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Die Entfernung von Tätowierungen mittels Rubinlasertherapie ist heute weit verbreitet, birgt allerdings gewisse Gesundheitsrisiken.
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Ein vergleichbares GC/MS-System mit MPS, TDU 2, PYRO und DHS nutzt das BfR in Berlin zur Analyse der durch Laserlicht fragmentierten Tätowierungstinte.

Laserbehandlung von Tattoos

Ganz schön giftig

Die Entfernung von Tätowierungen mittels Laser birgt gesundheitliche Risiken. Unter Einsatz der Pyrolyse-GC/MS konnten Wissenschaftler nachweisen, dass das Tätowierungspigment Phthalocyanin-Blau (B15:3) durch die Behandlung mit Laserlicht in Zellgifte fragmentieren kann.

Von Guido Deußing

Eine Allergie gegen den oder die verwendeten Farbstoffe; der in die Haut gestochene Name passt nicht mehr zur neuen großen Liebe; die mit der Zeit verblassten Bilder sehen auf schlaffer Haut einfach nicht mehr schön aus; das Tattoo steht der Karriere im Weg. Es gibt einige gute Gründe, eine Tätowierung entfernen zu lassen: Wer sich schließlich zur Entfernung seiner dauerhaft in die Haut gestochenen Bilder entschlossen hat, musste sich einst noch unters Messer legen oder die betroffenen Hautpartien wurden einer unschönen Ätzbeziehungsweise Schleifbehandlung unterzogen. Inzwischen lassen sich Tätowierungen mittels Laserlicht vergleichsweise schonend und narbenfrei entfernen.

Lasern bevorzugt, ist aber nicht ohne Risiko

Allerdings darf dieser Sachverhalt nicht darüber hinwegtäuschen, dass auch eine Laserbehandlung gewisse gesundheitliche Risiken birgt. Hierauf deutet zumindest eine Untersuchung, die das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) in Zusammenarbeit mit der Laser-Abteilung des Evangelischen Elisabeth Krankenhauses in Berlin durchgeführt hat. In ihrer in „Scientific Reports“ veröffentlichten Studie [1] berichten Ines Schreiver, Christoph Hutzler, Peter Laux, Hans-Peter Berlien und Andreas Luch, dass die zur Entfernung des zu Tätowierungszwecken eingesetzten kupferhaltigen Pigments Phthalocyanin-Blau vorgenommene Laserbestrahlung zu einer Fragmentierung und Ausbildung toxischer und krebserregender Bestandteile führen kann.

Die Wissenschaftler simulierten den Zersetzungsprozess im Labor unter Einsatz der Pyrolyse-GC/MS und identifizierten unter Zuhilfenahme der dynamischen Headspace-GC/MS (DHS-GC/MS) sowie der zweidimensionalen GC gekoppelt an die Time-of-Flight-Massenspektrometrie (TOF-MS) unter anderem 1,2-Benzoldicarbonitril (BDCN), Benzonitril (BCN), 2-Butanon und Blausäure (HCN) als Hauptspaltprodukte.

Wenn Laserlicht auf Farbpigmente trifft

In der klinischen Dermatologie werden unter anderem Rubinlaser zur Behandlung von Pigmentflecken und zur Entfernung von Tätowierungen eingesetzt. Die Bestrahlung der Haut mit einem Rubinlaser führt zu lokalen Temperaturen von mehr als 1000 °C, was hinreicht, um das vergleichsweise stabile Farbpigment Phthalocyanin-Blau (B15:3) aufzubrechen; hierfür brauche es Temperaturen größer 800 °C, schreiben die Wissenschaftler. Das Ausbleichen des Tattoos lasse sich, so ist die Annahme, auf eine chemische Zersetzung (Photothermolyse) des blauen Farbpigments zurückführen, berichten Schreiver et al. Um nun eine Beschädigung der Haut durch die beim Lasern auftretenden hohen Temperaturen zu verhindern, darf das energiereiche Laserlicht nicht kontinuierlich einwirken, sondern nur in zeitlich begrenzten Portionen, sogenannten Pulsen. Rubinlaser verfügen über eine hohe Pulsenergie, was sie für medizinische Anwendungen im Bereich der Haut prädestiniert. Über die Wirksamkeit der Laserbehandlung bei der Auflösung von Farbpigmenten in Tätowierungen bestehe kein Zweifel, was sich am nachweislichen Bleicheffekt zeige. Unklarheit herrsche allerdings über die Identität der resultierenden chemischen Abbauprodukte sowie deren Wirkung auf den menschlichen Organismus, urteilen die Wissenschaftler. Hierüber Klarheit zu erlangen, war das erklärte Ziel von Schreiver et al.

