Liposomen – der Transporter für Wirkstoffe in die Haut

Lange Zeit war es ziemlich schwierig, verschiedene Wirkstoffe kosmetischer Produkte in tiefe Hautschichten zu einschleusen. Wie wir alle wissen, besteht die Funktion der Haut darin, uns vor verschiedenen Faktoren zu schützen. Die Epidermis bildet eine starke Barriere, die das Eindringen von Allergenen, Toxinen und sogar Wasser verhindert. Im oberen Teil der Epidermis (stratum corneum) finden wir Korneozyten – Hautzellen ohne Wasser und Organellen. Sie sind mit Keratin gefüllt – einem gelblichen, hydrophoben Protein, das sehr widerstandsfähig gegen physikalische (Hitze), chemische (Toxine) und biologische (Enzyme) Belastungen ist. Der Raum zwischen den Korneozyten besteht aus interzellulärem Zement, der aus Ceramiden, verschiedenen Lipiden und Sterolen (z. B. Cholesterin) besteht. Schon vor langer Zeit wurde die Hautstruktur durch ein Ziegel-und-Mörtel-Modell beschrieben, bei dem Zellen Ziegelsteine sind und Lipide zwischen Zellen sich wie Mörtel verhalten. Diese Struktur der Haut macht es vielen Substanzen fast unmöglich, in tiefere Hautschichten einzudringen.

Die Herausforderung: Die Haut als Barriere

Ziel der Kosmetik ist es, die Haut zu reparieren, sie schöner und gesünder aussehen zu lassen. Wir können dies erreichen, indem wir verschiedene Hautprozesse stimulieren und die Hautzellen schützen. Der einfachste Weg, die Haut zu stimulieren, ist eine Massage. Sie fördert die Durchblutung und nährt dadurch die Haut, wodurch sie gesünder aussieht. Der beste Weg, Hautprobleme zu bekämpfen, ist jedoch die Nutzung verschiedener Wirkstoffe, die das Hautbild beeinflussen können. Dies können Vitamine, Peptide, Proteine und viele andere Moleküle sein. Wie Sie sich vorstellen können, haben die meisten Wirkstoffe ein sehr begrenztes Hautpenetrationspotential. Einige von ihnen können die Hydrolipidschicht der Haut nicht passieren, andere können die erste Schicht des stratum corneums passieren, einige von ihnen können sogar etwas tiefer eindringen, aber es ist sehr unwahrscheinlich, dass sie bis zur Dermis durchdringen können – genau da haben die meisten Hautprobleme ihren Anfang. Einerseits sind viele Wirkstoffe wasserlöslich und aufgrund der geringen Konzentration des Wassers in den oberen Hautschichten ist es ihnen fast unmöglich, in die Epidermis einzudringen. Andererseits können verschiedene Chemikalien in Lösungen aggregieren (sich miteinander kleben), was sie für die Haut nahezu undurchlässig macht. Heutzutage hat die moderne Wissenschaft verschiedene Wege gefunden, wie diese Substanzen dazu gebracht werden können, die oberen Hautschichten ohne große Probleme zu passieren. Einer der einfachsten und tatsächlich effektivsten, nichtinvasiven Wege besteht darin, sie in sehr kleine Lipidvesikel – Liposomen – einzukapseln und zu transportieren.

Was sind Liposomen?

Liposomen sind eines von vielen lipidbasierten Nanotransportsystemen. Neben Liposomen finden sich in der Literatur verschiedene Vesikeltypen, die in der Lage sind, Wirkstoffe in tiefe Hautschichten zu transportieren. Dies sind Transferosomen, Ethosomen, Cubosomen, Lipid-Nanopartikel und Niosomen. Aufgrund kostspieliger Verfahren zur Herstellung vieler lipidbasierter Nanosysteme sind die Liposomen und Lipidnanopartikel immer noch die billigsten und daher am häufigsten verwendeten Systeme in der Kosmetik. Liposomen wurden erstmals 1945 von Johnson hergestellt und für die pharmazeutische Industrie patentiert und später von Alec Bangham hergestellt und 1965 als „geschwollene Systeme aus Phospholipiden" beschrieben. In wässriger Lösung bilden sie eine Doppelschichtstruktur aus Phospholipiden, die aus hydrophilen (wasserliebenden) und lipophilen (lipidliebenden) Molekülen bestehen. Der hydrophile, polare Kopf jedes Phospholipids besteht aus Cholin, Phosphat und Glycerin und der lipophile Teil besteht aus verschiedenen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren. Aufgrund ihrer Zusammensetzung können sie nach der Anzahl ihrer Lipiddoppelschichten in unilamellare (SUV – kleine unilamellare Vesikel, LUV – große unilamellare Vesikel, GUV – riesige unilamellare Vesikel) und multilamellare (MLV – multilamellare Vesikel und MVV – multivesikuläre Vesikel) eingeteilt werden. Aufgrund ihrer Struktur, die der Struktur von Hautzellmembranen ähnelt, können sie tief in die Haut eindringen und gelten als biokompatibel und ungiftig. Hauptbestandteile, die in Formulierungen zur Liposomenherstellung verwendet werden, sind: Phospholipide – Phosphatidylcholin (Lecithin), Phosphatidylethanolamin (Cephalin), Phosphatidylinosit und Phosphatidylglycerin sowie Cholesterin. Die Rolle von Cholesterin in Liposomen, ähnlich wie in biologischen Membranen, besteht darin, ihre Struktur zu stabilisieren. Cholesterin kann alleine keine Doppelschicht bilden, aber die Einführung seiner Moleküle zwischen polaren Köpfen von Lipidmembranen verbessert ihre Stabilität, indem die Verpackung von Phospholipiden erhöht und die Permeabilität der Lipidschicht verringert wird.

