Zusammenfassung
Die menschliche Hautoberfläche enthält beträchtliche Mengen unterschiedlicher Lipide. Sie werden entweder in tieferen Hautschichten synthetisiert und wandern im Zuge der Hautdifferenzierung/Desquamation nach oben (stratum corneum lipide), oder entstehen im Inneren von Talgdrüsen und werden auf der Hautoberfläche ausgeschieden. Zusammen kann die Gesamtheit aller Hautoberflächenlipide als Hautlipidom bezeichnet werden.
Ein besseres Verständnis der Variabilität von Hautoberflächenlipiden ist aus zweierlei Gründen das Ziel dieser Arbeit. Die erste Motivation ist ein besseres Verständnis der Hautbiologie an sich. Als wichtiger Bestandteil der Epidermis definieren Hautoberflächenlipide bestimmte Aspekte der Hautmikroanatomie und –physiologie und determinieren zentrale Hautparameter. Die zweite Motivation ist die Erlangung der Fähigkeit ein krankes Hautlipidom erkennen zu können. Dazu muss man wissen wie ein gesundes Hautlipidom variieren kann.
Die Zusammensetzung des Hautlipidomes unterliegt erheblichen Schwankungen. Lipide sind das Produkt mehrerer komplexer, miteinander verbundener Synthesewege des Stoffwechesl. Als solche können ihre Mengen auf Prozesse im menschlichen Körper reagieren. Lipidschwankungen können besonders ausgeprägt sein, wenn sie im Zuge einer Hautkrankheit, als ethologischer Faktor oder als Folge auftreten, und damit Barriereeigenschaften der Haut beeinflussen. Aber mutmaßlich gibt es auch einen Schwankungsbereich, der als physiologisch einzuordnen wäre.
Zur Vermessung der Hautlipidomzusammensetzung und –variabilität haben wir eine Technologie entwickelt und validiert, die der quantitativen, Hochdurchsatz-Shotgun-Massenspektrometire von Tape-stripping Oberhautproben basiert. Sie ermöglicht die Quantifizierung von 16 Lipidklassen bis runter auf Mengen individueller molekularer Lipidspezies, und ist dabei reproduzierbar und hochdurchsatzfähig.
Mit dieser Technologie haben wir die bis heute umfangreichste Hautlipidom-Studie unter Einbeziehung von 268 menschlicher Oberhautproben durchgeführt. Wir haben den Zusammenhang zwischen Tiefe der Probenentnahme und der Zusammensetzung der Hautlipide, die Lipidomvariabilität an 14 unterschiedlichen anatomischen Loci, sowie die Populationsvariabilität des Hautlipidoms innerhalb von 104 Probanden untersucht.:The physiological lipidome of human epidermis
Contents
Abbreviations III
Introduction 1
Architecture of the human shell 4
Measuring skin lipid composition 6
Skin sampling 6
Lipid extraction 9
Lipid identification 10
Lipid quantification 14
The design of this study 16
Material and methods 18
Method development and validation 18
Sampling development 18
Establishment of sample extraction and robotic handling 19
Establishment of mass spectrometric lipid identification 20
Establishment of lipid quantification 21
Skin lipidomic study 22
Sampling preparation 22
Standard sampling via tape stripping 23
Sampling via sequential tape-stripping 25
Lipid extraction 25
MS data acquisition 26
Lipid identification and data processing 27
Results 29
Method development and validation 29
Skin sampling via tape-stripping 29
Lipid extraction 31
Lipid identification 31
Lipid quantification 36
Skin lipidomic study results 38
Vertical skin surface lipid profile 38
Anatomical skin surface lipid variability 43
Inter-individual skin surface lipid variability 46
Discussion 50
Method development and validation 50
Skin sampling via tape-stripping 50
Lipid extraction 52
Lipid identification 53
Lipid quantification 55
Physiological lipid composition and variability 56
Lipidome variability vs sampling depth 56
Intra-individual lipidome variability 58
Inter-individual lipidome variability 59
General discussion 61
Conclusions 63
Abstract 66
Zusammenfassung 67
Literature 68
Acknowledgments 81
Anlage 1: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 83
Anlage 2: Gesetzliche Vorgaben 84 / The human skin surface contains considerable amounts of different lipids, both synthesized in deeper skin layers and migrating upwards (stratum corneum lipids), or generated in sebaceous glands and secreted on the skin surface (sebaceous lipids). Jointly the entirety of all skin surface lipids (SSLs) can be referred to as the skin lipidome.
The composition of the skin lipidome is known to vary considerably. Lipids are product of several complex synthesis pathways, interconnected with the body’s metabolism. As such, lipid amounts may vary in response to what is happening inside of us. Lipid variations can be most pronounced when occurring in skin disorders, either as etiological cause or as effect, causing altered skin barrier properties. But certainly there is a range of variation in SSL amount which could be described as physiological.
Attaining better knowledge of the physiological skin surface lipid variability is the purpose of this work for two main reasons. The first fundamental reason is to better understand skin biology. As major epidermis constituent, SSL composition and variability defines certain aspects of skin microanatomy, physiology and determines crucial skin properties. The second motivation is to acquire the ability to recognize what characterizes a sick skin lipidome. To this end, one must know how much a healthy skin lipidome can vary.
To assess skin lipidome composition and variability, we developed and validated a quantitative high-throughput shotgun mass spectrometry-based platform for lipid analysis of tape-stripped stratum corneum (SC) skin samples. It features coverage of 16 lipid classes; total quantification to the level of individual lipid molecules; high reproducibility and high-throughput capabilities.
With this method, we conducted the hitherto largest lipidomic survey of 268 human SC samples, where we investigated the relationship between sampling depth and lipid composition, lipidome variability in samples from 14 different sampling sites on the human body and finally, we assessed the impact of age and sex on lipidome variability in 104 healthy subjects.:The physiological lipidome of human epidermis
Contents
Abbreviations III
Introduction 1
Architecture of the human shell 4
Measuring skin lipid composition 6
Skin sampling 6
Lipid extraction 9
Lipid identification 10
Lipid quantification 14
The design of this study 16
Material and methods 18
Method development and validation 18
Sampling development 18
Establishment of sample extraction and robotic handling 19
Establishment of mass spectrometric lipid identification 20
Establishment of lipid quantification 21
Skin lipidomic study 22
Sampling preparation 22
Standard sampling via tape stripping 23
Sampling via sequential tape-stripping 25
Lipid extraction 25
MS data acquisition 26
Lipid identification and data processing 27
Results 29
Method development and validation 29
Skin sampling via tape-stripping 29
Lipid extraction 31
Lipid identification 31
Lipid quantification 36
Skin lipidomic study results 38
Vertical skin surface lipid profile 38
Anatomical skin surface lipid variability 43
Inter-individual skin surface lipid variability 46
Discussion 50
Method development and validation 50
Skin sampling via tape-stripping 50
Lipid extraction 52
Lipid identification 53
Lipid quantification 55
Physiological lipid composition and variability 56
Lipidome variability vs sampling depth 56
Intra-individual lipidome variability 58
Inter-individual lipidome variability 59
General discussion 61
Conclusions 63
Abstract 66
Zusammenfassung 67
Literature 68
Acknowledgments 81
Anlage 1: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 83
Anlage 2: Gesetzliche Vorgaben 84
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:33349 |
| Date | 27 February 2019 |
| Creators | Sadowski, Tomasz |
| Contributors | Simons, Kai, Meurer, Michael, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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