Kosmetika: Können Konservierungsmittel das Hautmikrobiom beeinflussen?

Das Hautmikrobiom bezeichnet die Gesamtheit der auf der Hautoberfläche lebenden Mikroorganismen. Seine Zusammensetzung variiert je nach Körperregion, Alter, Geschlecht, hormonellem Kontext oder Umwelteinflüssen. Im Laufe des Lebens stellt jeder Körperbereich somit ein eigenes Ökosystem dar. Dieses mikrobielle Gefüge übernimmt unterschiedliche Funktionen. Es trägt nämlich zur Aufrechterhaltung der Hautbarriere, zum reibungslosen Funktionieren des Immunsystems und zu einer optimalen Wundheilung. Im Gegensatz dazu ist ein aus dem Gleichgewicht geratenes Mikrobiom – ein als Dysbiose bezeichnetes Phänomen – mit verschiedenen Dermatosen assoziiert, wie Akne, Ekzem oder Rosazea.

Die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des Hautmikrobioms ist daher unerlässlich für eine gesunde Haut.

In diesem Zusammenhang tauchen einige Fragen hinsichtlich der potenziellen Auswirkungen der Konservierungsmittel für Kosmetika auf das Gleichgewicht des Hautmikrobioms. Diese Moleküle sind unverzichtbar, um die mikrobiologische Sicherheit der Produkte zu gewährleisten, indem sie die Vermehrung von Bakterien und Hefen verhindern, die die Formulierung beeinträchtigen oder ein Risiko für den Anwender darstellen könnten. Ihre antimikrobielle Aktivität wirft jedoch die Hypothese einer Wechselwirkung mit den natürlicherweise auf der Hautoberfläche vorhandenen Mikroorganismen auf.

Mehrere Untersuchungen in vitro haben versucht, die Auswirkungen von Konservierungsmitteln auf Hautmikroorganismen zu bewerten. Eine Studie befasste sich insbesondere mit elf in der Kosmetik häufig verwendeten Konservierungsmitteln, die an Cutibacterium acnes, Staphylococcus epidermidis und Staphylococcus aureus mithilfe von 3D-Hautmodellen und mikrobiologischen Kulturen. Die Ergebnisse zeigen, dass bestimmte Kombinationen von Konservierungsmitteln eine artenabhängige Hemmung : mehrere Kombinationen reduzieren das Wachstum von S. aureus, einem häufig mit Hautdysbalancen assoziierten Bakterium, und erhalten dabei S. epidermidis, das als förderlich für das Hautökosystem gilt, und moderater moduliert C. acnes.

Die Studie berichtet außerdem für bestimmte Konservierungssysteme von einer Erhöhung der HDAC3-Expression, einem Enzym, das an der Regulation entzündlicher Reaktionen und der Hauthomöostase beteiligt ist und indirekt positive biologische Effekte über die alleinige antimikrobielle Aktivität hinaus widerspiegeln könnte.

Im Anschluss an diese Ergebnisse haben sich weitere Studien in vitro besonders mit der Wirkung von Konservierungsmitteln in leave-on-Kosmetika auf Staphylococcus epidermidis, das eine wichtige Rolle im Hautmikrobiom spielt. Die von CUI und seinem Team durchgeführte Studie analysierte 77 bakterielle Isolate, die von der Haut von 46 gesunden Probanden gewonnen wurden, um die Empfindlichkeit verschiedener Stämme gegenüber neun in der Kosmetik häufig eingesetzten Konservierungsmitteln zu bewerten. Die Forscher bestimmten die minimale Hemmkonzentration (MHK), die Konzentration zur Verhinderung der Entstehung resistenter Mutanten (MPC) sowie die bakterizide Kinetik dieser Substanzen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die in kosmetischen Produkten zulässigen Höchstdosen für mehrere Konservierungsmittel, insbesondere 2‐Bromo‐2‐nitro‐1,3‐propanediol, Ethyl‐4‐hydroxybenzoat, Hexadecyltrimethylammoniumbromid und Imidazolidinylharnstoff, die zur Hemmung des Wachstums von S. epidermidis erforderlichen Konzentrationen bei Weitem übersteigen und sogar ausreichen, um die Entstehung von Mutanten zu verhindern. Auf diesen Niveaus haben einige Konservierungsmittel zudem eine schnelle bakterizide Aktivität gezeigt, die in Experimenten in weniger als einer Stunde selbst hohe Bakterienlasten vollständig eliminiert.

