Ceramide und die Reparatur einer geschädigten Hautbarriere

Verstehen, was Hautbarriere-Reparatur wirklich bedeutet – anhand des „Brick-and-Mortar“-Modells

Schauen Sie sich Ihre Einkaufsliste für Hautpflegeprodukte an, und Sie werden fast überall auf „Ceramide“ stoßen. Sie sind Bestandteil von Barrierecremes, regenerierenden Seren und Feuchtigkeitscremes für die Übergangszeit. Heute sind Ceramide beinahe zum Synonym für die Reparatur der Hautbarriere geworden.

Die Kenntnis des Namens allein bedeutet jedoch nicht, diese Moleküle wirklich zu verstehen. Warum gehören Ceramide zu den wichtigsten Inhaltsstoffen, die mit der Reparatur der Hautbarriere in Verbindung gebracht werden?

In der „Ziegelstein-Mörtel“-Struktur des Stratum corneum fungieren die Korneozyten als die „Ziegelsteine“, während Ceramide, Cholesterin und freie Fettsäuren den interzellulären „Mörtel“ bilden. Diese drei Komponenten arbeiten zusammen, aber jede hat eine eigene Rolle [1]:

Ceramide : Spielen eine führende Rolle beim Aufbau von Lipidlamellenstrukturen und sind Kernbestandteile der Hautbarriere.

Cholesterin : Reguliert die Flexibilität der Lipide und trägt zur Aufrechterhaltung der Membranelastizität bei.

Freie Fettsäuren : Tragen zur Etablierung und Aufrechterhaltung des leicht sauren Milieus der Hautoberfläche bei.

Wenn Ceramide, Cholesterin und freie Fettsäuren allesamt essentielle Bestandteile dieses „Mörtels“ sind, warum stehen Ceramide dann im Mittelpunkt der Hautbarriere-Reparatur? Die Antwort liegt in ihrem Anteil an den Lipiden des Stratum corneum und den Unterschieden zwischen den Ceramid-Subklassen.

01. Fast 50 %: Warum Ceramide ein Kernbestandteil der Hautbarriere sind

In den interzellulären Lipiden des gesunden menschlichen Stratum corneum machen Ceramide etwa 40–50 % des Gesamtgehalts aus, Cholesterin etwa 25 %, freie Fettsäuren etwa 15 % und andere Lipide etwa 10 %.

Zusammensetzung der interzellulären Lipide im gesunden menschlichen Stratum corneum [1]:

Dieser Anteil von fast 50 % stellt jedoch nur den Gesamtceramidgehalt dar. Die menschliche Haut enthält mindestens 12 Ceramid-Subklassen, darunter NP, AP und EOP. [2] Unterschiede in den Sphingoidbasen, der Fettsäurekettenlänge und den Hydroxylierungsmustern bestimmen die jeweiligen Funktionen der einzelnen Subklassen.

Ceramid NP : Ein wichtiger Bestandteil zur Unterstützung der Hautbarriere. Es trägt zur Stärkung des Zusammenhalts zwischen den Korneozyten bei und festigt die physikalische Hautbarriere.

Ceramid AP : Ein Bestandteil, der an der Feuchtigkeitsregulierung beteiligt ist. Es unterstützt die Hautfeuchtigkeitsprozesse und trägt zur Aufrechterhaltung der normalen Hornschichterneuerung und des Feuchtigkeitsgleichgewichts bei.

Ceramid EOP : Ein struktureller Verankerungsbestandteil. Seine ultralangkettige ω-Hydroxyfettsäure kann kovalent an Korneozyten binden und so die mechanische Stabilität und strukturelle Integrität der Haut verbessern.

Klinische Messungen zeigen, dass Haut mit gestörter Barrierefunktion, wie beispielsweise die Haut von Menschen mit atopischer Dermatitis, nicht nur eine Verringerung des Gesamtceramidgehalts aufweisen kann, sondern auch eine Abnahme bestimmter Unterklassen und ein Ungleichgewicht in den relativen Anteilen verschiedener Unterklassen.

Dies verdeutlicht einen häufigen Irrtum bei der Formulierung von Hautpflegeprodukten: Die Zugabe von Ceramiden zu einer Formel bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Hautbarriere effektiv repariert wurde.

Die Molekularstruktur des Inhaltsstoffs, einschließlich seiner Kohlenstoffkettenlänge und seiner Kompatibilität mit den hauteigenen Lipiden, beeinflusst, ob er sich in den interzellulären „Mörtel“ der Barriere integrieren kann oder lediglich einen vorübergehenden Okklusivfilm auf der Hautoberfläche bildet.

02. Natürliche Strukturähnlichkeit: Warum hautverträgliche Molekülstrukturen wichtig sind

Verschiedene Ceramidquellen können erhebliche Unterschiede in ihren Eigenschaften und Strukturmerkmalen aufweisen.

Extraktion aus pflanzlichen oder tierischen Quellen : Die resultierende Zusammensetzung kann komplex sein, was es schwierig macht, das Strukturgerüst der menschlichen Stratum corneum-Sphingolipide präzise nachzubilden. Auch die Chargenvariabilität kann erheblich sein, und die Produktion im großen Maßstab kann an gewisse Grenzen stoßen. [3]

Traditionelle chemische Synthese : Die stereochemische Struktur des Zielprodukts stimmt möglicherweise nicht vollständig mit der von natürlich vorkommenden menschlichen Sphingolipiden überein, und es können unerwünschte Nebenprodukte entstehen.

