Untersuchung zum Mechnanismus der exogenen Ochronose durch Hydrochinon

Abstract

Die die Verwendung von Whitening-Wirkstoffen ist oft mit unerwünschten Nebenwirkungen verbunden. Das prominenteste Beispiel hierfür ist Hydrochinon, welches zu der Entstehung entstellender und irreversibler Pigmente in der Haut führt, die als exogene Ochronose bezeichnet werden. Der zugehörige Mechanismus wurde bis heute noch nicht aufgeklärt. Um jedoch auszuschließen, dass neue Whitening-Wirkstoffe keine derartigen Nebenwirkungen produzieren, muss der Mechanismus, der hinter der Entstehung exogener Ochronose steckt, besser verstanden sein. Ziel dieser Arbeit war es neue Ansätze zur Untersuchung des gesuchten Mechanismus zu erarbeiten. Es sollte in einem in vitro System geprüft werden, ob Hydrochinon selbst in der Lage ist an Kollagen zu binden und so Ochronose zu induzieren. Zum einen wurde ein zellbasiertes System aus Fibroblasten gewählt, dass zur vermehrten Kollagensynthese angeregt wurde. Zum anderen wurden Kollagen-Gele angesetzt, die das Milieu des dermalen Bindegewebes nachstellen sollten. In beiden System sollten ochronotische Pigmente durch Inkubation mit Hydrochinon bzw. HGA als Kontrolle induziert werden. Da Oxidation anscheinend ein essentieller Prozess für die Bindung an Kollagen ist, wurde zudem der Einfluss bestimmter Faktoren auf die Oxidation von Hydrochinon bzw. HGA und auf die Entstehung ochronotischer Pigmente im Gel untersucht. Tyrosinase und UVStrahlung stehen diesbezüglich stark in Verdacht Ochronose zu begünstigen. Das zellbasierte System konnte nicht die erwarteten Ergebnisse erbringen. Im zellfreien in vitro System hingegen, konnte gezeigt werden, dass durch die Inkubation mit Hydrochinon Ochronose-ähnliche Pigmente induziert werden, die den histologischen Befunden exogener Ochronose ähneln. Einen signifikanten Effekt von UV-Strahlung oder Tyrosinase auf die Quantität oder Qualität der entstandenen Pigmente konnte dabei nicht festgestellt werden. Jedoch konnte in den Oxidationsversuchen bewiesen werden, dass sowohl UV-Strahlung, als auch Tyrosinase einen direkten Einfluss auf die Oxidation von Hydrochinon und HGA haben. Die erzielten Ergebnisse könnte eine neue Sichtweise auf die Entstehung exogener Ochronose und einen Anreiz für weitere Forschung in diesem Bereich bieten.

The application of skin whitening compounds is deeply connected to severe adverse effects. Hydroquinone (HQ) is one of the most prominent whitening compounds that lead to the development of irreversible and disfiguring pigments of the skin, also known as exogenous ochronosis. Until now, the mechanism behind exogenous ochronosis is poorly understood. In order to prevent the occurrence of comparable side effects in new whitening compounds, the mentioned mechanism has to be better understood. The objective of this master thesis was to find new approaches for the investigation of HQ inducing ochronotic pigments. An in vitro system was supposed to examine the ability of HQ to bind collagen fibers and therefore induce ochronosis. On one hand, a cell-based system was chosen in which fibroblasts were stimulated to produce collagen. On the other hand, a cell-free system, consisting of collagen gels, should simulate the connective tissue of the skin. Both systems were incubated with HQ or homogentisic acid (HGA) and checked for any development of ochronotic pigments. As oxidation seems to play a key role in the binding of HGA and HQ to collagen, the impact of potentially oxidizing factors on both compounds has been investigated. Regarding this, UV radiation and tyrosinase have been suspected to promote the induction of ochronosis. The results obtained by the cell-based system did not meet the expectations. In the cell-free system, HQ and HGA induced ochronotic-like pigments that resemble the histological findings of ochronotic skin. A significant effect of UVA radiation or tyrosinase on the quantity or quality of such pigments could not be confirmed in this system. The oxidation experiments however, indicated that both UV radiation and tyrosinase have a direct impact of the formation of oxidation product in HQ and HGA samples. The results obtained in this master thesis could provide a different perspective on the development of exogenous ochronosis and may encourage further investigations in the field.