Diese Befunde deuten darauf hin, dass bestimmte Konservierungsstoffe theoretisch die Population kommensaler Bakterien reduzieren und somit das Gleichgewicht des Hautmikrobioms stören könnten.

Jedoch spiegeln die erzielten Ergebnisse in vitro nicht immer die tatsächlichen Anwendungsbedingungen kosmetischer Produkte wider.

Mehrere Studien in vivodeuten tatsächlich darauf hin, dass die in vollständige Formulierungen integrierten Konservierungsstoffe trotz ihrer im Labor nachgewiesenen antimikrobiellen Aktivität bei normaler Anwendung keine Störung des Hautmikrobioms verursachen. Eine Studie in vivo hat dabei die Auswirkungen von vier kosmetischen Formulierungen mit gängigen Konservierungssystemen (A, B, C und D) bei gesunden erwachsenen Frauen untersucht. Proben des Hautmikrobioms am Bein wurden vor und nach der Produktanwendung entnommen und anschließend nach taxonomischen Kriterien und hinsichtlich der mikrobiellen Diversität analysiert. In allen Untersuchungen blieb die Flora dominiert von den Gattungen Staphylococcus, Cutibacterium und Corynebacterium, mit weiteren kommensalen Bakterien in variablen Anteilen.

Die Ergebnisse zeigen, dass nach der Anwendung der Produkte – sowohl abspülbarer als auch nicht abspülbarer Formulierungen – über einen Zeitraum von einem Tag bis zu fünf Wochen keine statistisch signifikante Veränderung in der Zusammensetzung oder Diversität des Mikrobioms beobachtet wurde.

Im Anschluss an diese Daten verglich eine weitere randomisierte, doppelblinde klinische Studie die Wirkung kosmetischer Produkte mit Konservierungsmitteln mit identischen Formulierungen ohne Konservierungsstoffe bei 26 Freiwilligen über drei Wochen. Die bakterielle Diversität und Abundanz wurden mittels 16S-rRNA-Sequenzierung analysiert, parallel zu klinischen Bewertungen durch 3D-Bildgebung. Wie erwartet blieb das Mikrobiom weiterhin von Haupttaxa wie Cutibacterium acnes, Corynebacterium und der Familie Neisseriaceae. Noch wichtiger war, dass die Anwendung der Formulierungen mit Konservierungsmitteln keine signifikante Veränderung des Hautmikrobioms bewirkte und keine mikrobielle Dysbiose hervorrief.

Diese Ergebnisse bestätigen, dass unter normalen Anwendungsbedingungen die Anwesenheit kosmetischer Konservierungsstoffe in einer Formulierung das Hautmikrobiom nicht stört.

Wie lassen sich die beobachteten Unterschiede zwischen Tests in vitro und Tests in vivo erklären?

Diese Unterschiede zwischen den Ergebnissen in vitro und in vivo lassen sich auf verschiedene Weise erklären. Im Labor werden die Mikroorganismen direkt den Konservierungsmitteln ausgesetzt, ohne die natürlichen Schutzmechanismen der Haut. Hingegen sind die Konservierungsmittel bei der kutanen Anwendung oft stärker verdünnt, ihre Kontaktzeit mit dem Mikrobiom ist begrenzt und ihre Wirksamkeit kann durch die Gesamtformulierung, das Sebum oder auch den pH-Wert der Haut.

