Ulrike Hoffmann

• Eine wichtige Therapieform thorakaler Malignome stellt die Strahlenbehandlung dar. Als unerwünschte Wirkung kann hierbei eine Schädigung des Lungengewebes im Sinne einer Pneumonitis (bei ca. 7-20 % aller Patienten) oder einer Lungenfibrose (bei bis zu 39 % der Patienten nach mehreren Jahren) auftreten. Dabei haben die Fibroblasten als ortsständige Bindegewebszellen einen aktiveren Anteil, als lange Zeit angenommen. Sie können auf die Bestrahlung mit einer vorzeitigen Differenzierung in den terminalen Reifezustand reagieren, verbunden mit einerEine wichtige Therapieform thorakaler Malignome stellt die Strahlenbehandlung dar. Als unerwünschte Wirkung kann hierbei eine Schädigung des Lungengewebes im Sinne einer Pneumonitis (bei ca. 7-20 % aller Patienten) oder einer Lungenfibrose (bei bis zu 39 % der Patienten nach mehreren Jahren) auftreten. Dabei haben die Fibroblasten als ortsständige Bindegewebszellen einen aktiveren Anteil, als lange Zeit angenommen. Sie können auf die Bestrahlung mit einer vorzeitigen Differenzierung in den terminalen Reifezustand reagieren, verbunden mit einer erhöhten Kollagenproduktion. Desweiteren weisen sie nach Bestrahlung eine vermehrte Syntheseleistung für interzelluläre Botenstoffe, sogenannte Cytokine, auf. Hierbei ist vor allem das profibrotische Cytokin Transforming Growth Factor beta (TGF-ß) zu nennen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, quantitative Aussagen über das Proliferationsverhalten menschlicher Lungenfibroblasten nach Bestrahlung zu treffen. Um die Wechselwirkungen zwischen bestrahlten und nicht bestrahlten Fibroblasten zu untersuchen, wurde ein Ko-Kultur-Modell verwendet, welches freien Stoffaustausch zwischen den Fibroblasten ermöglichte, einen direkten Zellkontakt aber verhinderte. Die dafür vorgesehenen Fibroblasten wurden mit einer einmaligen Dosis von 4; 7 bzw. 10 Gy bestrahlt. Die Versuchsdauer betrug 12 Tage. Die Ergebnisse zeigten, daß humane fetale Lungenfibroblasten als direkte Reaktion auf die Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen dosisabhängig dezimiert wurden. Im Gegensatz dazu reagierten die in Nachbarschaft zu den bestrahlten Fibroblasten ko-kultivierten Zellen mit einer signifikanten Zunahme ihres Zellwachstums. Es kann daraus geschlußfolgert werden, daß Fibroblasten nach Radiatio parakrin wirksame und für benachbarte Zellen wachstumsfördernde Substanzen produzieren. Die vorliegenden Versuche zeigten desweiteren, daß humane fetale Lungenfibroblasten nach Zugabe von exogenem TGF-ß verstärkt proliferierten. Bei ko-kultivierten, nicht selbst TGF-ß-exponierten Zellen konnte ebenfalls ein Mehrwachstum über die Dauer bis zu 12 Tagen beobachtet werden. Dies legt die Vermutung nahe, daß nach kurzem Kontakt mit TGF-ß eine autokrine und damit von äußeren Stimuli unabhängige Produktion von Wachstumsfaktoren durch Fibroblasten erfolgen kann. Ob es sich dabei um TGF-ß selbst oder nachgeschaltete, synergistisch wirkende Substanzen handelte, konnte mit der angewendeten Versuchsordnung nicht geklärt werden. Somit unterstützen die Resultate dieser Arbeit die Hypothese, daß bestrahlte Fibroblasten über cytokinvermittelte Interaktionen mit benachbarten Zellen diese in einen erhöhten Aktivierungszustand mit verstärkter Proliferation und Produktion von Interzellularsubstanzen versetzen können. Dies kann im Verlauf zum bindegewebigen Umbau des betroffenen Gewebes bis zum Vollbild einer Fibrose führen. Die Ursache für die ausbleibende Terminierung der profibrotischen Aktivitäten nach Wegfall des traumatischen Agens und damit die Verhältnisse „einer Wunde, die nicht heilt“ sind noch unklar. Die Lösung dieses Problems würde kausale Präventions- und Therapiemaßnahmen ermöglichen, welche die Inzidenz und Ausprägung von Lungenschädigungen als Folge thorakaler Bestrahlung vermindern und die Radiotherapie von malignen Tumoren intensivieren helfen könnte.…
• Radiotherapy is an essential treatment of thoracic malignomas. A therapy-restricting factor is the radiation-induced lung tissue damage, i.e. a pneumonitis (7-20 % of all patients) or a fibrosis (up to 39 % of all patients after some years). In this regard, lung fibroblasts as the local connective tissue cells play a more active role than it was assumed previously. Ionizing radiation induces a premature terminal differentiation of fibroblasts and an increased production of extracellular matrix components. Additionally, irradiated fibroblastsRadiotherapy is an essential treatment of thoracic malignomas. A therapy-restricting factor is the radiation-induced lung tissue damage, i.e. a pneumonitis (7-20 % of all patients) or a fibrosis (up to 39 % of all patients after some years). In this regard, lung fibroblasts as the local connective tissue cells play a more active role than it was assumed previously. Ionizing radiation induces a premature terminal differentiation of fibroblasts and an increased production of extracellular matrix components. Additionally, irradiated fibroblasts cause an enhanced synthesis of intercellular transmitting molecules, the so called cytokines. In this context, Transforming Growth Factor-beta (TGF-ß) appears to be one of the potential profibrotic cytokines produced by fibroblasts. The aim of this study was to determine the proliferation behaviour of human lung fibroblasts after a single irradiation. In order to analyze the interactions between irradiated and non-irradiated cells we used a co-culture system that enabled molecules to interchange between wells and inserts through small pores but prevented a direct cellular contact. The single radiation dose was 4; 7 and 10 Gy, respectively. One experiment lasted 12 days. The results showed a dose-depending reduction of the directly irradiated fibroblasts. In contrast, the co-cultured cells not exposed to direct radiation increased their proliferation rate significantly. Therefore, we conclude that irradiated fibroblasts produce paracrine effective molecules which can lead to an enhanced growth of neighbouring cells. Additionally, we studied the influence of exogenously added TGF-ß on human fetal lung fibroblasts. An increased proliferation of both directly treated cells and co-cultured cells could be demonstrated. We assume an autocrine production of growth factors by fibroblasts after a short exposition to TGF-ß, a process that seems to be independent of other external stimuli. Whether these substances are TGF-ß or other factors with a similar effect could not be tested in this study. Our results support the hypothesis that irradiated lung fibroblasts are able to interact with neighbouring non-irradiated cells via cytokines. These cytokines cause an increased activation level of the latter cells with enhanced proliferation and production of extracellular matrix components like collagen and fibronectin. This ongoing processes might lead to a fibrotic remodelling or, finally, to a tissue fibrosis. The reasons for the failing termination of these profibrotic activities after the traumatic agens has been removed remain unclear. The solution of this problem will hopefully lead to the development of an effective prevention and therapy of radiation-induced tissue damage in the future. This could help to intensify and optimize the radiotherapy of malignant tumors.…