concentration had a pro-oxidative effect on the metabolism.
