Universität zu Köln

Zahlreiche Inhaltsstoffe in alltäglichen Kosmetika und Pflegeprodukten gelten als unbedenklich, obwohl ihre potenziellen toxikologischen Effekte, insbesondere im kardialen Kontext, bisher nicht ausreichend untersucht wurden. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss von Strontiumchlorid (SrCl2) und Kaliumcarbonat (K2CO3), zwei in Zahnpasta eingesetzten Ionenverbindunden, auf murine induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) und daraus abgeleitete Kardiomyozyten (iPSC-CMs) untersucht. Mittels Impedanz-basierter Echtzeitmessung (xCELLigence), Durchflusszytometrie (FACS), multielektrodenbasierter Elektrophysiologie (MEA), Immunfluoreszenz und quantitativer PCR (qRT-PCR) wurden zytotoxische, elektrophysiologische und molekulare Effekte analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass niedrige Konzentrationen beider Substanzen vorübergehend die iPSC-Proliferation steigerten, während höhere Konzentrationen signifikant zytotoxisch wirkten. FACS-Analysen belegten eine signifikante Zunahme toter iPSCs, insbesondere nach Exposition mit 3.15 mM SrCl2 und 3.2 mM K2CO3. Bei iPSC-CMs zeigte das Impedanzverfahren überdies eine konzentrationsabhängige Abnahme der Zell-Viabilität und Kontraktionsaktivität, insbesondere unter höheren K2CO3-Konzentrationen. Diese funktionellen Verluste traten ergänzend zu den MEA-basierten elektrophysiologischen Störungen auf. Speziell SrCl2 führte bei Konzentrationen > 1.6 mM zu deutlichen Änderungen der Feldpotenzialamplitude und der Schlagfrequenz. K2CO3 dagegen verursachte bei 3.2 mM eine ausgeprägtere Störung. Die beobachteten elektrophysiologischen Effekte sind konsistent mit bekannten Wirkmechanismen (z.B. Sr2+ als Ca2+-Analogen; K+-induzierte Depolarisationsblockade), konnten jedoch in dieser Studie nicht kausal nachgewiesen werden und bleiben hypothetisch. Auch auf molekularer Ebene wurden Veränderungen in der Genexpression beobachtet. SrCl2 führte zu einer initialen Reduktion Kardiomyozyten- spezifischer Gene (z.B. Mesp1, Mlc2v), die sich teils nach 72 h wieder normalisierte. K2CO3 hingegen bewirkte eine anhaltende Suppression struktureller und elektrophysiologischer Marker (z.B. Myh6, Scn5a, Kcnh2), was auf eine stärkere Beeinträchtigung kardialer Genprogramme hindeutet. Zusammenfassend zeigt die Studie, dass SrCl2 und K2CO3 dosisabhängige zelluläre Effekte auf Proliferation, Viabilität, Elektrophysiologie und Genexpression entfalten. Beide Substanzen wirken zytotoxisch in höheren Konzentrationen, jedoch wahrscheinlich über unterschiedliche Mechanismen. Basierend auf Plausibilität und Literaturvergleich entfaltet SrCl2 seine Wirkung vermutlich über gestörte Calcium-Signalwege, K2CO3 primär über Membrandepolarisation, wobei letzteres zu einem schnellen Funktionsverlust, SrCl2 zu einem progressiven Funktionsabbau, führt. Die Ergebnisse unterstreichen die Relevanz iPSC- und iPSC-CM basierter in vitro Modelle zur Erkennung potenzieller Kardio- und Zytotoxizität auch bei scheinbar unproblematischen Inhaltsstoffen. Weitere Studien mit human Zellen, Langzeitexpositionen sowie präklinische Validierung sind erforderlich, um das Risiko von SrCl2 und K2CO3 im Kontext realer Anwendungsszenarien sicher beurteilen zu können.

German