Toward Milder Personal Care Cleansing Products: Fast ex vivo Screening of Irritating Effects of Surfactants on Skin Using Raman Microscopy Translated title: Zu milderen Körperpflegeprodukten: Schnelles Ex-vivo-Screening auf Reizwirkungen von Tensiden auf der Haut mithilfe der Raman-Mikroskopie

Abstract

We report a novel Raman technique that allows fast and reliable ex vivo assessment of the irritability of personal care cleansing products to the skin in terms of the molecular-level effects such as retention of water by corneocytes, change in the packing order and content of intercellular lipids, and the structure of keratin. We test this technique for the single surfactants (dodecyl glucoside, sodium dodecyl sulfate, sodium cocoyl glycinate, lauramidopropyl betaine) that are typically used in personal care, as well as on three types of commercial soap bars (“superfat”, “syndet”, and “combar”). We find that soaking of the skin for prolonged time in pure water can cause unfolding of keratin, which is commonly considered as a signature of “harshness” when dealing with the surfactant formulations. Moreover, molecular-level signatures of irritability of the test surfactants and soaps at brief (10 min) exposure times do not follow the trend expected from their critical micelle concentrations (CMC) and collagen swelling. In particular, dodecyl glucoside has positive impact on the barrier properties of the stratum corneum (SC) and apparent detergency properties (solubilizes lipids without affecting their packing order). We also find that two qualitatively different soap bars (“superfat” and “syndet”) are similarly mild under the conditions studied, while the “combar” soap has detergency properties. These results demonstrate that to improve methodology of predicting irritability of a surfactant-based formulation, we need to study more systematically the molecular-level responses of the SC to exposure.

Kurzfassung

Wir berichten über eine neuartige Raman-Technik, die eine schnelle und zuverlässige Ex-vivo-Beurteilung der Hautreizung durch Reinigungsprodukte für Körperpflege erlaubt, insbesondere im Hinblick auf die Auswirkungen auf molekularer Ebene wie Wassereinlagerungen durch Korneozyten, Änderungen der Packungsordnung und des Gehalt an interzellularen Lipiden und die Struktur des Keratins. Wir untersuchen diese Technik sowohl für die einzelnen Tenside (Dodecylglucosid, Natriumdodecylsulfat, Natriumcocoylglycinat, Lauramidopropylbetain), die typischerweise in der Körperpflege verwendet werden, als auch für drei Typen handelsüblicher Seifen („superfat“-, „syndet“- und „combar“-Seife). Wir stellen fest, dass das Einweichen der Haut über einen längeren Zeitraum in reinem Wasser zur Entfaltung des Keratins führen kann, was häufig beim Umgang mit Tensidformulierungen als Rauigkeitszeichen angesehen wird. Darüber hinaus folgen bei kurzen Einwirkungszeiten (10 Minuten) die Reizfähigkeit der Testtenside und Seifen auf der molekularen Ebene nicht dem Trend, der aufgrund ihrer kritischen Mizellenbildungskonzentration (CMC) und Kollagenquellung erwartet wird. Insbesondere hat Dodecylglucosid einen positiven Einfluss auf die Barriereeigenschaften des Stratum Corneum (SC) und die offensichtlichen Detergenzeigenschaften (Es löst Lipide auf, ohne ihre Packungsordnung zu beeinflussen). Wir stellen auch fest, dass zwei qualitativ unterschiedliche Seifenstücke („Superfett“ und „Syndet“) unter den untersuchten Bedingungen ähnlich mild sind, während die „Combar“-Seife waschaktive Eigenschaften aufweist. Diese Ergebnisse zeigen, dass wir die molekularen Antworten des SC auf die Exposition systematischer untersuchen müssen, um die Methodik zur Vorhersage der Reizfähigkeit von tensid-basierten Formulierungen zu verbessern.