Forschung
Startpunkt für die Methodenentwicklung
Weltweite Standards, Messprinzipien aus unserem Hause
Die Forschung in den Instituten Dr. Schrader ist oft der Startpunkt für so manche Methodenentwicklung. Das Vorgehen: Erst forschen, dann entwickeln und prüfen und zum Abschluss analysieren.
Zwischen Sebumeter und ICL-S/H liegen nicht nur 50 Jahre der kontinuierlichen soliden Arbeit, sondern auch 50 Jahre Ideen und Konzepte für neue haut- und haarphysiologische Messprinzipien, die heute zu weltweiten Standard-Methoden und -Geräten gereift sind. Ob Corneometer oder FOITS-Technik, ob Cutometer oder NIR-RS, die Institute Dr. Schrader nutzen nicht nur modernste Techniken, sie sind vielmehr eine ständige Quelle für neue praxisgerechte Methoden und Geräte in der haut- und haarphysiologischen Prüfung an Probanden und im Labor.
Sebumeter / Corneometer
Die von den Instituten Dr. Schrader entwickelten Geräte Corneometer und Sebumeter zur Bestimmung von Hautfeuchtigkeit und Fettgehalt der Haut sind weltweit im Einsatz.
Praxistauglichkeit und wissenschaftliche Relevanz haben sich bis heute durchgesetzt. Im Jahre 1980 wurden beide Geräte in die Hände der Firma Schwarzhaupt, dann in die Hände von Courage & Khazaka gegeben, um eine ständige technische Aktualisierung und Optimierung zu gewährleisten.
Beide Geräte, welche sich durch ihr einfaches und geniales Prinzip als Fettfleckphotometer beziehungsweise der Messung der Dielektrizitätskonstanten auszeichnen, sind aus der kosmetischen Wirksamkeitsprüfung nicht mehr wegzudenken.
Entfettende und rückfettende Wirkung – Sebumeter Messungen
Die Schutzbarriere der Haut ist ein dünner Fettfilm, der aus Talgdrüsenlipiden und Wasser besteht. Der Gehalt an Oberflächenlipiden, wie auch die Anzahl der Talgdrüsen, ist stark von der Hautregion abhängig und liegt zwischen 50 µg/cm² und 500 µg/cm². Bei einer Sebum-Überproduktion erscheint die Haut fettig, was kosmetisch unerwünscht ist.
Die Bestimmung des Sebumgehaltes der Haut wird mit dem in unserem Haus entwickelten Sebumeter® durchgeführt. Wahlweise oder in Kombination findet die Sebutape® Methode Anwendung.
Feuchtigkeit der Haut – Corneometer Messungen
Ausreichende Feuchtigkeit ist Grundvoraussetzung für eine gepflegte und geschmeidige Haut. Daher ist die Erfassung der Hautfeuchtigkeit ein wesentlicher Bestandteil der Prüfung von kosmetischen Pflegeprodukten. Ebenso aussagekräftig ist der Nachweis der nicht austrocknenden Wirkung von Reinigungsprodukten wie Handseifen oder Duschgelen. Alle Hautfeuchtigkeitsmessungen erfolgen mit dem im unserem Haus entwickelten Corneometer.
FOITS - ein Klassiker der modernen Wirksamkeitsprüfung
FOITS ist die Abkürzung für Fast Optical In vivo Topometry of Human Skin und beschreibt ein berührungslos arbeitendes Verfahren zur dreidimensionalen Faltenanalyse.
Erste Untersuchungen zum Thema berührungslose Oberflächenanalyse der Haut wurden im Jahr 1995 initialisiert. Nach erfolgreicher Validierungsphase konnte im Jahr 1997 die neue FOITS-Technik auf dem Kongress der International Society for Skin Imaging in Wien vorgestellt werden. Eine erste Veröffentlichung erfolgte Anfang 1998. Durch zahlreiche technische Weiterentwicklungen, wie etwa verbesserte Kameraauflösungen, der Einsatz von blauen LED-Beleuchtungssystemen oder laserunterstützte und computeroptimierte Überlagerungsprozeduren, konnte in den vergangenen Jahren ein effizientes und leicht zu bedienendes System realisiert werden. Da aber auch die wissenschaftliche Erforschung weiterreichender Mechanismen der Faltenentstehung und Faltenbewertung stets von größtem Interesse war und ist, führten die technischen Weiterentwicklungen zu einem Arbeitsgerät auf hohem wissenschaftlichem Niveau – immer mit Bezug zur kosmetischen Praxis. Seit den Anfängen 1995 hat sich die Fast Optical In vivo Topometry of Human Skin (FOITS) weltweit etabliert und wird heute mit über 40 eingesetzten Systemen praktiziert.
