Christoph Huschka

Untersuchungen zur Wirkung von Biotin auf humane Keratinozyten und zur Modulation der Biotinpenetration in humane Haut

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 27.11.1998

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß von Biotin auf humane kultivierte Keratinozyten untersucht. Dabei bestand das vorrangige Ziel in der Klärung des Wirkungsmechanismus bzw. der zellulären Reaktion des Keratinozyten auf verschiedene Wirkstoffkonzentrationen. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Toleranz der Zellsystems gegenüber dem Vitamin. Sowohl die Proliferation als auch der Ablauf der Differenzierung der Keratinozyten können frei vom Einfluß des Biotins gewertet werden. Gleiches gilt für den regulative Einfluß auf die Apoptose, die durch Fettsäuren induziert wurde. Nach Überschreiten einer notwendigen Schwellkonzentration war eine steigernde Wirkung von Biotin auf die Synthese von Lipiden im Kerationzyten nachweisbar.
Aufbauend auf die ermittelten epidermal wirksamen Biotinkonzentrationen schloß sich eine Studie zum Penetrationsverhalten von topisch appliziertem Biotin in humane Haut ex vivo an. Innerhalb dieser Untersuchungen lag der Schwerpunkt auf der systematischen Penetrationsbeeinflussung. Dabei galt das Interesse neben der Vehikelmodulation durch die Anwendung verschiedener kolloidaler Arzneistoffträgersysteme auch der gezielten Modulation von standardisierten Emulsionen. Nach den vorliegenden Ergebnissen eignen sich die Modulatoren Hyaluronidase und Harnstoff besonders für den effektiven Transport von Biotin in die lebenden Schichten der Haut.

In the present study the influence of biotin on human cultured keratinocytes was examined. The prior-ranking aim was to characterize the effect mechanism and the cellular reaction of the keratinocytes to different drug concentrations. The human epidermal cells have shown a high tolerance of the vitamin. Both the proliferation and the differentiation of the keratinocytes can be judged to be free of the influence of biotin. No regulatory influence on the apoptosis, which was induced by fatty acids, could be detected. After exceeding a necessary swelling concentration an increasing effect of biotin on the lipid synthesis in the kerationcytes was provably.
Following the results from the cell culture and the known necessary effective concentration of biotin we determined the penetration behavior of topical applied biotin into human skin ex vivo. Within these examinations the main interest lay on the systematic modulation of the penetration behavior. So we compared the biotin penetration from standardized emulsions with modulated emulsions and with different types of biotin containing colloidal drug carriers too. Our results particularly recommend the use of the modulators hyaluronidase and urea for an effective enhancement of biotin into the living layers of the skin.

Keywords:
Biotin, humane Keratinozyten, Fettsäuresynthese, Proliferation, Differenzierung, Apoptose, topische Applikation, Penetrationsmodulation, Hyaluronidase, Harnstoff

biotin, human keratinocytes, fatty acid synthesis, proliferation, differentiation, apoptosis, topical application, modulation of penetration, hyaluronidase, urea

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung (1-2)
2 Theoretische Grundlagen (3-23)
3 In vitro-Untersuchungen zum Einfluß von Biotin auf humane Keratinozyten (24-38)
4 Charakterisierung der biotinhaltigen Formulierungen (39-47)
5 Untersuchungen zur Liberation von Biotin aus verschiedenen Vehikelsystemen in künstliche Membranen (48-54)
6 Untersuchungen zur Penetration von Biotin in humane Haut ex vivo (55-75)
Zusammenfassung (76-79)
Experimenteller Teil (80-98)
Literaturverzeichnis
Anhang