亜毒性レベルの暴露でのヒトの原発性ケラチノサイトに対するラウリル硫酸ナトリウムの刺激効果

潜在的に皮膚刺激を引き起こす可能性のある化学物質は、動物モデルまたは細胞生存率またはサイトカイン発現のin vitroアッセイで通常テストされます。ただし、これらの方法は常に翻訳可能な結果を提供するわけではなく、亜毒性の検出に十分な感度ではありません。ここでは、亜毒性レベルでの化学物質の安全性評価のための新しいエンドポイントとしてケラチノサイトの機械的特性を紹介します。ヒトの原発性ケラチノサイトは、さまざまな濃度のラウリル硫酸ナトリウム（SLS）で処理され、その生物学的特性（増殖、膜の完全性、炎症反応、および形態）が観察されました。それらの生体力学的および幾何学的パラメーター（剛性と表面粗さ）も原子間力顕微鏡で調査されました。ケラチノサイトの形態生理学的変化と炎症反応は、25μm以上のSLSで有意でした。角化細胞は、F-アクチンフィラメントとα-チューブリンの分布の変化により、硬くなりませんでした。これらの変化は、低用量のSLS（10μm以下）でも有意でした。ケラチノサイトの形態生理学的変化は、比較的高用量のSLSで明確に見られましたが、ケラチノサイトの機械的特性は低用量でSLSに対して直線的に反応しました。したがって、機械的特性の変化は、ケラチノサイトによるin vitro毒性試験の新しいエンドポイントとして使用できます。

Chemical agents that can potentially cause skin irritation are typically tested in animal models or in vitro assays of cell viability or cytokine expression. However, these methods do not always provide translatable results and are not sufficiently sensitive for subtoxicity detection. Here, we introduce the mechanical properties of keratinocytes as novel endpoints for the safety assessment of chemical agents at the subtoxicity level. Human primary keratinocytes were treated with various concentrations of sodium lauryl sulfate (SLS) and their biological properties (proliferation, membrane integrity, inflammatory response, and morphology) were observed. Their biomechanical and geometrical parameters (stiffness and surface roughness) were also investigated by atomic force microscopy. Keratinocyte morphophysiological changes and inflammatory responses were significant at ≥25 μM SLS. The keratinocytes became less stiff due to changes in the distribution of F-actin filaments and α-tubulin; these changes were significant even at lower doses of SLS (≤10 μM). The morphophysiological changes of keratinocytes were clearly seen at a relatively high dose of SLS, while the mechanical properties of keratinocytes responded linearly to SLS at lower doses. Therefore, changes in mechanical properties can be used as new endpoints for in vitro toxicity testing with keratinocytes.