In dieser fast 25-jährigen Einsatzphase konnten aufgrund der detaillierten Oberflächenan-alysemöglichkeiten der FOITS-Methode neue Parameter zur Wirksamkeitsbewertung eingeführt werden. Eine tiefenbezogene Wirksamkeitsanalyse, auf Basis statistischer Verfahren, ermöglicht zum Beispiel der FDD-Parameter (Frequency Distribution of Depth). Auch zeigt die von der FOITS-Technik geprägte Area-Analyse, bei der in der Faltenanalyse unterschiedliche Bereiche und Ausprägungsgrade der Falten betrachtet werden, dass neue Erkenntnisse zur Ätiologie der Faltenbildung, ebenso wie eine detaillierte produktbezogene Wirksamkeitsanalyse gewonnen werden können. Neuere gemeinsame Untersuchungen mit unserem Joint-Venture-Partner-Institut in Peking zeigen interessante Unterschiede in der Topometrie zwischen asiatischer und kaukasischer Haut. So hat sich FOITS in nur kurzer Zeit bereits zu einem weltweit eingesetzten Klassiker der modernen Wirksamkeitsprüfung entwickelt, dem viele Erkenntnisse zur Faltenreduzierung, aber auch deren Überprüfung durch unabhängige Organisationen ihre Grundlage verdanken.
Und die Zukunft wird schon in den Instituten Dr. Schrader evaluiert. Mit FOITS-2 hat sich die FOITS-Technologie zu einer „2-Shot-One-Face-Technik“ (2-SOFT) aller wichtigen Untersuchungsareale weiterentwickelt. Testareale wie etwa das gesamte Gesicht, die mit einer einzigen Stereo-Aufnahme erfasst werden, ermöglichen eine parallele differenzierte Analyse verschiedener Falten-Regionen und stehen zum Routineeinsatz bereit.
NIR-RS
Near Infrared-Remission Spectroscopy
Chemilumineszenz - Anti-Oxidativer Wirknachweis / ICL-S/H
Die Induzierte Chemilumineszenz der Haut und des Haares (ICL-S/H) ist eine der wenigen Methoden zum In-vivo-Nachweis eines anti-oxidativen Schutzpotenzials.
Das Chemilumineszenz-Detektions-System wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes in Zusammenarbeit mit der m.u.t. GmbH (Wedel, Germany) in den späten 90er-Jahren entwickelt. Konzipiert als in vivo Single Photon Counting System wurde eine Technik realisiert, die mittels peltier-gekühltem Photo-Multiplier den oxidativen Stress in der Haut und im Haar quantifiziert.
Durch eine räumliche Trennung von Detektionseinheit und Steuereinheit mit Sonnensimulator ist eine nicht invasive Technik etabliert worden, die in weniger als 100 ms nach Stress-Ende die Photonen-Strahlung der Haut oder des Haares erfasst und so einen direkten Zugang zum kosmetischen Wirknachweis des anti-oxidativen Schutzpotenzials ermöglicht.
Die größte Herausforderung in Bezug auf den Claim-Support ist die nicht-invasive aber zugleich sensitive Messung von oxidativem Stress am Probanden.
Nur dieser In-vivo-Ansatz berücksichtigt alle physiologischen, in lebender Haut aktiven Prozesse und liefert Wirksamkeitsdaten mit größtmöglicher Relevanz für die Anwendungssituation. UV-Filter verringern die Radikalentstehung und Antioxidantien bewirken eine schnellere und/oder effektivere Radikalneutralisierung beziehungsweise –detoxifikation. Durch die Messung der Chemilumineszenz (ultraschwache Photonen-Emission), als Begleiterscheinung radikalischer Reaktionen in biologischen Geweben wie der Haut, erlaubt die ICL-S Methode (Induced Chemiluminescence of Human Skin) die Messung von oxidativem Stress in Echtzeit an Gruppen von Probanden. Die Wirksamkeitsprüfung von Antioxidantien und UV-Filtern kann damit für Rohstoffe während der Produktentwicklung und für Fertigprodukte nach topischer Applikation (In-Use-Situation), sowohl an der menschlichen Haut als auch am Haar, durchgeführt werden.
Anti-Schuppen – Objektive Messung des Schuppen-Status
Ein wichtiges Ziel der Forschung der Institute Dr. Schrader liegt darin, objektive Messmethoden zu entwickeln, die beispielsweise subjektiv erhobene Daten verifizieren
Der große Vorteil objektiver Messmethoden gegenüber subjektiver Datenerhebung liegt in der exakten Quantifizierung der Ergebnisse.
Bereits in den 1980er Jahren entwickelten die Institute Dr. Schrader ein Verfahren, das es ermöglicht, den Schuppen-Status von Probanden bildanalytisch und somit quantitativ abzubilden. Dabei werden die Schuppen einer Kopfhälfte standardisiert auf vorbereitete Objektträger abgekämmt. Die Auswertung der Schuppen erfolgt mit der quantitativen Bildanalyse. Über verschiedene Bildanalyse-Algorithmen werden Haare und Staubpartikel aus dem Bild eliminiert und die Schuppen über ihren Grauwert identifiziert. Dabei kann man neben der Menge an abgekämmten Schuppen auch deren Größe bestimmen.
