Die allergische Kontaktdermatitis ist ein weit verbreitetes Krankheitsbild, das durch eine T-Zell-vermittelte Hypersensibilitätsreaktion vom Spättyp (Typ IV) ausgelöst wird und insbesondere im Bereich der Berufserkrankungen eine große Rolle spielt. Seit 2013 sind innerhalb der EU Tierversuche zur Untersuchung des Sensibilisierungspotenzials neuartiger Substanzen verboten. Obwohl es bereits Testmöglichkeiten für einzelne Schlüsselereignisse der Hautsensibilisierung gibt, ist deren Aussage limitiert. Somit besteht ein zunehmendes Bedürfnis nach sogenannten integrated testing strategies, die alle relevanten Schritte der Sensibilisierung adäquat abbilden. In-vitro Modelle stellen eine vielversprechende Alternative zu Tierversuchen dar, allerdings scheinen Epidermismodelle, welche aktuell vermehrt zur Forschung und Testung herangezogen werden, für einige Metallallergene nicht geeignet zu sein. Dies stellt in Frage, ob Epidermismodelle überhaupt als Basis für ein verlässliches Testsystem von Kontaktallergenen betrachtet werden können. In dieser Arbeit wurden Epidermis- und Vollhautmodelle sowie zelluläre Testsysteme auf ihr entzündungsförderndes Verhalten gegenüber Kontaktallergenen untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen auf, dass Epidermismodelle aufgrund von TLR4-Defizienz der Keratinozyten keine proinflammatorische Reaktion gegenüber TLR4-abhängigen Kontaktallergenen wie Nickel oder Cobalt zeigen. Im Gegensatz dazu konnten in dermalen Fibroblasten große Mengen an TLR4 mRNA bestimmt werden. Vollhautmodelle, welche in der dermalen Schicht TLR4-positive Fibroblasten enthalten, exprimierten dementsprechend auch große Mengen an IL-8 nach Stimulation mit den Metallallergenen. Auch gegenüber dem Inflammasomaktivator Nigericin scheinen Epidermismodelle resistent zu sein. Diese Daten unterstützen die Hypothese, dass das relevanteste Inflammasom NLRP3 in der Epidermis nicht ausreichend exprimiert ist, wodurch die IL-1β-Ausschüttung nach Stimulation unterbleibt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Vollhautmodelle oder andere Ko-Kulturmodelle mit dendritischen Zellen für verlässliche Aussagen über kontaktallergisches Potential gegenüber Epidermismodellen bevorzugt werden sollten, da für die Sensibilisierung notwendige pattern recognition receptors in Keratinozyten nicht ausreichend exprimiert werden. / Allergic contact dermatitis is a widespread condition that is triggered by a T cell-mediated delayed type (type IV) hypersensitivity reaction and plays an important role in occupational diseases. Since 2013 animal testing for the investigation of the sensitization potential of new substances is prohibited within the EU. Although testing possibilities for key events of skin sensitization are already available, their validity is limited. Therefore, there is an increasing need for so-called integrated testing strategies that adequately represent all relevant steps of sensitization. In-vitro models seem to be a promising alternative to animal testing. However, epidermal models, which are currently mainly used for research and testing, appear to be inappropriate for some metal allergens. This challenges the view that epidermal models can serve as a basis for a reliable test system of contact allergens. In this thesis, epidermal and full-thickness skin models as well as cellular test systems were examined for their proinflammatory response to contact allergens. Our data indicate that epidermal models fail to show a proinflammatory response to TLR4-dependent contact allergens such as nickel or cobalt due to the lack of functional TLR4 expression in keratinocytes. In contrast, large amounts of TLR4 mRNA could be determined in dermal fibroblasts. Full-thickness skin models, which contain TLR4-positive fibroblasts in the dermal compartment, accordingly also released large amounts of IL-8 after stimulation with the metal allergens. Epidermal models also seem to be resistant to the inflammasome activator nigericin. These data support the hypothesis that the most relevant inflammasome NLRP3 is not sufficiently expressed in the epidermis, which may explain the lack of substantial IL-1β release after stimulation. These results suggest that full-thickness skin models or other co-culture models with dendritic cells are preferable for reliable ACD testing compared to epidermal models, as the pattern recognition receptors necessary for sensitization are not sufficiently expressed in keratinocytes.

