Haut Couture

Wir können sie nicht sehen. Wir können sie nicht hören. Wir können sie nicht spüren. Doch sie sind überall – unser Körper ist übersät mit ihnen: Mikroorganismen. Kleinstlebewesen, die in unvorstellbarer Zahl unsere Haut besiedeln. Schätzungsweise 30 Billionen Bakterien beherbergt ein Mensch. Sie tummeln sich in den Poren auf unseren Armen, vermehren sich im Talg unserer Nase oder ernähren sich vom Schweiß der feuchten Wärme unserer Achseln.

Klingt eklig? Ist ganz natürlich. Der Mensch ist sogar auf seine Mitbewohner angewiesen. Sie halten zum Beispiel den Säureschutzmantel der Haut stabil und bilden einen natürlichen Schutz. Ohne ein stabiles Hautmikrobiom, wie die Gemeinschaft der Mikroben auf uns heißt, hätten Krankheitserreger leichtes Spiel.

Es lohnt sich also, die gesund erhaltenden Mikroorganismen auf der Haut ebenso gut zu pflegen wie die Haut selbst. Doch geht das überhaupt, angesichts der vielen Kosmetika, die in hiesigen Badezimmern zum Einsatz kommen?

Umfragen zufolge verwendet die Hälfte der Menschen in Deutschland täglich Hautpflegeprodukte. Weltweit werden mit Reinigern und Cremes, Lotionen und Masken, Seren und Ölen in diesem Jahr mehrere Hundert Milliarden US-$ umgesetzt.

Pelzer, der bereits für den Bereich Animal Nutrition die Forschung zum Darmmikrobiom voranbrachte, erarbeitet mit seinem Team zurzeit die Grundlagen, um die Wirkung von Kosmetika auf das Hautmikrobiom künftig bereits im Labor abschätzen zu können. Denn ­Evonik entwickelt, produziert und vermarktet auch Inhaltsstoffe für Hautpflegeprodukte. Kunden des Bereichs Care Solutions sind Kosmetikfirmen, die selbstverständlich die neuesten Erkenntnisse in Sachen Mikrobiom und das Interesse potenzieller Endver­braucher daran in ein entsprechendes Produktangebot umsetzen wollen.

Voraussetzung dafür sind nachweislich „mikrobiomfreundliche“ Wirk- und Hilfsstoffe. Aus ihnen formulieren die Hersteller Produkte, die mit dem entsprechenden Versprechen beworben werden können. „Als mikrobiomfreundlich bezeichnen wir ein Produkt, das weder die Vermehrung der Mikroorganismen stört noch ihre Vielfalt gravierend verändert“, erklärt Pelzer.

Zur „natürlichen Besiedlung“ gehören zum Beispiel Staphylokokken, die sich gern in traubenähn­lichen ­Gebilden anordnen, Corynebakterien, die unter dem Mikro­skop wie kleine Keulen aussehen, stäbchenförmige Cuti­bakterien und viele mehr. Die Wohngemeinschaft aus Mikroorganismen ist vielfältig, unterscheidet sich allerdings in ihrer Zusammensetzung, je nachdem welche Körperstelle man betrachtet. So leben im feuchten Milieu der Kniekehlen nicht die gleichen Bakterien wie auf den eher trockenen Unterarmen. Und im Talg einer öligen Stirn, auf die viel Sonne trifft, fühlen sich andere Mitbewohner wohl als im Intimbereich, wo Bakterien mit wenig Licht und Sauerstoff auskommen müssen. Nur ganz bestimmte Arten sind als „Allrounder“ nahezu überall zu finden – sie stehen deshalb bei ­Evonik im Fokus.

Eine kleine Herausforderung auf dem Weg zum mikro­biomfreundlichen Produkt sind Konservierungsstoffe. Sie sind unverzichtbar, damit eine Creme im Tiegel nach dem Öffnen haltbar bleibt. Sie hemmen nach dem Auftragen aber auch das Wachstum der „guten“ Bakterien auf der Haut, zumindest vorübergehend. Hier gilt es, Mittel zu finden, die einerseits ihre Funktion als Konservierungsmittel erfüllen und andererseits dem Mikro­biom so wenig wie möglich schaden. Am Standort Hamburg arbeitet ein Team von Care Solutions an genau dieser Aufgabe: Es entwickelt Konservierungsstoffe ausschließlich aus natürlichen Rohstoffen.

Gerät die Bakterien-WG auf der Haut für längere Zeit aus dem Gleichgewicht, etwa durch Antibiotika oder übertriebene Hygiene, schwächt das die Barrierefunktion der Haut. Dann können unerwünschte Mikroorganismen die Oberhand gewinnen. Ein Beispiel: Cuti­-bacterium acnes gehört zu den häufigsten Vertretern auf der menschlichen Haut. Werden bestimmte Stämme davon aber dominant, kann das Akne begünstigen. Oder ein Hefepilz breitet sich leichter aus, wodurch sich Schuppen bilden. Neben Kosmetika, die das Mikrobiom möglichst nicht stören, hat die Evonik-­Forschung auch Pflegeprodukte im Blick, die das Wachstum bestimmter Bakterien sogar fördern – ähnlich wie sich mit probiotischen Joghurts die Darmflora gesund halten lässt.