Liposomen als Transporter

Liposomen dienen als Transporter verschiedener Substanzen (z. B. Medikamente). Einige Substanzen sind ziemlich empfindlich und werden nach der Einführung in den menschlichen Organismus oder sogar kurz davor leicht abgebaut. Liposomen können sie vor verschiedenen Faktoren schützen (z. B. Oxidation und Inaktivierung von Vitamin C – Ascorbinsäure). In einigen Fällen kann sogar die Verwendung von Liposomen eine Herausforderung darstellen. Im menschlichen Körper können Liposomen bei intravenöser Verabreichung durch die Serumkomponente Opsonin erkannt und durch Phagozyten (Immunzellen) zerstört werden. Opsonin ist ein starkes Abwehrmittel unseres Körpers, das im Blutsystem Bakterien erkennt und ihre Oberfläche so verändert, dass sie von Leukozyten erkannt und abgetötet werden können. Dieser Mechanismus bewirkt, dass Liposomen im Blutsystem nur kurz leben und eine ziemlich geringe therapeutische Wirksamkeit haben.

Eine gute Möglichkeit, dieses Problem zu überwinden, besteht darin, Liposomen zu PEGylieren, was bedeutet, sie mit PEG (Polyethylenglycol) zu konjugieren, was zu einer Verbesserung der zellulären Aufnahme führen kann. Solche Liposomen werden vom Immunsystem nicht mehr erkannt und können ihre Aufgabe erfüllen. Aber wie sieht es in der Haut aus? Werden Liposomen auch durch verschiedene Schutzmechanismen in der Haut zerstört? Tatsächlich sind sie die beste, nicht-invasive Art, unterschiedliche Substanzen in die Haut zu transportieren. Der Transport von Liposomen in die Haut ist ziemlich schnell und transportierte Substanzen können sich leicht in den oberen Teilen der Epidermis sowie in der Dermis ansammeln – und zwar ohne zerstört zu werden! Um Ihnen einen Beweis dafür zu liefern und zu zeigen, wie effizient es ist, möchte ich über eine Studie schreiben, in der die Forscher die Transporteffizienz von in Liposomen eingekapselter L-Ascorbinsäure (Vitamin C) untersuchten. Wie ich bereits geschrieben habe, ist L-Ascorbinsäure an der Stimulierung der Kollagen- und Elastin-Biosynthese in Fibroblasten beteiligt. Einerseits schützt es diese Proteine vor dem Abbau, andererseits ist es wichtiger Kofaktor vieler Enzyme für die Kollagenproduktion und stimuliert deren Biosynthese auf die Transkriptionsebene. An der Luft kann es durch Sauerstoff sehr schnell oxidieren und seine Funktion verlieren. Außerdem ist es ziemlich reizend, wenn es in hohen Konzentrationen auf die Haut aufgetragen wird. Wenn es in Liposomen eingeschlossen ist, ist es viel stabiler, reizt die Haut nicht und wird sehr leicht in die Dermis transportiert. Genau dort kann es Fibroblasten zur Kollagenproduktion stimulieren. Die Immunlokalisierung von Typ-I-Kollagen zeigte erhöhte Produktion dieser Proteine in Haut, die mit liposomalem Vitamin C im Vergleich zu nicht-liposomaler L-Ascorbinsäure behandelt wurde. Das bedeutet, dass Liposomen bereits nach wenigen Stunden Vitamin C in die Dermis transportieren und Fibroblasten zur Strukturproteinproduktion anregen konnten!

