Phänotypische und funktionelle Charakterisierung der kutanen Immunantwort bei Kontakt mit Natriumlaurylsulfat

Phenotypic and functional characterization of the cutaneous immune response upon contact with sodium lauryl sulfate

by Fabian Heinemeier
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-03-06
Date of issue:2025-02-14
Advisor:Prof. Dr. Timo Buhl
Referee:Prof. Dr. Timo Buhl
Referee:PD Dr. Niklas Engels
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11068

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

Sodium lauryl sulfate (SLS) is regularly used as a so-called irritancy control in patch testing in the allergological diagnosis of contact allergies and we encounter it in everyday life, for example in soaps, cleaning products and toothpaste. 22.1% of all test patients react positively to SLS 0.25% aq. in the patch test and then also show significantly more frequent reactions to other contact allergens, but the cause of this remains unclear (Heetfeld et al. 2020; Schwitulla et al. 2014). Since previous studies mostly assumed that SLS is an irritant, although the pathomechanism of the SLS-specific reaction has not yet been clearly deciphered, I investigated this in more detail in my doctoral project. However, it turned out that the data obtained made it difficult to classify the results obtained in the mouse model in terms of the reaction in humans. The results of SLS-specific contact dermatitis were not very specific and partly contradicted existing knowledge. For croton oil and oxazolone treatment, the expected results were mostly determined. To analyze the contact dermatitis, the maximum reaction of the classic irritant croton oil, the classic contact allergen oxazolone and SLS itself was first characterized. This was done in the mouse model using topical treatment with croton oil, oxazolone/DNFB and SLS. With regard to the individual reactions, the temporal dynamics were recorded by measuring the thickness of the ears. In addition, the ears were removed and processed at the respective swelling maximum of the substances for further analysis using immunohistochemistry, flow cytometry and quantitative real-time PCR to characterize the immune response. The test animals were focused on wild-type mice (B6) in order to ensure comparability with follow-up experiments in various knockout strains. It was shown that the skin reaction in immunodeficient mice was significantly reduced compared to healthy wild-type mice, while a skin barrier defect had no influence on the severity of the reaction. Neither a sensitization potential to SLS nor a systemic effect of SLS on the cutaneous immune response could be demonstrated in the mouse model. Interestingly, the SLS-specific cutaneous immune response is most similar to the vehicle control and, according to the findings obtained, among the test substances, most similar to the irritant croton oil, whereas it shows the most significant differences to the allergen oxazolone. An example skin punch from a patch test patient who tested positive for SLS rounds off this doctoral project, but also provides some different results to the histological results from the mouse model. It therefore remains largely unclear why 22.1% of all patients who tested positive for SLS in the patch test show this degree of reaction. A mouse model may not be suitable for imaging and investigating in more detail these SLS responses that are apparently specific to humans. Some hypotheses about possible reasons for a positive cutaneous SLS immune response in the patch test were provided and discussed, which should inspire future research projects.
Keywords: cutaneous immune response; sodium lauryl sulfate; functional characterization; phenotypic characterization; sls; toothpaste

German

Natriumlaurylsulfat (NLS) findet als sogenannte Irritanzkontrolle regelhaft Anwendung in der Epikutantestung bei der allergologischen Diagnostik von Kontaktallergien und begegnet uns im Alltag bspw. in Seifen, Reinigungsmitteln und Zahnpasta. Hierbei reagieren 22,1% aller Testpatienten im Pflastertest positiv auf NLS 0,25% aq. und zeigt dann auch signifikant häufigere Reaktionen auf andere Kontaktallergene, die Ursache hierfür bleibt jedoch unklar (Heetfeld et al. 2020; Schwitulla et al. 2014). Da bisherige Untersuchungen meist davon ausgingen, dass es sich bei NLS um ein Irritanz handelt, obwohl der Pathomechanismus der NLS-spezifischen Reaktion noch nicht klar entschlüsselt wurde, untersuchte ich in meinem Promotionsprojekt diesen genauer. Es zeigte sich jedoch, dass die ermittelten Daten die Einordnung der im Mausmodell gewonnenen Ergebnisse in die Reaktionsausprägung beim Menschen schwierig gestaltete. Die Ergebnisse der NLS-spezifischen Kontakdermatitis waren wenig spezifisch und teilweise widersprüchlich zu bereits bekanntem Wissen. Während für die Krotonöl- und Oxazolon-Behandlung meist die zu erwartenden Ergebnisse ermittelt werden konnten. Zur Analyse der Kontaktdermatitiden wurde zunächst eine Charakterisierung der Maximalreaktion des klassischen Irritanz Krotonöl, des klassischen Kontaktallergens Oxazolon und von NLS selbst ermittelt. Dies geschah im Mausmodell mittels topischer Behandlung mit Krotonöl, Oxazolon/DNFB und NLS. Bezüglich der einzelnen Reaktionen wurde die zeitliche Dynamik mit Ohrdickenmessung erfasst. Hinzu kam eine Entnahme und Aufarbeitung der Ohren zum jeweiligen Schwellungsmaximum der Substanzen zur weiteren Analyse mittels Immunhistochemie, Durchflusszytometrie und quantitativer Echtzeit-PCR zur Charakterisierung der Immunantwort. Bei den Versuchstieren wurde eine Fokussierung auf Wildtyp-Mäuse (B6) gesetzt, um eine Vergleichbarkeit mit Folgeexperimenten in verschiedenen Knockout-Stämmen zu gewährleisten. Es wurde gezeigt, dass die Hautreaktion in immundefizienten Mäusen im Vergleich zu gesunden Wildtyp-Mäusen deutlich reduziert war, während ein Hautbarrieredefekt keinen Einfluss auf die Reaktionsausprägung hatte. Weder ein Sensibilisierungspotenzial gegenüber NLS noch eine systemische Wirkung von NLS auf die kutane Immunantwort konnte im Mausmodell nachgewiesen werden. Die NLS-spezifische kutane Immunantwort ähnelt interessanterweise am ehesten der Vehikel-Kontrolle und unter den Testsubstanzen nach den gewonnene Erkenntnissen noch am ehesten dem Irritanz Krotonöl, wohingegen es zum Allergen Oxazolon die signifikantesten Differenzen zeigt. Eine beispielhafte Hautstanze eines positiv auf NLS getesteten Patch-Test-Patienten rundet dieses Promotionprojekt ab, lieferte jedoch teilweise ebenfalls differente Ergebnisse zu den histologischen Ergebnissen aus dem Mausmodell. Es bleibt also weitestgehend unklar, warum 22,1% aller im Patch-Test positiv auf NLS getesteten Patienten diese Reaktionsausprägung zeigen. Möglicherweise ist ein Mausmodell nicht dazu geeignet, um diese offenbar für den Menschen spezifischen NLS-Reaktionsausprägungen abzubilden und genauer untersuchen zu können. Es wurden einige Hypothesen zu möglichen Gründen für eine positive kutane NLS-Immunreaktion im Pflastertest geliefert und diskutiert, welche zukünftige Forschungsprojekte inspirieren sollen.
Schlagwörter: Natriumlaurylsulfat; kutanen Immunantwort; Zahnpasta; funktionelle Charakterisierung; phänotypische Charakterisierung