Fraunhofer ITEM Forscherinnen und Forscher in Hannover prüfen Aerosole aus erhitzten Haarprodukten; Tierversuchsfreie Vorab-Bewertung vor Markteinführung

Fraunhofer ITEM Forscherinnen und Forscher in Hannover prüfen Aerosole aus erhitzten Haarprodukten; Tierversuchsfreie Vorab-Bewertung vor Markteinführung

Haarstyling-Produkte tierversuchsfrei testen

Haarprodukte in Friseursalons setzen Aerosole frei, die beim Einatmen zu Atemwegsreizungen führen können. Im Industrieauftrag haben Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM die Wirkung von Aerosolen untersucht, die bei der Anwendung von erhitzten chemischen Produkten zur Haarbehandlung entstehen. Mit einer innovativen zellbasierten In-vitro-Inhalationsmethode sind die Forschenden in der Lage, respiratorische Effekte einzuschätzen und potenziell schädliche Substanzen zu identifizieren. Das tierversuchsfreie Verfahren unterstützt die sichere Produktentwicklung – ganz im Sinne des Safe-by-Design-Ansatzes, bei dem Sicherheit von Beginn an in die Produktentwicklung integriert wird.

Friseurinnen und Friseure sind bei ihrer täglichen Arbeit einatembaren Materialien wie chemischen Dämpfen oder feinsten Partikeln in der Luft ausgesetzt. Die Inhalation der Aerosole, die bei der Anwendung von Haarprodukten freigesetzt werden, kann unter Umständen das Wohlbefinden und die allgemeine Arbeitssicherheit beeinflussen. Doch bislang fehlten Methoden, um die gesundheitlichen Auswirkungen der Aerosole auf die Atemwege nachzuweisen. Welche Rolle spielt die Produktzusammensetzung? Hat die Art der Anwendung einen Einfluss auf etwaige gesundheitliche Risiken? Welche Auswirkung hat die Menge der freigesetzten Aerosole? All dies konnte mit den bislang verfügbaren Methoden nicht untersucht und aufgeklärt werden. Aufgrund von EU-Regularien dürfen für toxikologische Untersuchungen bei Kosmetika ausschließlich Methoden ohne Tierversuche angewandt werden. Daher sind für diese Zwecke alternative Methoden erforderlich. Eine solche Methode haben Forschende am Fraunhofer ITEM in Hannover mit einem zellbasierten In-vitro-Inhalationsansatz etabliert, mit dem sie der Industrie dabei helfen, Produkte sicher im Sinne von Safe-by-Design zu entwickeln und den regulatorischen Anforderungen gerecht zu werden.

Produkte noch vor der Markteinführung optimieren

Mithilfe der In-vitro-Inhalationsmethode arbeiteten die Expertinnen und Experten im Industrieauftrag an der Aufklärung der respiratorischen Wirkungen von erhitzten chemischen Haarbehandlungsprodukten, die zur dauerhaften Glättung der Haare eingesetzt werden. Die feuchte Chemikalie wird dabei auf die Haarsträhnen aufgetragen und anschließend bei etwa 200 Grad Celsius mit einem Glätteisen über das Haar gezogen, wobei Aerosole freigesetzt werden, die möglicherweise Atemwegseffekte bei Friseurinnen und Friseuren auslösen können. Während einige Produkte in der Praxis ein höheres Potenzial für solche Effekte zeigten, konnte bislang kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Produkt und Anwendungsmethode hergestellt werden. Ziel der Studie war es, die respiratorischen Auswirkungen mit dem neuen Ansatz tierversuchsfrei besser zu verstehen, das Inhalationsrisiko von Aerosolen realitätsnah zu evaluieren und bestehende Produkte zu prüfen, um diese gegebenenfalls vor der Markteinführung zu optimieren.