Wie gelangen Liposomen in die Haut?

Lipidbasierte Nanosysteme können auf unterschiedliche Weise in die Haut eindringen. MVL-Liposomen sind die beste Art von Vesikeln, um Wirkstoffe zu transportieren. Wie wir wissen, hat die Epidermis viele wasserlose Schichten. Liposomen können je nach Größe, eingebautem Molekül, Lamellarität, thermodynamischem Zustand der Lipiddoppelschichten und Lipidzusammensetzung mit unterschiedlicher Wirksamkeit in die Haut eindringen. Es wurde gezeigt, dass Liposomen aus Phosphatidylcholin mit ungesättigten Fettsäuren (Omega-Säure) einen viel effizienteren Wirkstofftransport haben als solche mit Phosphatidylcholin mit gesättigten Fettsäuren.

Viele Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von unilamellaren Liposomen die Wirkstoffe nur in den oberen Teilen des stratum corneum anreichern kann. Sie können einfach mit der Zellmembran von Korneozyten verschmelzen, was zur Freisetzung von Wirkstoffen in den Hautzellen führt. Manchmal können sie in intakter Form in die Haut eindringen, indem sie die strukturelle Integrität der Haut beeinträchtigen. Aber nach ihrer Anwendung ist es immer notwendig, ein Produkt auf die Haut aufzutragen, das die Membranen tatsächlich reparieren wird. Ein perfektes Werkzeug dafür ist DMS-Creme (Derma-Membran-Struktur-Creme), also eine Creme mit einer ähnlichen Struktur wie unsere Haut. Wenn die Integrität der Epidermis durch das Eindringen von Liposomen gestört wird, kann dies leicht durch Auftragen eines geeigneten Produktes danach repariert werden. Multilamellare Liposomen können aufgrund vieler Schichten von Doppelschichtmembranen Wirkstoffe in verschiedenen Schichten der Epidermis freisetzen, was eigentlich ein perfektes Werkzeug ist, um auf verschiedene Hautprobleme in verschiedenen Hautschichten einzuwirken.

Leichter in die Haut einzudringen haben ultra-deformierbare Liposomen, sogenannte Transferosomen. Sie können problemlos Zwischenräume zwischen den Hautzellen passieren und sehr tief im Hautgewebe landen. Solche Liposomen bestehen neben Phospholipiden auch aus Tensiden. Sie sind in der Lage, sich durch Poren zu quetschen, die kleiner als ihr eigener Durchmesser sind, und dadurch unzersplittert in die tieferen Hautschichten zu gelangen.

Wie werden Liposomen hergestellt?

Der einfachste Weg, unilamellare Liposomen herzustellen, ist die sogenannte Dünnfilmmethode, bei der ein Lipidfilm in einer Glasflasche erzeugt wird, gefolgt von einer Hydratation mit Wasser. Multilamellare Liposomen können leicht hergestellt werden, indem man die Lipide in Wasser und Ethanol (Ethylalkohol) auflöst und die Lösung bei 60 Grad rührt, um eine glatte Lipidpaste zu erzeugen. Die tropfenweise Zugabe von Wasser oder einer anderen Lösung (die gelöste Wirkstoffe enthält) unter Rühren führt zur Bildung von verkapselten Vesikeln mit multilamellaren Strukturen. Es ist eine perfekte Methode, um große Mengen an Liposomen herzustellen. Liposomen können auch durch Injektionsverfahren hergestellt werden, bei denen eine Lipidsuspension in die Wasserphase injiziert wird. Aus präparierten multilamellaren Liposomen können wir leicht unilamellare Liposomen durch die Verwendung der Ultraschallmethode erhalten (hier werden die multilamellaren Liposomen auf die Wirkung akustischer Energie ausgesetzt, die sie tatsächlich abbauen wird).

Fazit

Liposomale Wirkstofflösungen sind die Zukunft der Kosmetik. Dank dieser kleinen Vesikel können sogar Substanzen mit sehr geringer Hautpenetrationsfähigkeit durch die Haut dringen. Aufgrund möglicher Membranschäden durch Liposomen, die zu TEWL (transepidermalem Wasserverlust) führen, ist es jedoch notwendig, sie mit geeigneten Hautpflegeprodukten zu kombinieren, die beschädigte Regionen reparieren. Eine adäquate Verwendung von liposomalen Lösungen kann das Hautbild sehr positiv beeinflussen, indem die Hautpenetration verschiedener Chemikalien verbessert wird.

Arkadiusz