Die Messmethode hat sich über Jahrzehnte bewährt. Eine ständige Aktualisierung und Optimierung der Bildanalyse gewährleistet bis heute unseren Kunden ein zuverlässiges Verfahren anbieten zu können.
Literatur
- Schrader K, Domsch A. (2005). Testing of Anti-Dandruff Effect in Cosmetology – Theory and Practice. Research, Test Methods, Analysis, Formulas. Verlag für chemische Industrie Augsburg, Vol. I, 230-233.
- Schrader K (1986). Comparative Experimental Research on Dandruff Through Quantitative Image Analysis. J Appl Cosmetol 4, 153-70.
- Schrader K (1982). Wirkung und Nebenwirkung Moderner Antischuppenpräparate. SÖFW J 108(15), 471-4.
HDRS - Hybride Diffuse Reflektionsspektroskopie
In-vivo Test zur erythemfreien SPF-Bestimmung
Um den Label-SPF von topisch applizierten Sonnenschutzmitteln in vivo zu ermitteln, werden weltweit Testmethoden wie die ISO 24444, die FDA-Guideline oder der Australische Standard verwendet. Grundlage all dieser Methoden ist das Herbeiführen einer erythemalen Hautreaktion durch das Bestrahlen der Haut mit UV-Licht. Dies ist erforderlich, um die minimale erythemale Dosis der unbehandelten (MEDu) und produktbehandelten Haut (MEDp) zu bestimmen. Zuverlässige in-vitro Methoden, bei denen die menschliche Haut durch synthetische Substratträger ersetzt wird, sind immer noch nicht verfügbar.
Die neue HDRS Technik bietet die Möglichkeit, den Sonnenschutzfaktor nach wie vor in-vivo zu ermitteln, ohne jedoch die UV-strahlungsbedingte erythemale Hautreaktion auszulösen. Sie ist damit eine ideale Lösung für den Sonnenschutz unter gleichzeitiger Berücksichtigung heutiger, ethischer Bedenken.
Die HDRS Technik ist eine Kombination aus diffuser Reflektionsspektroskopie (DRS) in-vivo und in-vitro Transmissionsmessungen auf einer aufgerauten Polymethylmethacrylat – Platte (PMMA – Platte). Dadurch wird einerseits die Wechselwirkung des Sonnenschutzproduktes mit der Haut durch die in-vivo Messung berücksichtigt und andererseits die UV-B – Absorption in-vitro gemessen, da diese reflektionsspektroskopisch nach wie vor nicht in-vivo ermittelt werden kann. Um eine Alternativmethode für die in-vivo SPF Bestimmung zu etablieren, wurden eine große Anzahl von Sonnenschutzprodukten mit der HDRS Technik gemessen und mit dem weltweit akzeptierten Standard ISO 24444 verglichen. Um das neue Verfahren zu validieren, wurde sowohl eine breite Vielfalt verschiedener Formulierungen als auch verschiedener SPFs (5-120) geprüft.
Die gezeigte Abhängigkeit des Messsignals von der Produktauftragsmenge und der Hautfarbe des Probanden bestätigt den grundlegenden Zusammenhang des generierten Messergebnisses mit dem erwarteten Sonnenschutz. Darüber hinaus zeigen weitreichende statistische Analysen eine ausgezeichnete Korrelation zwischen der neuen, nicht erythemalen HDRS-SPF-Technik und den ermittelten Ergebnissen nach der ISO 24444 Methode. In gleicher Weise können auch die HDRS-UVA-PF – Ergebnisse mit nach ISO 24443 berechneten UVA-PF – Werten korreliert werden.
Durch die Eliminierung aller erythem-relevanten UV-B – und UV-A – Bestrahlungsdosen während des Messprozesses, wird bei den Testprobanden keinerlei Hautreaktion hervorgerufen. Folglich muss auch keine MED Bestimmung mehr erfolgen. Zum ersten Mal wird ein alternativer Weg der SPF-Bestimmung, ohne die ethischen Bedenken der bisherigen in-vivo Messung und / oder der Einschränkung bisheriger SPF in-vitro Tests, beschrieben. Unabhängig von der Art der Formulierung oder dem Schutzniveau des Testproduktes konnte eine ausgezeichnete Korrelation für die Auslobung des SPFHDRS und SPF24444 gefunden werden. Durch diese neue, nicht-erythemale Messmethode können nicht nur SPF – Werte bestimmt werden, sondern aus denselben Daten lassen sich UVA-PF – Werte, mit einer exzellenten Korrelation zur ISO 24443 Methode, berechnen. Zum ersten Mal wird eine zuverlässige, alternative Testmethode für die SPF – und UVA-PF Bestimmung beschrieben, die die Wechselwirkung des Sonnenschutzmittels mit der Haut berücksichtigt.