Ceramid-Analoga : Ihr Molekülgerüst ist vereinfacht. Obwohl sie feuchtigkeitsspendende Wirkungen haben können, unterscheiden sich ihre Strukturen dennoch von denen natürlich vorkommender menschlicher Ceramide.

Viablife entwickelt Ceramide mithilfe synthetischer Biologie und Stoffwechseltechnik. Die Forscher nutzen gentechnisch veränderte Hefen und erneuerbare Kohlenstoffquellen wie Glukose, um enzymkatalysierte Reaktionen zu simulieren, die in der menschlichen Haut stattfinden.

Im ersten Schritt werden hautverträgliche Vorläufersubstanzen wie Phytosphingosin erzeugt. Diese Vorläufer werden anschließend biotransformiert, verfeinert und gereinigt, um Ceramidkomponenten mit Strukturen zu erzeugen, die den Lipiden des menschlichen Stratum corneum sehr ähnlich sind.

Für Formulierungsentwickler ist die praktische Bedeutung dieser Technologie klar: Strukturell ähnliche Ceramide können sich nach der Anwendung in den Zwischenräumen der Korneozyten verteilen und integrieren und so am Aufbau des lamellaren Lipid-„Mörtels“ mitwirken, anstatt nur als öliger Film auf der Hautoberfläche zu verbleiben.

Die Hautbarriere ist kein isoliertes System: Die Wechselbeziehung zwischen Ceramiden und dem Säureschutzmantel

Die Auswahl von Ceramiden mit hautverträglichen Molekularstrukturen ist nur der erste Schritt. Die Hautbarriere ist kein geschlossenes, isoliertes System; sie ist eng mit dem leicht sauren Milieu der Hautoberfläche verbunden. Ceramide und der pH-Wert der Haut stehen in einer wechselseitigen Schutzbeziehung.

Gesunde Haut weist typischerweise einen Oberflächen-pH-Wert von etwa 4,5–5,5 auf, der leicht sauer ist. Vielen ist bekannt, dass der Säureschutzmantel zur Aufrechterhaltung des Hautmikrobioms beiträgt, doch sein direkter Einfluss auf die hauteigene Ceramidsynthese wird oft übersehen. [4]

Zwei Schlüsselenzyme im Stratum corneum sind β-Glucocerebrosidase und saure Sphingomyelinase. Ihre optimale Aktivität findet im normalen physiologischen sauren Milieu der Haut statt. Diese Enzyme wandeln Lipidvorstufen in funktionelle Ceramide um und tragen so zum Aufbau der interzellulären Barriere bei.

Die häufige Anwendung stark alkalischer Gesichtsreiniger kann den pH-Wert der Haut erhöhen und die Aktivität dieser Enzyme hemmen. Dadurch kann die hauteigene Ceramidproduktion abnehmen, was möglicherweise die körpereigenen Reparaturmechanismen beeinträchtigt.

Diese Beziehung wirkt in beide Richtungen. Eine ausreichende Versorgung mit Ceramiden kann auch dazu beitragen, die Stabilität des sauren Milieus der Haut aufrechtzuerhalten. [5]

In-vitro-Experimente haben Folgendes gezeigt:

Bei pH 5,5 (einem physiologisch sauren Milieu) : Ceramidmischungen können sich zu dichten, multilamellaren Strukturen zusammenlagern.

Bei pH 7,4 (neutrales Milieu) : Die Lamellenstrukturen werden ungeordnet, wodurch die Bildung dichter, mehrschichtiger Membranen erschwert wird. Der Barriereschutz nimmt deutlich ab, und der transepidermale Wasserverlust (TEWL) steigt merklich an.

Das Wesen der Hautpflege liegt darin, die körpereigenen physiologischen Prozesse der Haut zu respektieren.

Eine effektive Reparatur der Hautbarriere ist nicht einfach durch die Zugabe eines beliebten Inhaltsstoffs zu erreichen. Vielmehr bedarf es einer geeigneten Kombination von Ceramid-Subklassen – natürlich ähnlichen Molekülstrukturen, die sich in die interzellulären Lipidstrukturen integrieren können – sowie eines milden, leicht sauren Milieus, das die Aktivität der hauteigenen Reparaturenzyme unterstützt.

Für Hautpflegemarken und Formulierungsentwickler ist die Beschaffung von Ceramid-Rohstoffen mit genau definierten Strukturen, hoher Reinheit und gleichbleibender Produktionsqualität eine wichtige Grundlage für die Entwicklung von Hautpflegeprodukten, die auf einer zuverlässigen Unterstützung der Hautbarriere basieren.

Referenzen

[1] Bouwstra JA, Ponec M. Die Hautbarriere im gesunden und kranken Zustand. Biochimica et Biophysica Acta. 2006;1758(12):2080–2095.

[2] Holleran WM, Takagi Y, Uchida Y. Epidermale Sphingolipide: Metabolismus, Funktion und Rolle bei Hauterkrankungen. FEBS Letters. 2006;580(24):5456–5466.

[3] Murakami S, Shimamoto T, Nagano H, et al. Herstellung von humanem Ceramid-NS durch Metabolic Engineering mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports. 2015;5:16319.

[4] Baker P, Huang C, Rade R, et al. Hautbarrierefunktion: Das Zusammenspiel physikalischer, chemischer und immunologischer Eigenschaften. Cells. 2023;12(23):2745.

[5] Nováková A, Ságratová I, Pullmannová P, et al. Saurer pH-Wert ist für die multilamellare Assemblierung von Hautbarrierelipiden in vitro erforderlich. Journal of Investigative Dermatology. 2021;141(8):1915–1921.