Erkenntnis über laserinduzierte Fragmente

Um die laserinduzierte und temperaturabhängige Zersetzung des blauen Pigments Kupferphthalocyanin zu imitieren, nutzen die Wissenschaftler unter anderem die Pyrolyse, gekoppelt an eine GC/MS-Analyse. Schreiver et al. verwendeten für die Pyrolyse des Pigments B15:3 die mit dem GERSTEL-PYRO ausgestattete ThermalDesorptionUnit (GERSTEL-TDU) und für die online-gekoppelte GC/MS-Analyse der Pyrolysefragmente eine Gerätekombination bestehend aus einem 7890 A Gaschromatographen (GC) und einen 5975C massenselektiven Detektor (MSD; beide Agilent Technologies). Die Pigmentprobe wurde in Quarzglasprobenhalter gegeben, die dem PYRO-TDU mittels Autosampler (GERSTEL-MPS) automatisiert zugeführt wurden. Pyrolysiert wurde im Temperaturbereich von 500 bis 1000 °C für die Dauer von sechs Sekunden.

Mit einem Trägergasfluss von 1 mL/min (Helium) und einem Split von 1:30 wurden die Pyrolysefragment über das bei 260 °C temperierte KaltAufgabeSystem (GERSTEL-KAS) auf die GC-Säule (HP-Plot/Q, 30 m, 0,32 mm x 20 μm, Agilent Technologies) überführt. Die Trennung der Analyten erfolgte unter Anlegen eines Temperaturgradienten: Die Temperatur des GC-Ofens betrug zu Beginn 50 °C und wurde nach zwei Minuten mit 10 °C/min auf 260 °C (10 min) erhöht. Die Ionisierung der Fragmente im MSD erfolgte im Elektronenstoß-Modus (EI), die Detektion im Full-Scan-Modus von 10 bis 550 m/z. Identifiziert wurden die Pyrolysefragmente, namentlich 1,2-Benzoldicarbonitril (BDCN), Benzonitril (BCN), Benzol und Blausäure (HCN), durch Vergleich mit den Werten einer MS-Datensammlung (US-NIST, National Institute of Standards and Technology, 2011 MS Library). Wie Schreiver et al. berichten, nahm die Menge an Spaltprodukten bei steigender Pyrolysetemperatur zu.

Übertragbarkeit der Pyrolyse-Messung bestätigt

Um einschätzen zu können, ob die unter Pyrolysebedingungen resultierenden Zersetzungsmuster mit jenen der Laserbestrahlung vergleichbar sind, erzeugten die Wissenschaftler mit B15:3 verschiedene wasserbasierte Pigmentdispersionen, die sie mit Laserlicht bestrahlten. Sie unterzogen die bestrahlten Proben anschließend zum einen einer dynamischen Headspace-(DHS)-GC/MS-Analyse zwecks Quantifizierung der leichtflüchtigen Verbindungen Blausäure und Benzol; zum Einsatz kam die bereits oben beschriebene Gerätekombination bestehend aus MPS, TDU und GC/MS-System; als interner Standard wurde D6-Benzol verwendet. Zum anderen wurden die Proben mit Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wurde anschließend einer zweidimensionalen GC/Time-of-Flight-MS-Analyse (Leco-Pegasus 4D-GCxGC-TOF-MS) unterzogen, insbesondere um Benzoldicarbonitril (BDCN) und Benzonitril (BCN) zu quantifizieren, was unter Einsatz von Benzylnitril und Benzylalkohol als interne Standards gelang.

In allen Fällen nutzten Schreiver und Kollegen den GERSTEL-MPS zur automatisierten Probenvorbereitung und Probenaufgabe. Im Rahmen der DHS-GC/MS-Analyse (GERSTEL/Agilent Technologies) von HCN und Benzol wurden die Proben im Agitator drei Minuten lang bei 30 °C inkubiert und die Analyten anschließend mit 100 mL Stickstoff (N2) und einer Flussrate von 50 mL/min ausgetrieben und in einem Adsorbensröhrchen (GERSTEL) auf einem Sorbens (Carbopack B+X/Carboxen-1000) angereichert. Deren Thermodesorption erfolgte im TDU mit anschließender Cryofokussierung der Analyten im KaltAufgabeSystem (GERSTEL-KAS) bei -50 °C; TDU und Transfersäule wurden konstant bei 260 °C gehalten, die Probenaufgabe erfolgte splitlos. Zwölf Sekunden nach der Cryofokussierung wurde das KAS auf 40 °C (5,5 min) erhitzt, gefolgt von einem sekundenschnellen Anstieg der Temperatur auf 240 °C (5 min). Die Temperatur im GC-Ofen betrug 40 °C (0,5 min) und wurde mit 10 °C/min auf 260 °C (10 min) erhöht. Die Detektion erfolgte im Modus Selected Ion Monitoring (SIM).