Dr. Detlef Ritter, Wissenschaftler am Fraunhofer ITEM: »Mit der In-vitro-Inhalationsmethode lässt sich alles untersuchen, was man einatmen kann. Die Quelle spielt dabei keine Rolle. Das können Abgase, Nanopartikel, PFAS, oder eben auch Aerosole von kosmetischen Sprays oder Haarprodukten sein. Beispielsweise konnten wir in einem früheren Projekt bereits dazu beitragen, die Formulierung eines Raumsprays im Auftrag eines Kunden dahingehend zu verändern, dass es unschädlich für die menschliche Gesundheit ist. Wir waren in der Lage, eine ungünstige Komponente des Sprayprodukts zu identifizieren und auszutauschen.«

Inhalationsrisiko von Aerosolen realitätsnah mit menschlichen Lungenzellen evaluieren

In der Studie zu den chemischen Haarbehandlungsmitteln untersuchten Ritter und sein Team vier unterschiedliche Testmaterialien. Die Aerosole wurden durch Auftragen der Produkte auf Echthaarsträhnen erzeugt und unter optimierten Bedingungen durch Exposition menschlicher Lungenzellen mit dem patentierten P.R.I.T. ® ExpoCube ® -System beprobt und analysiert. Das am Fraunhofer ITEM entwickelte Expositionsgerät erlaubt die In-vitro-Testung flüchtiger Chemikalien oder Aerosole, die mit klassischen, sogenannten »submersen« Zellkulturmethoden, bei denen die Zellen von Kulturmedium überdeckt sind, nicht untersucht werden können. Die Lungenzellen werden dabei an der Phasengrenze zwischen Luft und Nährmedium kultiviert, genau wie im menschlichen Respirationstrakt. Über ein ausgeklügeltes System aus Mikropumpen, Heizelektronik, Aerosolleitungen und Sensoren ist man mit dem ExpoCube ® in der Lage, die Zellkulturen auf eine kontrollierte und reproduzierbare Weise an der Luft-Flüssigkeits-Grenze den verschiedenen Aerosolen auszusetzen – so wie es auch in der menschlichen Lunge geschieht.

In-vitro-Ergebnisse korrelieren mit Erfahrungen der Friseurinnen und Friseure

Mittels Dosis-Wirkungs-Tests wurden Zellviabilität (Zelllebensfähigkeit), mitochondriale Funktion, zellulärer Stress und die Freisetzung von Interleukin-8 als repräsentativer Marker für die körpereigene Entzündungsreaktion untersucht. Einige der vier Testmaterialien hatten beim realen Einsatz von Friseuren unspezifische Symptome wie leichtes Unwohlsein oder Kratzen im Hals ausgelöst. Andere Produkte wiederum führten nie zu einem Unbehagen. »Die Charakterisierung der Aerosole, die bei der Anwendung der vier Haarprodukte unter praxisnahen Bedingungen auf Echthaarsträhnen freigesetzt wurden, zeigte große Unterschiede bei den Aerosolbildungsraten und der Dosiswirkung. Die Zellviabilität und mitochondriale Funktion blieben unbeeinflusst, jedoch zeigten sich signifikante Unterschiede hinsichtlich zellulären Stresses und der Freisetzung von IL-8«, resümiert Ritter. »Entscheidend ist, dass unsere Testergebnisse hinsichtlich der Produktcharakteristika exakt mit den Angaben der Friseurinnen und Friseure korrelierten. Die In-vitro-Ergebnisse und die Beobachtungen unter realen Bedingungen stimmten überein«. Des Weiteren wies das Forscherteam nach, dass das Ausmaß der Aerosolfreisetzung zwar auch von der Anwendungsmethode abhängt, mit der die Haarsträhnen geglättet wurden (intensiver bei höherer Temperatur und vielen Strichen; gemäßigter bei niedrigerer Temperatur und wenigen Strichen), das verwendete Testmaterial jedoch den entscheidenden Faktor darstellte und den biologischen Effekt maßgeblich beeinflusste. »Das Ausmaß der Aerosolfreisetzung und der respiratorischen Wirkung wird insbesondere von den spezifischen Eigenschaften des Produkts, z. B. der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, geprägt«, so der Forscher.

Die Ergebnisse wurden mit einem sehr kompakten In-vitro-Modell erzielt, was die Möglichkeit für einen Routineeinsatz, die Integration in Strategien zur Produktentwicklung sowie eine weitergehende Nutzung in der toxikologischen Forschung eröffnet. Dieser Ansatz trägt maßgeblich dazu bei, die Verbesserung und Akzeptanz alternativer Methoden im Rahmen von Safe-by-Design-Konzepten und Strategien zur Sicherheitsbewertung voranzutreiben.

Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (item.fraunhofer.de)

Forschung Kompakt August 2026 - Haarstyling-Produkte tierversuchsfrei testen [ PDF 0,16 MB ]