Differentiële effecten van cafeïne
Uitgevoerd door het Dermatologische Instituut van de Universiteit van Lübeck, Duitsland
Differentiële effecten van cafeïne op de lengte van de haarschacht, de groei en reproductie van keratinocyten, en op de groeifactoren die de haarcyclus reguleren in mannelijke en vrouwelijke haarfollikels - in vitro*
Het hormoon testosteron speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van erfelijk bepaalde haaruitval, ofwel alopecia androgenetica. Testosteron wordt door een enzym (5-alpha reductase) omgezet in dihydrotestosteron (DHT). DHT kan het proces initiëren dat de groeifase van het haar verkort ten gevolge van een verminderd energieniveau wat vervolgens leidt tot haaruitval. Omdat de haarfollikels geleidelijk kleiner worden en in de loop van de tijd worden vernietigd, treedt kaalheid op.
Cafeïne is wereldwijd één van de meest bekende stimulerende stoffen, een stof die we onder andere in koffie aantreffen. Het stimulerende effect ontstaat vooral door de remmende werking op een enzym (fosfodiësterase), hetgeen leidt tot een verhoging van de energieboodschapper cAMP. Hierdoor wordt het energieniveau in de cellen verhoogd, wat de celgroei en reproductie stimuleert.
Eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat cafeïne het remmende effect van testosteron op de groei en de reproductie van keratinocyten, evenals op de groei van mannelijke haarfollikels neutraliseert.
Tijdens dit onderzoek werd het effect van cafeïne op de haarcyclus en de haarmatrix op een meer gedetailleerde wijze geanalyseerd. Daarnaast werd het effect geanalyseerd op het ontstaan van twee belangrijke factoren die de haargroei reguleren (transformatie van de groeifactor TGF-β2 en de op insuline gelijkende groeifactor IGF-1), evenals het effect van keratinocyten op de buitenste wortelschacht (ORSK = Outer Root Sheath Keratinocytes) die in menselijke haarfollikels werden geïsoleerd. Tevens werd onderzocht of er sprake was van verschil in het effect van cafeïne op mannelijke en vrouwelijke haarfollikels in aanwezigheid van testosteron.
Methode 1) Hair organ culture model (HOCM)
De effecten van cafeïne en testosteron op het haar werden geïllustreerd met behulp van het Hair Organ Culture Model (HOCM). Hiervoor werd haar uit de hoofdhuid verwijderd en vervolgens onder laboratoriumcondities gekweekt.
In vergelijking met een puur kweekmedium (controle) werd het effect van testosteron alleen en in combinatie met verschillende concentraties cafeïne onderzocht.
De in eerdere onderzoeken gebruikte concentraties cafeïne (0,005%, 0,001%) die de haargroei in de follikels in de aanwezigheid van testosteron stimuleerden, bleken ook nu succesvol. Vrouwelijke haarfollikels bleken gevoeliger voor cafeïne dan de mannelijke follikels (fig. 1). Om de vrouwelijke follikels in de aanwezigheid van testosteron te stimuleren, volstond dientengevolge een lagere dosis cafeïne (0,0005%).
De vorm van de haarfollikel en de fase in de haarcyclus (groei- of rustfase), evenals de celgroei en -reproductie (proliferatie) en het geprogrammeerde afsterven van de cel werden met behulp van contraststof gevisualiseerd. Cafeïne verhoogt de proliferatie van keratinocyten en fungeert als testosteron-antagonist.
Fig.1: Effect van testosteron en cafeïne op de groei van haarfollikels in vrouwelijke haarfollikels (HOCM).
Fig.2: Neutralisatie van het negatieve effect van testosteron op de groeisnelheid (anagene fase) in mannelijke haarfollikels door toediening van cafeïne.
De vorm van de haarfollikel en de fase in de haarcyclus (groei- of rustfase), evenals de celgroei en -reproductie (proliferatie) en het geprogrammeerde afsterven van de cel werden met behulp van contraststof gevisualiseerd. Cafeïne verhoogt de proliferatie van keratinocyten en fungeert als testosteron-antagonist.
Tevens werd aangetoond dat het negatieve effect van testosteron op de haarcyclus wordt geneutraliseerd door de mannelijke follikels cafeïne toe te dienen (fig. 2). Dit geldt in een bepaalde mate ook voor de vrouwelijke follikels.
Via een reactie met behulp van de respectievelijke antilichamen kon ook de onmiddellijke vorming van sleutelfactoren die de haargroei reguleren (TGF-β2 en IGF-1) worden waargenomen.