Einen Teil der Arbeit, die früher Menschen verrichteten, erledigen im Evonik-­Labor Maschinen: In einem Raum picken Hightech-Roboter Bakterien von Nährböden, in einem anderen pipettieren und verdünnen sie mit präzisen Bewegungen Proben. „Die Automatisierung von Arbeitsschritten spart uns viel Zeit“, sagt Pelzer. „Wir kommen so schneller zum Ergebnis und schaffen Kapazitäten für andere Aufgaben.“

Die Erforschung des Mikrobioms bei Akne zum Beispiel. Michelle Dargatz ist bei ­Evonik dafür zuständig. Die Biotechnologin arbeitet seit sieben Jahren im Unternehmen, kürzlich hat sie eines der Evonik-­Modelle auf einem internationalen Hautmikrobiom-Kongress in Den Haag vorgestellt. In Künsebeck entwickelt sie jetzt das erste Modell, das Problemhaut simulieren soll.

In einer Labor-Sterilbank läuft gerade der erste Test mit sogenannten Stressfaktoren. Dargatz will prüfen, wie ihre Bakterien auf UV-Licht, also Sonneneinstrahlung, reagieren. Einige Stunden lang stehen sie im leuchtenden Blau, danach wird gezählt, ob sie sich noch normal vermehren können.

„Mithilfe der beiden Modelle für normale und akneanfällige Haut wollen wir Mikroorganismen und ihre Wechselwirkungen genau verstehen, um die Produkte für unsere Kunden zu verbessern“, sagt Forschungsleiter Pelzer. Bislang habe das Team rund 30 Substanzen aus Kosmetika an den Kulturen überprüft, darunter sowohl eigene Inhaltsstoffe als auch Produkte von Kunden. Eine wichtige Erkenntnis: Die Formulierung, also der Mix verschiedener Substanzen, kann die Wirkung einzelner Zutaten aufheben oder verändern.

In Zukunft will Pelzers Team vor allem Inhaltsstoffe und Formulierungen aus den Evonik-­Laboren mit den Hautmikrobiom-Modellen testen. Zudem sollen weitere Mikrobiom-Modelle entwickelt werden, die etwa Kopfhaut mit Schuppen, atopische Dermatitis oder ältere Haut imitieren. Computersimulationen, ergänzt Pelzer, könnten seine Forschung dank künstlicher Intelligenz bald unterstützen und Vorhersagen zur Wirkung von Substanzen treffen.

Noch untersucht das Team im Biotech Hub die Bakterien in Reagenzgefäßen. Doch Pelzer plant schon den nächsten Schritt: „Es wäre die Königsdisziplin, die Mikroben in Zukunft auf künstlichem 3D-Hautgewebe zu untersuchen, um auch ihre Interaktion mit den Hautzellen zu erforschen.“ Um diesem Ziel näher zu kommen, arbeitet die Gruppe in Halle-Künsebeck eng mit anderen Evonik-­Forschungseinheiten zusammen. Dazu gehört das ­Evonik Skin Institute in Singapur, das im März dieses Jahres gegründet wurde. „Zu untersuchen, wie Kosmetika auf die Haut wirken und was der Verbraucher von den Produkten erwarten kann, ist eine unserer Spezialitäten“, sagt Leiterin Dr. Jennifer Bourland.

Das Team der Zellbiologin arbeitet nicht nur an Zellkulturen und Geweben, sondern lässt auch Tests an Freiwilligen durchführen. Das Skin Institute dient somit als Schnittstelle zwischen Markt und Wissenschaft. Seit drei, vier Jahren spiele das Mikrobiom für die Kosmetik­industrie eine zunehmende Rolle, berichtet Bourland: „Und inzwischen ist das mehr als nur ein Trend. Das Haut­mikrobiom ist zu einem ganz wichtigen Faktor bei der Vermarktung von Kosmetikprodukten geworden.“

Gut 20 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten mit Bourland im Skin Institute an verschiedenen Projekten, das Mikrobiom fasziniert die Biotechnologin aber besonders: „Es kristallisiert sich heraus, dass es nicht nur mit Erkrankungen im Zusammenhang steht, sondern auch bei Gesunden mit der Haut interagiert und ebenso wie das Darmmikrobiom Einfluss auf viele Bereiche unseres Lebens hat.“

Um es zu erreichen, arbeitet das Skin Institute mit verschiedenen Start-ups zusammen, die sich mit Hautbiologie beschäftigen. „Auf der Suche nach neuen Wegen und Innovationen ist unser Netzwerk ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg“, so die Wissen­schaftlerin. Bisher stehen die Tests des Mikrobioms auf Laborhaut aber am Anfang. „Die Modelle sind noch nicht repräsentativ für das, was wirklich auf der Haut geschieht“, sagt Bourland, „doch wir arbeiten daran.“

In absehbarer Zeit, glaubt die Zellbiologin, werden viele Kosmetika in den Drogerieregalen mikrobiomfreundlich sein. „Bei ihrer Entwicklung wird es die größte Herausforderung sein, auf möglichst vieleMikrobiome einzugehen, da diese ja sehr individuell sind“, so Bourland.

Um diese Individualität weiter zu erforschen, ist ­­Evonik weltweit vernetzt. Auch mit dem Center for Microbiome Innovation der University of California in San Diego (USA) sind die Forschenden aus Künsebeck in regel­mäßigem Kontakt. Hinzu kommt der Austausch mit Kosmetikherstellern, die die Interessen ihrer Kunden im Blick haben. Ob Kalifornien, Singapur oder Deutschland – das gemeinsame Ziel ist klar: In Zukunft sollen wissenschaftlich nachgewiesene Pflegeprodukte das Haut­mikrobiom schützen und unterstützen. Um die Gesundheit zu erhalten und optimale Hautpflege zu ermöglichen – ganz individuell.