Damage assessment of human hair by electrophoretical analysis of hair proteins

Mitu, Alina Mihaela; Höcker, Hartwig

doi:HT014192134

Damage assessment of human hair by electrophoretical analysis of hair proteins

Mitu, Alina Mihaela (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Alina Mihaela Mitu

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangII, 143 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-09-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-9600
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62039/files/Mitu_Alina.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Haarbehandlung (Genormte SW) ; Haaranalyse (Genormte SW) ; Proteine (Genormte SW) ; Gelelektrophorese (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; keratin (frei) ; gel electrophoresis (frei) ; human hair (frei) ; cosmetic treatments (frei) ; cluster analysis (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Das Wissen um die Auswirkung kosmetischer Behandlungen auf Humanhaar ist von großer Bedeutung für die kosmetische Industrie und stellt die Basis dar, Schädigungen zu vermeiden und neue Produkte zu entwickeln. Die elektrophoretische Fraktionierung (SDS-PAGE) von Haarproteinen führt zu einem für Humanhaar spezifischen Proteintrennungsmuster, deren Bereiche sich den morphologischen Komponenten des Haarcortex zuordnen lassen. In der vorliegende Studie wird durch elektrophoretische Fraktionierung der Proteine aus dem Haarcortex zum einen der Zustand des Haares und zum anderen die Veränderungen der Haarproteine durch Kosmetische Prozesse aufgezeigt. Die verschiedenen kosmetischen Prozesse beeinflussen die Proteine der morphologischen Komponenten des Haares in spezifischer Weise. Diese Veränderungen zeigen sich als charakteristische Veränderungen im elektrophoretischen Proteintrennungsmuster. Unter standardisierten Bedingungen werden die Proteine des Haarcortex als S-Carbamidomethylierte Derivate extrahiert und einer SDS-PAGE unterworfen. Die Gele werden mit Coomassie Brilliant Blue R 250 gefärbt und densitometrisch vermessen. Die digitalisierten Densitogramme werden anschließend einer Clusteranalyse unterworfen, einer multivariaten statistischen Methode, die es ermöglicht Ähnlichkeiten zwischen den densitometrischen Profilen zu ermitteln. Die kosmetischen Behandlungen werden an kommerziellem, europäischen Mischhaar durchgeführt. Neben oxidativen und reduktiven Prozessen, in einfacher und mehrfacher Anwendung von variierender Dauer, sind dies auch formgebende Behandlungen wie die Wasserwelle. Gegenstand der Untersuchung sind auch der Einfluß von chlorhaltigem Wasser und Salzwasser, sowie Kombinationen verschiedener kosmetischen Behandlungen. Für ausgewählte Proben werden die Ergebnisse aus der elektrophoretischen Analyse mit denen traditioneller Methoden zur Bestimmung von Haarschädigungen verglichen, wie Aminosäureanalyse, Bündelzugfestigkeit und Differenz-Scanning-Calorimetrie Analyse. Eine differenzierte Analyse der Densitogrammbereiche, die den Intermediärfilamenten des Cortex bzw. den Keratin-assoziierten Proteinen zugeordnet werden, ermöglicht eine getrennte Beurteilung der Proteine dieser morphologischen-chemischen Komponenten und eine quantitative Bestimmung des Schädigungsgrades. Es wird eine Datenbank der charakteristischen elektrophoretischen Protein-Profile von mit kosmetischen Standardverfahren behandelten Haarproben erstellt. Diese wird anschließend dafür verwendet, die Auswirkung kosmetischer Behandlungen zu ermitteln. Es zeigt sich ein kumulativer Einfluß von UV-Bestrahlung und kosmetischen Behandlungen auf die Proteinveränderungen von Humanhaar. Die Möglichkeiten der entwickelten Methode werden bestätigt, durch den Wirksamkeitsnachweis verschiedener auf UV-Bestrahlung ausgesetzter Haarproben aufgetragener Sonnenschutzmittel.

The assessment of the damage induced by cosmetic processes on human hair is very important for the cosmetic industry, constituting the first step to prevent hair deterioration and to develop new products. The electrophoretical fractionation (SDS-PAGE) of hair proteins leads to a specific electrophoretical pattern, whose regions can be attributed to the morphological hair components. In the present study, assessing the status of human hair and its changes imparted by cosmetic processes is realised through gel-electrophoretical fractionation of hair proteins. The basis of the study is represented by the fact that all cosmetic processes influence the morphological components of the hair fibre and their proteins and that the modifications of the proteins are specific, a characteristic type and degree of damage being induced by each cosmetic treatment. Under standardised conditions the soluble proteins are extracted as S-carbamidomethylated derivatives, subjected to sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis and the resulting gels are stained with Coomassie Brilliant Blue R 250. The densitograms obtained by densitometric measurements of the stained gels are digitised and subjected to cluster analysis, a method of multivariate statistics able o identify the similarities between the digitised protein profiles. The cosmetic treatments are applied on a commercial, European mixed hair sample. Besides oxidative and reductive treatments, carried out as single and multiple treatments, at different treatment duration, styling procedures such as hot curling are performed. The influence of the contact with swimming pool and sea water is also investigated. Cumulative effects of cosmetic processes on hair proteins are studied applying combined cosmetic treatments. The results obtained using the analysis of the electrophoretical patterns for cosmetically treated samples are compared, for selected cases, with the results of traditional methods for assessing hair damage such as amino acid analysis, tensile strength measurements and differential scanning calorimetry. Cluster analysis performed separately for the keratin intermediate filament proteins and for the keratin-associated proteins allows the identification of the morphological components affected by a certain cosmetic treatment and the comparative evaluation of the induced damage degrees. A database of characteristic changes of the electrophoretical protein pattern is built by the analysis of hair samples subjected to standard cosmetic treatments, in conformity with the usage instructions. This database is subsequently used for evaluating the effects of any other non-standard cosmetic treatment on the morphological components of the hair fibre. UV-irradiation and cosmetic processes have cumulative influence on hair proteins. The enlargement of the application area for the developed method is suggested by the efficacy evaluation of a series of hair sunscreens applied on hair samples subjected to UV-irradiation.

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