Impact of ceramides and penetration enhancers on the nanostructure of Stratum corneum lipid model membranes

Abstract

Das Stratum corneum (SC) bildet die schützende Penetrationsbarriere der menschlichen Haut. Dabei stellt die interzelluläre Lipidmatrix des SC die Hauptroute für penetrierende Stoffe dar und hat in den letzten Jahren außerordentliches Interesse ausgelöst. Die vorliegende Arbeit untersuchte den molekularen Wirkmechanismus zweier lipophiler Penetrationsenhancer unter Nutzung orientierter Lipidmodellmembranen mit einfacher Zusammensetzung. Außerdem wurde der Einfluss des Ceramid NP und eines künstlichen Ceramid EOS auf die Struktur von Modellmembranen studiert. Methodisch kamen die Neutronenstreuung zusammen mit spezifischer Deuterium-Markierung für die Strukturaufklärung der Modellmembranen zum Einsatz, sowie DSC und FT-Raman-Spektroskopie zur Untersuchung des thermotropen Phasenverhaltens der Lipide. Die experimentellen Befunde wurden durch zusätzliche Techniken wie Deuterium-NMR-Spektroskopie und Molecular Dynamcis (MD) Simulationen abgesichert.

The penetration barrier of mammalian skin resides in the Stratum corneum (SC). Since the intercellular SC lipid matrix represents the major pathway for drug penetration, this remarkable lamellar structure has increasingly attracted interest during recent years. The present work addressed the issue of elucidating the molecular mode of action of two lipophilic penetration enhancers, oleic acid and isopropyl myristate by using oriented SC lipid model membranes of simplistic composition. In addition, the impact of ceramide NP and an artificial CER[EOS] on the structure of the SC lipid model membranes was studied. Different methodological approaches were applied such as neutron diffraction combined with deuterium labelling for elucidating the membrane nanostructure, DSC and FT Raman spectroscopy for the investigation of the thermotropic phase behaviour of the lipids. The experimental findings were confirmed using additional techniques like 2H NMR spectroscopy and MD simulations.