Definition und Lage
Keratinozyten sind der Hauptzelltyp der Epidermis, der äußersten Schicht der Haut, und machen dort etwa 90 Prozent der Zellen aus. Sie haben ihren Ursprung in der tiefsten Schicht der Epidermis, dem Stratum basale, und wandern bis zur letzten Barriereschicht der Haut, dem Stratum corneum. Dort finden sich Keratinozyten als kernlose, flache und stark verhornte Plattenepithelzellen (Eckert und Rorke, 1989).
Differenzierung der Keratinozyten
Keratinozyten proliferieren in der Basalschicht der Epidermis und beginnen auf ihrem Weg an die Oberfläche, sich allmählich zu differenzieren. Während dieses Prozesses verändern sie ihre Morphologie tiefgreifend und beginnen, Keratin, Zytokine, Wachstumsfaktoren, Interleukine und Komplementfaktoren zu produzieren. Die Differenzierung der Keratinozyten wird durch verschiedene Faktoren sowie durch epigenetische Regulationsmechanismen reguliert (Lee, 2015).
Funktion
Keratinozyten sind hoch spezialisiert. Sie spielen eine wesentliche Rolle beim Schutz, da sie eine dichte Barriere bilden, die das Eindringen von Fremdstoffen in den Körper verhindert und gleichzeitig den Verlust von Feuchtigkeit, Wärme und anderen Bestandteilen minimiert. Diese Zellen haben auch eine strukturelle Rolle, indem sie enge Verbindungen mit den anderen Zellen in der Epidermis bilden und diese an ihrem Platz halten. Außerdem fungieren Keratinozyten als Immunmodulatoren nach Hautverletzungen.
Anwendungen
- Keratinozyten-Zellkultur
Die Kultivierung menschlicher Keratinozyten in Monolayerkultur wurde erstmals vor mehr als 30 Jahren von Rheinwald und Green beschrieben. Seitdem wurden zahlreiche Fortschritte in der Kultivierung von humanen Keratinozyten gemacht, die sowohl in zweidimensionaler als auch in dreidimensionaler Kultur kultiviert werden können (Rasmussen et al., 2013). Normale humane epidermale Keratinozyten (NHEK) können aus jugendlicher Vorhaut oder aus erwachsenem normalem menschlichem Gewebe von verschiedenen Stellen isoliert werden, einschließlich Gesicht, Brust, Bauch und Oberschenkel. Für Forschungszwecke können NHEK von Einzelspendern oder gepoolten Spendern verwendet werden. Die optimale Kalziumkonzentration in der Kultur ist wichtig, um die besten Bedingungen sowohl für die Proliferation als auch für die Differenzierung der Keratinozyten zu gewährleisten. - Charakterisierung
In jedem Stadium der Differenzierung exprimieren die Keratinozyten spezifische Keratine, aber auch andere Marker wie Involucrin, Loricrin, Transglutaminase, Filaggrin und Caspase 14. - Forschungsanwendungen
Keratinozyten können in vielen Anwendungen eingesetzt werden, wie z.B. Studien zur epidermalen Entwicklung und Differenzierung, Studien zur Medikamentenaufnahme, pharmazeutische Tests, kosmetische und toxikologische Tests und Studien zur Hautalterung. Sie werden auch in der dermatologischen Forschung, der Wundheilungsforschung und der Krebsforschung eingesetzt.
Interaktionen mit anderen Zellen in der Haut
- Keratinozyten und Fibroblasten
Der Cross-Talk zwischen Keratinozyten und Fibroblasten ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Hauthomöostase und für einen ausgewogenen Wundheilungsprozess (Wojtowicz, 2014). Diese beiden Zelltypen kommunizieren über parakrine Signalmechanismen. Eine Störung dieses Cross-Talks kann zu chronischen Wunden führen. - Keratinozyten und Melanozyten
Das Zusammenspiel von Keratinozyten und Melanozyten ist ebenfalls entscheidend für die Homöostase der Epidermis. Melanozyten produzieren Melanin, das UV-Wellen absorbiert und DNA-Schäden an den Keratinozyten verhindert. Keratinozyten wiederum stimulieren Melanozytenfunktionen wie Proliferation, Differenzierung und Melanogenese (Hirobe, 2014). - Keratinozyten und andere Zellen
Keratinozyten haben immunmodulatorische Funktionen, die mit Lymphozyten und Langerhanszellen in der Haut interagieren.
Rolle bei Wundheilung und Entzündung
- Keratinozyten in der Wundheilung
Keratinozyten sind für die Wiederherstellung der Epidermis nach Verletzungen verantwortlich (Pastar et al., 2014). Dieser Prozess, Reepithelisierung genannt, ist notwendig für einen erfolgreichen Wundverschluss. Wenn die Haut verletzt wird, werden Keratinozyten aktiviert und wandern zur Wunde, wo sie zu proliferieren beginnen, um den Defekt zu füllen. Während der Wundheilung sind die Interaktionen zwischen Keratinozyten, Fibroblasten und Immunzellen entscheidend für einen erfolgreichen Heilungsprozess. Eine gestörte Keratinozytenfunktion führt zu Wundheilungsdefekten und zu chronischen Wunden. - Keratinozyten in der Entzündung
Wenn die epidermale Barriere verletzt wird oder wenn Krankheitserreger in die Haut eindringen, wird eine Entzündungsreaktion ausgelöst. Keratinozyten nehmen aktiv an diesem Prozess teil, da sie Zytokine exprimieren, die positive oder negative Signale an Immunzellen weiterleiten.
Keratinozyten spielen auch eine Rolle bei verschiedenen allergischen Hauterkrankungen (Albanesi et al, 2010) und bei chronisch entzündlichen Erkrankungen wie Psoriasis, da sie dendritische Zellen und Leukozyten rekrutieren und aktivieren können (Albanesi et al., 2018).
Keratinozyten von PromoCell
Die In-vitro-Kultur von humanen Hautzellen ist ein wesentliches Forschungsinstrument, das häufig für die Untersuchung der dermalen Toxizität, pharmakologische Tests und die Gewebereparatur verwendet wird. Wir bieten ein umfassendes Portfolio an primären humanen Hautzellen, einschließlich Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und Haarfollikelzellen, um diese Forschungsanwendungen zu unterstützen.
Primäre normale humane epidermale Keratinozyten sind von einzelnen oder gepoolten Spendern erhältlich, die aus der Epidermis der jugendlichen Vorhaut oder der Haut von Erwachsenen an verschiedenen Stellen wie dem Gesicht, der Brust, dem Bauch und den Oberschenkeln isoliert wurden. Sie sind der wichtigste Zelltyp in der Epidermis und machen etwa 90 % der Zellen aus. Zusätzliche Spenderinformationen wie Alter, Geschlecht und Hautpigmentierung sind für jede produzierte Charge verfügbar.
Zusätzlich zur zelltypspezifischen Markeranalyse wird jede produzierte Charge durch mehrfache Passagen bis zu 15 Populationsverdoppelungen (PD) unter Kulturbedingungen ohne Antibiotika und Antimykotika auf ihre Wachstumsleistung getestet. Darüber hinaus wurden alle Zellen auf die Abwesenheit von HIV-1, HIV-2, HBV, HCV, HTLV-1, HTLV-2 und mikrobiellen Kontaminationen (Pilze, Bakterien und Mykoplasmen) getestet.