Für die Bestimmung der Laserfragmente in der GCxGC-TOF-MS wurden vom MPS die in 2-mL-Vials vorliegenden Proben mit den internen Standards versetzt; dem schloss sich eine Flüssigflüssigextraktion (FFE) mit Ethylacetat unter Schütteln für die Dauer von einer Stunde an. Zur Analyse aufgegeben wurden vom MPS schließlich 1,5 μL des resultierenden Extrakts.

Die Trennung erfolgte zweidimensional: Für die erste Dimension verwendet wurde eine Restek-Rxi-5Sil MS (20 m, 0,25 mm, 0,25 μm), eine Restek-Rxi-17Sil MS (1 m, 0,18 mm, 0,18 μm) für die zweite Dimension. Die Starttemperatur des GC-Ofens lag bei 70 °C (1 min). Die Temperatur wurde mit 15 °C/min auf 120 °C gesteigert, von dort ging es mit 8 °C/min auf 150 °C und dann mit 25 °C/min auf 330 °C (4 min).

Für die GC x GC wurden Analyten bei -80 °C cryofokussiert und anschließend zur Trennung auf die zweite Säule überführt. Die Temperatur der Ionenquelle betrug 250 °C, die der Transferzone 295 °C. Die Aufzeichnung der Massenspektren erfolgte mit 200 Hertz im Bereich von 35 bis 500 m/z. BCN und BDCN ließen sich eindeutig qualifizieren und quantifizieren, berichten die Wissenschaftler.

Zur Einschätzung des toxischen Potenzials

Für Ines Schreiver vom BfR und ihre Kollegen stellte sich die Frage, ob bei der Laserbehandlung von Phthalocyanin-Blau tatsächlich gesundheitsbedenkliche Mengen der Spaltprodukte entstehen, ungeachtet dessen, dass Blausäure und Benzol für den Menschen generell als toxisch beziehungsweise karzinogen eingestuft sind.

Um eine Antwort zu finden, nutzten die Wissenschaftler ein Versuchsdesign unter Einsatz menschlicher Zellen, die unterschiedlich konzentrierten Natriumcyanid-Lösungen (NaCN) ausgesetzt wurden. Mittels DHSGC/MS wurde im Anschluss gemessen, wie viel freies HCN im Ansatz vorliegt, um eine Vorstellung von der Kinetik der HCN-Bildung und -Verteilung im Gewebe nach einer Laserbehandlung zu gewinnen.

Die tödliche Dosis von HCN liege für die meisten Tierarten bei 2 mg/kg Körpergewicht und 50 ppm in der Luft, zitieren die Wissenschaftler aus einer Quelle des US-amerikanischen Center of Disease Control and Prevention (CDC). Es habe sich laut Schreiver et al. gezeigt, dass bei der Laserbehandlung des Tätowierungspigments Phthalocyanin-Blau toxikologisch relevante Mengen an HCN auftreten, die einen erheblichen Einfluss auf die Lebensfähigkeit der Zellen nehmen.

„In ihrer Gesamtheit legen unsere Ergebnisse nahe“, schlussfolgern die Wissenschaftler, „dass im Verlauf von Laserbehandlungen lichtechter Pigmente wie B15:3 toxische Fragmente in Mengen entstehen, die aller Wahrscheinlichkeit nach in der Lage sind, die Haut lokal und potenziell auch systemisch anderes Gewebe im Organismus zu beeinflussen.“ Weitere Studien unter Verwendung menschlicher Haut ex vivo seien notwendig, um die Entstehung von HCN und Benzol sowie deren Folgen im Zuge der Laserbestrahlung von blau gefärbten Pigmentablagerungen in menschlicher Haut näher zu untersuchen. Überdies mache ihre Studie deutlich, schreiben Schreiver et al., dass die Bildung gesundheitsschädlicher Spaltprodukte im Zuge einer Laserbehandlung ein notwendiges Kriterium bei der Bewertung der Qualität und der Zulassung von Tätowierungspigmenten sei.

Quelle

[1] Ines Schreiver, Christoph Hutzler, Peter Laux, Hans-Peter Berlien & Andreas Luch, Formation of highly toxic hydrogen cyanide upon ruby laser irradiation of the tattoo pigment phthalocyanine blue; Scientific Reports 5, Article number: 12915 (2015) (www.nature.com/articles/srep12915, 29.03.2016)

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