Ceramide – die Helden der Hautbarriere und noch viel mehr

Ceramide sind in der Kosmetik seit mehreren Jahrzehnten ein Thema. Sie mögen wie altbewährte Inhaltsstoffe wirken, doch der aktuelle Fokus auf die Barrierefunktion der Haut hat sie wieder ins Rampenlicht gerückt. Warum aber sind sie so wichtig, und warum sind sie Gegenstand derart intensiver Forschung?

Ein Ceramid ist ein Sphingolipid, das aus der Verknüpfung einer Sphingoidbase mit bestimmten Fettsäuren über eine Amidbindung entsteht. Daneben gibt es eine große Vielfalt synthetischer Sphingolipide, die durch das Anknüpfen anderer Fettsäuren oder anderer Moleküle als Fettsäuren gewonnen werden. Diese Sphingolipide kommen in der Natur nicht vor, und zahlreiche Kombinationen sind möglich.

Ceramide werden auch durch eine Nummer gekennzeichnet und nach einer Nomenklatur benannt, die Folgendes berücksichtigt:

• den Fettsäuretyp: N für nicht-hydroxyliert (non-hydroxy), O für omega-hydroxyliert, EO für esterverknüpft omega-hydroxyliert usw.
• die Sphingoidbase: S für Sphingosin, DH für Dihydrosphingosin usw.

Ceramid 1 heißt nach dieser Nomenklatur somit Ceramid EOS.

Ceramide machen gewichtsbezogen 50 % der interkorneozytären Lipide aus, neben freien Fettsäuren (25 %) und Cholesterin (25 %). Dieses Verhältnis kann je nach zahlreichen Parametern variieren, etwa Alter, äußeren Faktoren oder dem Vorliegen von Hauterkrankungen. Im Stratum corneum finden sich rund zwanzig verschiedene Ceramide in unterschiedlichen Anteilen. Entscheidend ist jedoch nicht die Menge: Auch in sehr geringen Mengen vorhandene Ceramide können für die Organisation und Struktur des interkorneozytären Lipidnetzwerks ausschlaggebend sein.

Die physikalische Komponente der Hautbarriere wird im Wesentlichen durch das Stratum corneum gewährleistet, gemäß dem inzwischen gut etablierten „Ziegelstein-Mörtel-Modell“ (Brick-and-Mortar-Modell): Die Korneozyten sind von einer komplexen multilamellaren Anordnung aus Ceramiden, Cholesterin und freien Fettsäuren umgeben. Die Verankerung bestimmter Ceramide an der verhornten Zellhülle (Cornified Envelope) bildet die Grundlage für die Ausbildung lamellarer Systeme und den Zusammenhalt der Lipidmatrix. Die Organisation der Lipidmatrix ist komplex und dynamisch und beeinflusst die Leistungsfähigkeit der Hautbarriere sowie den transepidermalen Wasserverlust (TEWL).

Zahlreiche Faktoren können sowohl die Ceramidmenge im Stratum corneum als auch deren relative Anteile beeinflussen. Mit zunehmendem Alter und in der Menopause nimmt die Ceramidproduktion ab – daher das Interesse, sie in Produkte für reife Haut einzuarbeiten. Der Ceramidgehalt variiert zudem je nach Körperregion (die Lippen etwa sind nahezu frei davon), nach Ethnie sowie in Abhängigkeit von Wechselwirkungen zwischen Ceramiden und Mikrobiom. Auch Luftverschmutzung, UV-Strahlung und Rauchen verändern das Profil der Hautceramide, vermutlich im Rahmen eines Kompensationsmechanismus.

Auch wenn Ceramide heute vor allem für ihre Rolle im Stratum corneum bekannt sind, ist diese umfangreiche Molekülfamilie an vielen weiteren biologischen Mechanismen in der Haut beteiligt, in der bereits über 1.000 verschiedene Ceramide identifiziert wurden. Die sehr aktive Ceramidforschung hat ihren Nutzen für die Synthese der extrazellulären Matrix in der Dermis und an der dermoepidermalen Junktionszone belegt – mit Vorteilen für die Dichte der Dermis und die Hautfestigkeit bei topischer Anwendung. Bestimmte Ceramide wirken zudem dank eines depigmentierenden Effekts gegen Hyperpigmentierung.

Über ihre Rolle als Hauptbestandteile des interkorneozytären „Kitts“ hinaus sind Ceramide im gesamten Organismus vorhanden und an zahlreichen zellulären Prozessen beteiligt, auch wenn noch nicht alle Mechanismen vollständig aufgeklärt sind. In erster Linie fungieren sie als Vorstufen der Sphingolipide, aus denen die Zellmembranen aufgebaut sind.