Eine Kontaktallergie wird durch wiederholte Exposition der Haut gegenüber bestimmten Chemikalien ausgelöst. Bei etwa einem Fünftel der europäischen Bevölkerung kann eine Kontaktallergie gegenüber mindestens einer Substanz nachgewiesen werden. Es besteht daher ein hoher Informationsbedarf über das kontaktallergene Potential von Chemikalien, die in Alltags- und Industrieprodukten eingesetzt werden. Regulatorische Maßnahmen der Europäischen Union, wie die REACH-Verordnung und die EU-Kosmetikrichtlinie, gebieten ein mögliches Ersetzen von Tierversuchen durch andere adäquate Möglichkeiten und verbieten bei Kosmetikerzeugnissen die Anwendung von Tierversuchen komplett. Es existieren bereits einige von der OECD-validierte in vitro-Testsysteme zur Reduktion von Tierversuchen. Jedoch wird in diesen nicht mit primären Zellen gearbeitet. Auch ist bisher kein Kombinations-Assay aus Immunzellen und anderen Zellarten von der OECD validiert. Insbesondere im Hinblick auf die Übertragbarkeit der Ergebnisse für in-vivo Verhältnisse, sowie für die Grundlagenforschung der Pathomechanismen bestimmter Kontaktallergene ist die Kombinationskultur von primären Immunzellen mit anderen Hautkomponenten, wie der Epidermis, von Interesse. In dieser Arbeit erfolgte der Aufbau eines Kokulturmodells aus humanen dendritischen Zellen mit Hautkomponenten, insbesondere dem Epidermismodell. Mit diesen Testmodellen konnten die Kontaktallergene Eugenol, DNCB und Nickel an der Kokultur aus Epidermismodell und dendritischen Zellen getestet werden. Als Auswertung sind die dendritischen Zellen auf den Oberflächenmarker CD86 und die Epidermismodelle anhand von MTT Tests untersucht worden. Insbesondere das Metallallergen Nickel, was in den von der OECD-validierten Testsystemen häufig als falsch negativ eingestuft wird, wurde von der Kokultur erfolgreich als Kontaktallergen identifiziert. Ebenso erfolgte mit Erfolg die probeweise Einbettung und Herauslösung von dendritischen Zellen in Kollagen, sowie die Kokultur mit anderen Hautzellen wie Fibroblasten. Dies geschah als Vorbereitung für die Integration der DZ in Vollhautmodelle mit einer dermalen kollagenen Matrixkomponente, welche auch Fibroblasen beinhaltet. / Allergic contact dermatitis is caused by repeated skin exposition to certain chemicals. In one-fifth of the European population allergic contact dermatitis to at least one chemical can be detected. This demonstrates the high need for information about the potential of chemicals to cause allergic contact dermatitis, especially in products that are used on a daily basis. Regulatory legislative measures from the European Union such as the REACH-Regulation or the EU Cosmetic Directive demand to replace animal testing with other adequate testing methods. For cosmetic products the use of animal testing is completely prohibited. There exist already a few from the OECD-validated in-vitro test systems that are used for the reduction of animal testing. However, there doesn´t exist a test system where primary cells are being used. Neither is there a combination assay of immune cells and other cell types validated by the OECD. Especially in concern of the better transferability to in-vivo conditions of the assay, as well as fundamental research aspects to learn more of the pathomechanisms of certain allergens the combination of primary immune cells and other skin components like the epidermis is of great interest. In this piece of work a co-culture model of human dendritic cells together with the epidermis model was developed. These co-cultures models of dendritic cells and epidermis model were used as a test system. The contact allergens Eugenol, DNCB, and nickel were applied. For evaluation of the dendritic cells CD86 as a surface marker was used. The epidermal models were evaluated by MTT tests. Especially the contact allergen nickel, which in the OECD-validated test systems has often proven to be false negative, could be successfully identified as a contact allergen in these co cultures. Furthermore, dendritic cells were integrated into collagen and afterwards again dissolved and analyzed. Dendritic cells were also co-cultured with other full-thickness skin components such as fibroblasts and keratinocytes to evaluate the reaction of dendritic cells to allogeneic materials. These experiments are a preparation to take the next step for the integration of dendritic cells into full-thickness skin models with a dermal component.

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