Die Crème de la Crème der Kontaktallergietests geht in vitro

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Die Crème de la Crème der Kontaktallergietests geht in
vitro
Die Kosmetikindustrie sucht verzweifelt nach Auswegen aus der Klemme. Dass eine Chemikalie
in einem Parfüm oder einer Handlotion keine Kontaktallergie der Haut auslöst, muss laut EUGesetz spätestens ab 2013 ohne Tierversuche nachgewiesen werden. Prof. Dr. Stefan Martin
von der Universitäts-Hautklinik Freiburg hat zusammen mit Kooperationspartnern im Rahmen
des großen EU-Forschungsprojekts „Sens-it-iv“ fünf Jahre lang nach Alternativen gesucht. Die
Forscher haben den spezifischsten In-vitro-Test entwickelt, der denkbar ist, und wurden nun
sogar vom Land Baden-Württemberg geehrt. Was verrät ihnen eine T-Zelle?
Ekzeme als Folge einer Kontaktallergie. © Prof. Dr. Stefan Martin
Chemikalien in Haushaltsreinigern, nickelhaltiger Schmuck, flüchtige Stoffe in Parfüms oder in
der Hautcreme – etwa viertausend Substanzen sind heute bekannt, die eine Kontaktdermatitis
auslösen können. Hautrötungen, Juckreiz und nässende Hautstellen können die unangenehme
Folge sein. Wird die allergische Erkrankung chronisch, dann müssen Menschen den Kontakt
mit den Auslösern einstellen. In vielen Fällen bedeutet das: Schluss mit dem Beruf. Denn die
Kontaktdermatitis entwickeln viele gerade im regelmäßigen Umgang mit Chemikalien am
Arbeitsplatz.
Um solchen Problemen vorzubeugen, versuchen Forscher und Industrie, Kontaktallergene zu
identifizieren und ihr Vorkommen in der Umwelt zu vermeiden. „Bisher waren hierfür
Tierversuche die einzige Lösung“, sagt Prof. Dr. Stefan Martin von der Forschergruppe
Allergologie der Universitäts-Hautklinik Freiburg. „Seit 2009 hat die EU solche Tierversuche für
die Kosmetik verboten.“
Die Suche hat begonnen
In der Kosmetikindustrie löste das eine Unruhe aus: Wie sollen von nun an neue Parfüms oder
Shampoos auf kontaktallergene Inhaltsstoffe hin getestet werden, damit die Marktzulassung
erteilt werden kann? „Eine Alternative zu Tierversuchen stellen Tests dar, die in der Zellkultur
durchgeführt werden“, sagt Martin. „Aber die Entwicklung solcher Tests war bisher nicht
intensiv genug vorangetrieben worden. Dies liegt sicher an dem erst in den letzen vier bis fünf
Jahren rapiden Wissenszuwachs bezüglich des Verständnisses des Ablaufs der Kontaktallergie,
zum anderen vielleicht aber auch daran, dass kein zwingender Bedarf bestanden hat und
finanzielle Förderung entsprechender Projekte unzureichend vorhanden war.“
Dabei wären In-vitro-Tests nicht nur aus ethischen Gründen geboten, sondern auch billiger als
Versuche mit Mäusen oder Ratten. Seit 2005 suchen Forscher aus der Industrie und der
Grundlagenforschung daher intensiviert nach Möglichkeiten, Kontaktallergene in der
Kulturschale nachzuweisen. Die EU hat zu diesem Zweck das Projekt „Sens-it-iv“ ins Leben
gerufen, bei dem rund 30 Forschungsgruppen aus der EU zusammen mit Akteuren aus der
Kosmetikindustrie zwischen 2005 und 2011 neues Know-how entwickeln sollten.