Darüber hinaus verfügt das Hautmikrobiom über eine hohe Resilienz. Die Bakterien, die sich in den Haarfollikeln oder den Talgdrüsen können nach einer vorübergehenden Störung schnell wieder die Hautoberfläche besiedeln. Diese ökologische Dynamik trägt dazu bei, die Gesamtstabilität der mikrobiellen Gemeinschaft zu bewahren, selbst bei schwach persistierenden antimikrobiellen Wirkstoffen. Schließlich berücksichtigt die in vivo Bewertung Komplexität des Hautökosystems — Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Spezies, lokalen Immunantworten und der ständigen Erneuerung der Epidermis —, die in vereinfachten experimentellen Modellen fehlt.

All diese Faktoren erklären, warum die in vitro beobachtete antimikrobielle Aktivität bei normaler Anwendung kosmetischer Produkte mit Konservierungsmitteln nicht zu einer Dysbiose führt.

Das Fehlen von Konservierungsstoffen in einem kosmetischen Produkt ist nur unter bestimmten, präzise definierten Formulierungsbedingungen denkbar.

Mikroorganismen, die für Kontaminationen verantwortlich sind, benötigen Wasser, um sich zu vermehren. Daher können die anhydrischen Produkte oder solche, die ausschließlich eine ölhaltige Phase aufweisen, ohne Konservierungsmittel formuliert werden und behalten dennoch eine natürliche mikrobiologische Stabilität bei. Dies trifft auf zahlreiche Zubereitungen auf Basis von Pflanzenölen, Buttern oder Wachsen zu, deren wasserarmes Umfeld die mikrobielle Vermehrung begrenzt. Im Gegensatz dazu wird, sobald eine wässrige Phase vorhanden ist – wie bei Emulsionen, Gelen und Lotionen –, die Zugabe mindestens eines Konservierungssystems unerlässlich, um die Sicherheit der Anwendung zu gewährleisten.

Diese Notwendigkeit eines antimikrobiellen Schutzes wird auch in der wissenschaftlichen Literatur belegt. Eine Studie mit konservierungsmittelfreien Augentropfen zeigte, dass nach einigen Tagen Anwendung eine mikrobielle Kontamination auftreten kann, wobei potenziell pathogene Bakterien wie Staphylococcus aureus, Klebsiella oder Enterobacter. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass das Fehlen eines Konservierungsmittels, sofern es nicht durch eine angepasste Formulierung oder eine spezifische Verpackung ausgeglichen wird, das Produkt und damit den Anwender einem echten mikrobiologischen Risiko.

Schließlich hängt eine gute Haltbarkeit eines Kosmetikprodukts nicht nur von seiner Zusammensetzung ab: entscheidend ist, wie der Verbraucher es anwendet. Die Einhaltung der Verwendungsdauer nach dem Öffnen, die Lagerung in einer kühlen, trockenen und lichtgeschützten Umgebung sowie die Beobachtung von Aussehen, Geruch oder Konsistenz des Produkts tragen zur Vorbeugung von Kontaminationen bei.

• RAMAESH K. & al. Microbial contamination of preservative free eye drops in multiple application containers. British Journal of Ophtalmology (2006).

• HE C. & al. Effect of cosmetic chemical preservatives on resident flora isolated from healthy facial skin. Journal of Cosmetic Dermatology (2018).

• RINALDI F. & al. Effect of commonly used cosmetic preservatives on skin resident microflora dynamics. Scientific Reports (2021).

• CAMPBELL-LEE S. & al. In-vivo impact of common cosmetic preservative systems in full formulation on the skin microbiome. PLOS One (2021).

• GILLBRO J. M. & al. Randomized comparative double-blind study assessing the difference between topically applied microbiome supporting skincare versus conventional skincare on the facial microbiome in correlation to biophysical skin parameters. International Journal of Cosmetic Science (2022).

• CUI S. & al. Effect of leave-on cosmetic antimicrobial preservatives on healthy skin resident Staphylococcus epidermidis. Journal of Cosmetic Dermatology (2023).

• GILLBRO J. M. & al. Microbial dynamics: Assessing skincare regimens’ impact on the facial skin microbiome and skin health parameters. Microorganisms (2024).