Darüber hinaus spielen sie eine Rolle in der interzellulären Signalübertragung. Sie modulieren und koordinieren verschiedene Zellfunktionen, darunter Zellproliferation, Apoptose und Seneszenz. Zudem sind sie zentrale Mediatoren der zellulären Antwort auf physiologischen oder pathologischen Stress.

Während in der Haut ein hoher Ceramidgehalt der Barrierefunktion zugutekommt, wird ihre Anreicherung im übrigen Organismus eher mit Stoffwechselstörungen in Verbindung gebracht.

In der Haarfaser sind Ceramide Teil des Lipidkomplexes zwischen den Cortexzellen und tragen zu deren Zusammenhalt bei.

Ceramide sind selbstverständlich unverzichtbar in Formulierungen, die die Barrierefunktion der Haut stärken oder unterstützen sollen, etwa in Feuchtigkeitspflege, Cica-Produkten, reparierender Pflege und verwandten Anwendungen. Um messbare Hautvorteile zu erzielen, muss das Verhältnis der verschiedenen Ceramide im interkorneozytären Lipidkomplex nicht nachgebildet werden. Schon ein einzelnes Ceramid kann in einer Formulierung eine positive Wirkung entfalten. Die Wirksamkeit der fertigen Formulierung korreliert nicht zwangsläufig mit Menge oder Konzentration der Ceramide; sie hängt vom angestrebten Nutzen und von der Art der Formulierung ab. Für die Feuchtigkeitsversorgung ist ein durchdachter Ceramidkomplex jedoch wirksamer als ein einzelnes Ceramid und erleichtert dank einer geringeren Gesamteinsatzkonzentration zugleich die Formulierung.

Wie andere Sphingolipide gelten Ceramide als notorisch schwierig zu verarbeiten – je nach Kettenlänge der Fettsäure mehr oder weniger stark. Sie sind wasserunlöslich und nur teilweise öllöslich und müssen daher in der Regel bei erhöhter Temperatur eingearbeitet werden. Selbst dann neigen sie zum Rekristallisieren und Ausfallen. Deshalb ist häufig eine Vorformulierung erforderlich. Da Ceramide von Natur aus lamellare Systeme bilden, erleichtert ihre Einbindung in multilamellare Strukturen die Formulierung und beugt der Rekristallisation vor. Das ist umso wichtiger, als Rekristallisation die Wirksamkeit der Ceramide nach dem Auftragen auf die Haut beeinträchtigt, da sie ihre Bioverfügbarkeit verringert. Zudem erfordert die Formulierung mit Ceramiden die Kombination mit geeigneten Lösungsvermittlern und Emollients. Verkapselungssysteme, insbesondere für kurzkettige Ceramide, bieten eine weitere Möglichkeit, die Formulierung zu erleichtern – bis hin zur Kaltverarbeitung. Dies steigert die Wirksamkeit, indem der Transport in die Haut gefördert und so die biologische Aktivität verbessert wird.

Damit die Haut Ceramide erkennen und richtig verwerten kann, ist die Stereochemie von zentraler Bedeutung. Diese Moleküle können verschiedene stereochemische Konformationen einnehmen, doch nur rechtsdrehende Konformationen kommen natürlicherweise in der Haut vor. Ebenso weisen die meisten Sphingoidbasen der Haut nur eine Doppelbindung auf, während beispielsweise pflanzliche Ceramide in der Regel zusätzliche Doppelbindungen besitzen. Das Konzept biomimetischer oder „hautidentischer“ Ceramide ist daher grundlegend, denn eine abweichende Konformation führt zu einer verminderten, mitunter deutlich verminderten biologischen Aktivität.

Weitaus vielfältiger und biologisch aktiver, als es ihr Einsatz zur Feuchtigkeitsversorgung vermuten lässt, bestätigen Ceramide eindeutig ihren Status als Hero-Ingredients. Für die Unterstützung der Hautbarriere sind sie unverzichtbar, doch es wäre zu kurz gegriffen, sie auf diese kosmetischen Vorteile zu beschränken. Anti-Aging-Produkte, glättende Pflege, Haarreparatur, Kopfhautpflege, Beruhigung empfindlicher und reaktiver Haut sowie Skin Longevity: Das Spektrum möglicher Vorteile – und damit verbundener Claims – ist breit. Die intensive Forschung rund um Ceramide wird zweifellos zu einem besseren Verständnis ihrer biologischen Rollen, zu neuen Anwendungen und vielleicht sogar zur Entdeckung neuer Ceramide führen.