Dendritische Zellen aus der Haut (grüngelb) sind in die T-Zell-Region des Lymphknotens eingewandert. Dort können
sie T-Zellen (rot) aktivieren. © Prof. Dr. Stefan Martin
Dabei gibt es zahlreiche Ansätze. Denn heute sind die molekularen und zellulären Prozesse, die
zu einer Kontaktallergie führen, gut bekannt. An ihrer Erforschung war die Forschungsgruppe
von Martin maßgeblich beteiligt. So ist klar, dass Kontaktallergene wie Nickelionen oder andere
niedermolekulare Substanzen nach Eintritt ins Hautgewebe zunächst mit Proteinen
wechselwirken, etwa auf der Oberfläche von Zellen. Dieser Schritt ist wichtig, weil er dazu führt,
dass viele Zelltypen bestimmte molekulare Antworten einleiten.
Martin und sein Team konnten zum Beispiel in den letzten Jahren zeigen, dass eine der
wichtigsten Folgen die Reifung von sogenannten dendritischen Zellen des Immunsystems ist.
Diese Zellen können nach Kontakt mit einem Allergen in lokale Lymphknoten wandern und
dort unreife T-Zellen „aktivieren“. „Das ist im Prinzip der entscheidende Schritt bei einer
Kontaktallergie“, sagt Martin. „Die von dendritischen Zellen aktivierten T-Zellen produzieren
Rezeptorproteine an ihrer Oberfläche, die spezifisch für das jeweilige Kontaktallergen sind.“
Der spezifischste Test von allen
Diese Rezeptorproteine funktionieren wie Sonden. Die spezifisch aktivierten T-Zellen wandern
zurück in die Haut und können dort von dem jeweiligen Kontaktallergen stimuliert werden,
woraufhin sie eine Antwort des Immunsystems auslösen. Eine Subpopulation der T-Zellen
bleibt als sogenannte Gedächtniszellen im Hautgewebe zurück. Diese Zellen können beim
erneuten Eintritt des jeweiligen Allergens sofort Alarm schlagen und verschiedene Botenstoffe
wie Interferon gamma und TNF alpha ausschütten. Und diese Botenstoffe locken dann wieder
eine ganze Batterie von Immunzellen an – die allergische Reaktion tritt auf, selbst bei kleinsten
Mengen des Allergens.
Zahlreiche Teilschritte dieser Prozesse haben die Forscher nun im Projekt „Sens-it-iv“ unter die
Lupe genommen. Sie haben versucht, Teile des Systems in der Kulturschale nachzubauen und
so zu gestalten, dass sie auf Kontaktallergene die typischen Reaktionen zeigen, die auch im
Gewebe ablaufen. Löst ein unbekannter Stoff in der Zellkulturschale die entsprechende
Reaktion aus, dann könnte es sich um ein Kontaktallergen handeln. Allerdings laufen viele
dieser Zwischenschritte auch ab, wenn Stoffe ins Gewebe eintreten, die keine wirklichen
Kontaktallergene sind. So können beispielweise dendritische Zellen auch von sogenannten
Irritanzien stimuliert werden, also Molekülen, die letztlich nur eine akute Hautreaktion
bewirken, ohne dass eine echte Allergie die Folge wäre. Und auch Viren und Bakterien können
ähnliche Reaktionen auslösen.
Die Aktivierung der T-Zellen durch die dendritischen Zellen nach Präsentation von Kontaktallergenen ist der
entscheidende Schritt, damit eine Kontaktallergie auftritt. © Prof. Dr. Stefan Martin
„Keiner der Tests ist daher aufgrund der immunologischen Grundlagen hundertprozentig
spezifisch für Kontaktallergene“, sagt Martin. Der T-Zell-Test, den Martin, sein Mitarbeiter Dr.
Philipp Esser, die Kooperationspartner Dr. Lisa Dietz und Privatdozent Dr. Hermann-Josef
Thierse von der Universitäts-Klinik Mannheim sowie weitere Kollaborationspartner des „Sens-itiv“ Projekts entwickelt haben, ahmt jedoch den spezifischsten Schritt der Immunantwort auf
Kontaktallergen in vitro nach. Denn die Forscher haben sich den Prozess ausgesucht, bei dem
sich entscheidet, ob eine Kontaktallergie auftritt oder nicht: die Aktivierung von spezifischen
T-Zellen in den Lymphknoten durch dendritische Zellen.