Methode 2) ORSK-Modell
De keratinocyten van de buitenste wortelschacht (ORSK = outer root sheath keratinocytes) werden met behulp van verschillende concentraties cafeïne gekweekt en vergeleken met toepassingen met groeistimulerende stoffen (positieve controle: IGF-1 en minoxidil) en groeiremmende stoffen (negatieve controle: tretinoïne), waarna de celproliferatie werd geanalyseerd (fig. 3).
Bij alle onderzochte concentraties cafeïne was na 24 uur, ten opzichte van de controlewaarde, sprake van een groeistimulerend effect op de ORSK. De positieve controles IGF-1 en minoxidil vertoonden een iets geringer stimulerend effect. Ten opzichte van de negatieve controle (tretinoïne) was geen enkel effect waarneembaar.
Fig.3: Het positieve effect van cafeïne op de celgroei in het ORSK-model.
Om het neutraliserende effect van cafeïne te onderzoeken, werd hetzelfde ORSK-model gebruikt. Met behulp van ORSK werden de effecten van stoffen die haaruitval in vivo veroorzaken (bijv. TGF-β2, anandamide) en ook het effect van cafeïne en bekende groeifactoren, zoals IGF-1 en KGF (keratinocytengroeifactor) onderzocht.
ORSK die met stoffen werden behandeld die haaruitval bevorderen, zoals TGF-β2 of anandamide, vertoonden tekenen van fysiologisch en pathologisch afsterven van de cellen. Echter, zodra deze zelfde cellen gedurende 48 uur vervolgens werden behandeld met groeistimulerende stoffen zoals cafeïne, IGF-1 of KGF, werd dit effect tenietgedaan. Bij toediening van een geringe dosis van 0,001% cafeïne werd al een aanzienlijk beschermend effect waargenomen.
In de buitenste (ORS) en binnenste wortelschacht (IRS) werd, nadat verschillende concentraties cafeïne werden toegediend, ten opzichte van de positieve controlewaarden (IGF-1, minoxidil) en negatieve controles (tretinoïne), de genexpressie van groeiregulerende factoren, zoals TGF-β2 en IGF-1 geverifieerd.
In de mannelijke haarfollikels verhoogde testosteron de expressie van de belangrijkste factoren die ervoor zorgen dat de follikel overgaat in de rustfase (bijv. TGF-β2). In aanwezigheid van cafeïne werd de vorming van voornoemde factoren gereduceerd tot het controleniveau. In vrouwelijke haarfollikels werd geen toename in de vorming van TGF-β2 onder invloed van testosteron waargenomen.
Ten opzichte van de controlewaarde zorgde testosteron voor een gereduceerde vorming van IGF-1 in mannelijke haarfollikels; een gecombineerde kweek met cafeïne stimuleerde daarentegen de vorming. In vrouwelijke haarfollikels was het effect van testosteron op de vorming van IGF-1 niet zo sterk. Echter, kweek met cafeïne bevorderde de vorming van IGF-1.
Resultaten
Uit het onderzoek blijkt dat cafeïne een groeistimulerend effect op zowel mannelijke als vrouwelijke haarfollikels heeft. Cafeïne stimuleert de groei van de haarfollikels, verlengt de groeifase (anageen) en stimuleert de groei en de reproductie van keratinocyten van de haarmatrix. Vrouwelijke haarfollikels blijken gevoeliger voor cafeïne te zijn dan de mannelijke tegenhanger.
Het effect van cafeïne op bepaalde haargroeifactoren werd aangetoond: cafeïne stimuleert de vorming van de groeifactor IGF-1 en remt de vorming van de factor TGF-β2 die verantwoordelijk voor het feit dat de follikel in de rustfase gaat.
Cafeïne zorgt ervoor dat door testosteron veroorzaakte factoren die haaruitval in de mannelijke haarfollikels bevorderen, zoals de aanwezigheid van TGF-β2, worden geneutraliseerd. De aanwezigheid van TGF-β2 in vrouwelijke haarfollikels wordt niet door testosteron veroorzaakt, maar wordt wel verminderd door cafeïne. Bij beide seksen werd de vorming van de haargroeifactor IGF-1 versterkt door de toediening van cafeïne. Deze effecten werden zowel in het HOCM- als in het ORSM-model waargenomen.
Samenvatting
De resultaten van deze in-vitro-onderzoeken geven blijk van de belangrijke rol die cafeïne speelt op het moleculair, cellulair en haarorganisch niveau bij de complexe groei van menselijk haar. Ze bewijzen dat cafeïne over haargroeistimulerende en haarfollikelbeschermende eigenschappen voor de beide seksen beschikt.