Rationale und Praxis der Biophotonik

Institut Dr. Schrader, Holzminden

Seit ältesten Zeiten übt das enzymkatalysierte Organismenleuchten (Biolumineszenz) oder das Himmelsschauspiel der Aurora borealis (Chemolumineszenz) auf den Menschen eine magische Faszination aus. Die rationale und wissenschaftlich korrekte Herangehensweise an Photonenemissionsvorgänge mit Hilfe hochempfindlicher Photomultiplier eröffnet jedoch nicht minder faszinierende Aussichten. Die Biophotonik wird sogar in den Handlungsempfehlungen der Agenda der Bundesregierung "Optische Technologien für das 21. Jahrhundert" als prioritäres Themenfeld herausgestellt.

Durch die single-photon-counting-Technik konnte die messtechnische Erfassung der UV?induzierten Photonenemission der menschlichen Haut (Induced Chemiluminescence of Human Skin, ICL-S) realisiert werden. Am Zustandekommen der gemessenen ICL-S sind immer mehrere chemolumineszente Reaktionen beteiligt. Durch den UV-induzierten Stress wird die fein abgestimmte Balance (Homöostase) zwischen oxidativen Prozessen und Systemen des antioxidativen Schutzes in der Haut empfindlich gestört. Dabei kommt es zur vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffverbindungen (ROS), vor allem von Superoxidanion-Radikalen und Wasserstoffperoxid. Die ROS reagieren spontan mit organischen und anorganischen Verbindungen und bilden dabei immer neue Radikale oder lösen Kettenreaktionen in Form von Lipidperoxidationen aus. Zusätzlich werden unspezifische Reaktionen mit Biomolekülen (Fette, Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren) initiiert, die zur Schädigung von gesundem Gewebe und zur Selbstzerstörung von Zellen führen können. All diese größtenteils oxidativen Vorgänge sind in Teilreaktionen chemolumineszent.

Für die Praxis bedeutet eine Reduzierung der UV-induzierten Chemolumineszenz der Haut, durch Wirkstoffe in kosmetischen Formulierungen, eine unmittelbare Kopplung von wirklichkeitsnahen Stress-auslösenden Noxen mit biologischen Vorgängen in der Zelle, was sowohl für die Entwicklung von Präventivschutz-Präparaten, als auch für eine Kurativ-Pflege, in Zukunft eine wichtige Kenngröße sein wird. Einer der Schwerpunkte in der Forschung liegt dabei auf dem Einfluss von topisch applizierten Sonnenschutzmitteln, die entweder das Eindringen schädlicher Strahlung in die Haut verhindern (chemische, physikalische UV?Filter) oder den endogenen Pool an Abwehrmechanismen (Antioxidantien, Reparaturenzyme) aufbessern. Vor allem die negativen Einflüsse der UVA-Strahlung (320 - 400 nm) wurde durch in vivo Messungen bisher nur lückenhaft untersucht. Durch eigene Studien konnte gezeigt werden, dass wirksame chemische UVA-Filter die ICL-S um bis zu 60 Prozent reduzieren. Die Wirksamkeit von Antioxidantien zeigt sich in einer Verminderung der ICL-S von 10 bis 20 Prozent im Vergleich zum Placebo. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass eine Zuordnung der Schutzwirkung von chemischen UVA-Filtern in komplexen Formulierungen möglich ist.

Vorteile des neuen Verfahrens sind die direkte in-vivo-Messung an der menschlichen Haut sowie die schnelle und einfache Versuchsdurchführung. Die applizierten UV-Dosen liegen bei den durchgeführten ICL?S-Tests weit unterhalb der minimalen Erythemschwelle. Hierzu wurde eigens ein neues Gerät entwickelt, das unmittelbar nach UV-Bestrahlung eine Messung ermöglicht. Die Biophotonik eröffnet demnach neue Möglichkeiten, Stoffwechselvorgänge nicht-invasiv und ultra-sensitiv zu erfassen und mit dem Wirkspektrum von Hautschutzmitteln zu korrelieren.

Dr. Andreas Schrader

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