Die Basis des Tests stellen aus Spenderblut isolierte naive T-Zellen und aus Blutzellen
hergestellte dendritische Zellen dar. Diese zwei Zelltypen kultivieren die Forscher in einer
Zellkulturschale und bringen sie dann in Kontakt mit dem Stoff, dessen Wirkung als
Kontaktallergen in Frage steht. Führt die Substanz dazu, dass die dendritischen Zellen reifen
und die T-Zellen aktivieren? Schütten die aktivierten T-Zellen bei erneutem Kontakt mit der
Substanz Botenstoffe wie Interferon gamma und TNF alpha aus, die das Immunsystem
alarmieren können? Und zwar nur, wenn es sich um diese eine spezifische Substanz handelt?
Eine preisgekrönte Arbeit
Dieser Test wurde bisher in Mäusen durchgeführt und galt als der Goldstandard. Die Forscher
hatten also Vorarbeiten, auf denen sie aufbauen konnten. Allerdings musste das Know-how auf
die menschliche Zellkultur übertragen werden, was die Entwicklung neuer Laborprotokolle
bedeutete, beispielsweise was die Kultivierung von T-Zellen und dendritischen Zellen
anbelangt. Außerdem mussten Martin und Co. einen Weg finden, die Test-Substanzen löslich zu
halten und etwaige toxische Nebenwirkungen auszuschließen. Mit den Mannheimer Forschern
entwickelten sie daher eine Art Fähre. Durch Kopplung an menschliches Serumalbumin, ein
Protein aus dem menschlichen Blut, gelang es ihnen, diese Probleme auszuschließen und die
Test-Substanz an ihren Wirkort auf der Oberfläche von dendritischen Zellen zu bringen.
Drei der im Projekt „Sens-it-iv“ entwickelten Tests gehen jetzt in die Validierungsphase,
während derer sie von Behörden getestet werden. Fünf weitere, unter anderem der von der
Martin-Gruppe und Kooperationspartnern, sind inzwischen standardisiert und sollen in den
nächsten Jahren bis zur Validierungsreife weiterentwickelt werden. Das EU-Projekt ist zwar
2011 zu Ende gegangen, aber Martin und sein Team haben einen Sponsor gefunden.
Zusammen mit dem Kosmetikindustrie-Konsortium Cosmetics Europe arbeiten sie jetzt mit
Kollaborationspartnern aus Lyon daran, den Test sensibler zu machen. Vor allem aber ist das
große Ziel, eine quantitative Komponente zu etablieren. „Die Kosmetikindustrie ist nämlich
daran interessiert, allergene Substanzen auch auf ihre Potenz hin zu testen“, sagt Martin.
Handelt es sich um ein starkes oder um ein schwaches Kontaktallergen? Eine Frage, die über
Leben und Tod eines Produkts entscheiden kann, denn für allergene Substanzen in Kosmetika
gelten oft Schwellengrenzen. Die Kosmetikindustrie sucht händeringend nach In-vitro-Tests,
die eine solche Einstufung erlauben.
Weil die Entwicklung des Tests einen wichtigen Beitrag zum Tierschutz leistet, hat das
Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz des Landes Baden-Württemberg in
diesem Jahr den Tierschutzforschungspreis des Landes an Martin, Esser, Dietz und Thierse
verliehen. Die 25.000 Euro sollen laut den Forschern, die sich sehr über die Auszeichnung
freuen, direkt in die neuen Projekte fließen.
Fachbeitrag
22.10.2012
mn
BioRegion Freiburg
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH
Weitere Informationen
Prof. Dr. rer. nat. Stefan Martin
Forschergruppe Allergologie
Abteilung Dermatologie und Venerologie
Universitäts-Hautklinik Freiburg
Hauptstraße 7
Freiburg
Tel.: 0761/ 270 - 6738
E-Mail: stefan.martin(at)uniklinik-freiburg.de
Der Fachbeitrag ist Teil folgender Dossiers
Volksseuche Allergie