Die Reservoirkapazität des Stratum corneum: ein Vergleich von vier Methoden in vitro

Abstract

Einführung: Penetrationsuntersuchungen an der Haut sind zur Testung neuer topisch applizierbarer Substanzen aus medizinischer Sicht, in der Kosmetikindustrie, aber auch zur Einschätzung von Substanzen, die aus der Umwelt auf uns einwirken, wichtig. In dieser Arbeit wurden vier dieser Modelle zur Untersuchung der Hautpenetration und -permeation unter standardisierten Bedingungen miteinander verglichen. Material und Methoden: Die Haut des Schweins weist gut vergleichbare Penetrationseigenschaften zu menschlicher Haut auf und wurde deshalb in dieser Arbeit verwendet, wie auch der lipophile Wirkstoff Flufenaminsäure (FS), ein nicht-steroidales Antiphlogistikum. Untersucht wurde die Umverteilung der Testsubstanz aus dem Reservoir des Stratum corneum (SC) in die tieferen Hautschichten (DSL) in Abhängigkeit von der Zeit und dem jeweiligen Untersuchungsmodell. Eine Stunde nach Aufbringen der Untersuchungssubstanz FS, wurde das Substanzgemisch von jeder Hautprobe entfernt und die Hautproben nach einer, vier oder 21 Stunden horizontal in SC, Epidermis, Dermis und Kompartment, Filter oder Knorpel unterteilt. In jedem dieser Schichten wurde die FS-Konzentration mittels HPLC gemessen und auf ng/cm² berechnet. Anschließend wurden die Modelle miteinander verglichen und diskutiert. Eine prozentuale Verteilung in den verschiedenen Hautschichten schien angebracht, um die Umverteilung der Substanz in den Modellen einander am besten gegenüberstellen zu können. Ergebnisse: Alle vier verwendeten Modelle zeigten charakteristische Penetrationsprofile. Bei jedem dieser Untersuchungsmodelle erreichte die FS die lebende Epidermis nach einer Stunde. Bei allen Modellen stellte sich außerdem eine Abnahme der Konzentration im SC mit zunehmender Zeit dar. In den drei Modellen, in denen tiefere Hautschichten vorhanden waren (Direkthautmodell = DHM, Saarbrückenmodell = SBM, Modell der Franz-Diffusionszelle mit Vollhaut = V-FDZ), konnte man eine Zunahme der FS- Konzentration in den tieferen Hautschichten und gleichzeitig eine Abnahme der Konzentration im SC beobachten. Das Saarbrückenmodell stand unter besonderen Einfluss von Druck und Okklusion. So fanden sich schon nach kurzer Zeit (eine Stunde) höhere Werte der Testsubstanz in den tieferen Hautschichten und sogar darunter im Filter. Der Druck, der über den Stempel auf die Testsubstanz einwirkte, hatte dabei insofern Einfluss, als dass er das SC komprimiert, sein Reservoir dadurch herabsetzt und seine Entleerung beschleunigt. Die Akzeptorflüssigkeit zeigte in den Modellen der Franz-Diffusionszelle durch die Hydratation der Hautprobe mit zunehmender Einwirkungszeit einen Einfluss auf die Penetrationsergebnisse indem sie die Entleerung des SC-Reservoirs in die DSL verminderte. Bei dem Modell der Spalthaut in der FDZ (300 µm) wurde angenommen, dass Haarfollikel und Drüsen angeschnitten waren und wie offene Kanäle in der Haut wirkten. Da sich schon, im Gegensatz zum Modell der Vollhaut in der FDZ, nach einer Stunde beachtliche Mengen an FS in der Akzeptorflüssigkeit wiederfinden ließen, wurde diese Vermutung bestätigt. Ein Vergleich der erhaltenen Daten mit menschlichen Daten in vivo wurde aus der Literatur gezogen. Die Werte in vitro waren durchgehend höher als in vivo. Die Konzentrationen an FS im DHM zeigten an menschlicher Haut ca. doppelt so hohe Werte zu in vivo, die des SBM waren an Schweinehaut zusätzlich erhöht. Die Entleerung des Reservoirs von FS in vivo korreliert besonders gut mit den In- vitro-Ergebnissen des DHM. Daher zeigte sich dieses Modell am besten geeignet für die Untersuchung der Reservoirkapazität und der Umverteilung der lipophilen Substanz FS in die verschiedenen Hautschichten. Ob dies auch für hydrophile Substanzen der Fall ist, wird sich in weiteren Untersuchungen feststellen lassen. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Haut des Schweineohrs und die Modellsubstanz FS gut geeignet waren, um die Reservoirkapazität des SC darzustellen. Es zeigte sich für die praktische Anwendung der vier In-vitro-Modelle, dass alle denkbar sind, um die Penetration durch menschliche Haut in vivo zu simulieren. Bei der vorliegenden vergleichenden Arbeit haben sich besonders die Nachteile der FDZ durch zusätzliche Hydratation bei prolongierter Einwirkungszeit und der große Einfluss des Drucks und der Okklusion nach minimaler Einwirkungszeit beim SBM herauskristallisiert. Das DHM zeigte sich als günstiges, wenig aufwendiges und einflussgrößenarmes Modell zur Untersuchung von topisch applizierbaren Substanzen und zeigte die beste Übereinstimmung zu den In-vivo-Ergebnissen.

Introduction: Penetration studies are important in the cosmetic industry but also for the assessment of environmental effects from a medical point of view. Four in vitro test systems to study the skin penetration and –permeation were used and compared with each other in this survey. Material and methods: The aim was to study the reservoir capacity of porcine stratum corneum (SC) for flufenamic acid and its drainage via penetration into the deeper skin layers: Franz diffusion cell (FDC) using full thickness skin and split skin of 300 mum; Saarbruecken penetration model (SB) and intact porcine tissue (IP). Each skin sample was segmented 1, 4 and 21 h after application of an 'infinite dose' of flufenamic acid. The lipophilic drug was extracted from the SC and the deeper skin layers (viable epidermis and dermis) and the FS concentration was determined using high-performance liquid chromatography (HPLC). Results: For each test system, an increase in the drug amount in the deeper skin layers and the acceptor fluid, respectively, was observed in combination with a decreased amount in the SC with increasing time after application. The results from the SB were under an important influence of occlusion and compression. The results of FDC showed an influence by the permanent dermal hydration and the split skin was influenced by the truncated follicle canals. The drainage of the SC reservoir was only reflected by a linear correlation between the drug amounts in the SC and the amounts in the deeper skin layers in regards to IP. The absolute drug concentrations detected in human skin in literature in vivo and in vitro were compared with the present data, presenting the best accordance in the case of IP.