Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie
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- Abteilung für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde (2)
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Sonstige beteiligte Institutionen
In recent years, various forms of caloric restriction (CR) and amino acid or protein restriction (AAR or PR) have shown not only success in preventing age-associated diseases, such as type II diabetes and cardiovascular diseases, but also potential for cancer therapy. These strategies not only reprogram metabolism to low-energy metabolism (LEM), which is disadvantageous for neoplastic cells, but also significantly inhibit proliferation. Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is one of the most common tumour types, with over 600,000 new cases diagnosed annually worldwide. With a 5-year survival rate of approximately 55%, the poor prognosis has not improved despite extensive research and new adjuvant therapies. Therefore, for the first time, we analysed the potential of methionine restriction (MetR) in selected HNSCC cell lines. We investigated the influence of MetR on cell proliferation and vitality, the compensation for MetR by homocysteine, the gene regulation of different amino acid transporters, and the influence of cisplatin on cell proliferation in different HNSCC cell lines.
Objectives
Mechanisms of wound healing are often impaired in patients with osteonecrosis of the jaw (ONJ). According to the guidelines for the treatment of this disease, early surgical intervention is indicated. However, surgery often faces complications such as wound healing disorders. The application of platelet-rich fibrin (PRF) after necrosectomy between bone and mucosa may constitute a promising approach to improve surgical results. An aspect that was not investigated until now is that PRF acts as a “bio-carrier” for antibiotics previously applied intravenously.
Materials and methods
We investigated the antimicrobial properties of PRF in 24 patients presenting ONJ undergoing systemic antibiosis with ampicillin/sulbactam. We measured the concentration of ampicillin/sulbactam in plasma and PRF and performed agar diffusion tests. Ampicillin/sulbactam was applied intravenously to the patient 10 minutes for blood sampling for PRF. No further incorporation of patients’ blood or PRF product with antibiotic drugs was obtained. Four healthy patients served as controls.
Results
Our results revealed that PRF is highly enriched with ampicillin/sulbactam that is released to the environment. The antibiotic concentration in PRF was comparable to the plasma concentration of ampicillin/sulbactam. The inhibition zone (IZ) of PRF was comparable to the standard ampicillin/sulbactam discs used in sensitivity testing.
Conclusions
The results of our study demonstrated that PRF is a reliable bio-carrier for systemic applied antibiotics and exhibits a large antimicrobial effect.
Clinical relevance
We describe a clinically useful feature of PRF as a bio-carrier for antibiotics. Especially when applied to poorly perfused tissues and bone such as in ONJ, the local release of antibiotics can reduce wound healing disorders like infections.
Grundsätzlich sollte in dieser Arbeit der Einfluss der Glutamin-Restriktion als eine Form der Aminosäure-Restriktion auf das Proliferationsverhalten, den Stoffwechsel sowie die Morphologie der murinen Fibroblastenzelllinie L929 untersucht werden. Es sollte dabei auch gezeigt werden, ob sich Indizien für die Induktion eines LEM finden lassen. Weiterhin sollten die Polyamine Spermidin, Spermin, Putrescin und N-Acetylputrescin als CRMs diskutiert und ihr Einfluss auf das Proliferationsverhalten an sieben Zelllinien herausgestellt werden. Der antiproliferative Effekt der Polyamine Spermidin und Spermin auf das Wachstum der untersuchten Zelllinien konnte in dieser Arbeit bestätigt werden, wobei sich Spermin als potenter erwies als Spermidin. Eine durch Spermidin/Spermin induzierte Autophagie konnte in den Western Blots nicht signifikant nachgewiesen werden. Putrescin und N-Acetylputrescin zeigten nur leichte Wirkungen bei hoher Dosis (10 mM). Während Putrescin einen leicht antiproliferativen Effekt hatte, zeigte N-Acetylputrescin eine leicht proliferationssteigernde Wirkung. Die Autophagie-Induktion durch Methionin-Restriktion konnte durch den Nachweis Autophagie-assoziierter Proteine in den durchgeführten Western Blots bestätigt werden. Um regelmäßig von den positiven Effekten der Autophagie zu profitieren, wäre eine pflanzenbasierte Ernährungsweise sinnvoll und gut durchführbar, da Methionin hauptsächlich in tierischen Lebensmitteln und nur geringfügig in pflanzlichen Nahrungsmitteln vorkommt. Ein völliger Verzicht auf Methionin ist nicht empfehlenswert, da die Aminosäure essentiell ist und somit über die Nahrung aufgenommen werden muss. Um das Methionin-Level konstant, aber niedrig zu halten, erscheint eine Bedarfsdeckung über pflanzliche Nahrung als ideal. Die an den Zelllinien L929 und HeLa durchgeführten Proliferationsstudien zeigten, dass die Zellen selbst nach fünftägiger Glutamin- Restriktion geringfügig weiter proliferierten und keinerlei Merkmale des Zelltodes aufwiesen. Die massenspektrometrische Analyse der Modellzelllinie L929, welche über einen Zeitraum von fünf Tagen einer Glutamin-Restriktion ausgesetzt war, zeigte deutliche metabolische Veränderungen bei den über 150 untersuchten Metaboliten, die auf die Induktion eines LEM schließen lassen. Es konnte ein metabolischer Fingerabdruck nach 48 h für die Zelllinie L929 unter Glutamin-Restriktion definiert werden, der zukünftig als Referenz bei der Testung potentieller CRMs herangezogen werden kann.
Periodontitis is one of the most prevalent diseases worldwide. The degree of radiographic bone loss can be used to assess the course of therapy or the severity of the disease. Since automated bone loss detection has many benefits, our goal was to develop a multi-object detection algorithm based on artificial intelligence that would be able to detect and quantify radiographic bone loss using standard two-dimensional radiographic images in the maxillary posterior region. This study was conducted by combining three recent online databases and validating the results using an external validation dataset from our organization. There were 1414 images for training and testing and 341 for external validation in the final dataset. We applied a Keypoint RCNN with a ResNet-50-FPN backbone network for both boundary box and keypoint detection. The intersection over union (IoU) and the object keypoint similarity (OKS) were used for model evaluation. The evaluation of the boundary box metrics showed a moderate overlapping with the ground truth, revealing an average precision of up to 0.758. The average precision and recall over all five folds were 0.694 and 0.611, respectively. Mean average precision and recall for the keypoint detection were 0.632 and 0.579, respectively. Despite only using a small and heterogeneous set of images for training, our results indicate that the algorithm is able to learn the objects of interest, although without sufficient accuracy due to the limited number of images and a large amount of information available in panoramic radiographs. Considering the widespread availability of panoramic radiographs as well as the increasing use of online databases, the presented model can be further improved in the future to facilitate its implementation in clinics.
(1) Background: Evaluation of impact of adjuvant radiation therapy (RT) in patients with oral squamous cell carcinoma of the oral cavity/oropharynx (OSCC) of up to 4 cm (pT1/pT2) and solitary ipsilateral lymph node metastasis (pN1). A non-irradiated group with clinical follow-up was chosen for control, and survival and quality of life (QL) were compared; (2) Methods: This prospective multicentric comprehensive cohort study included patients with resected OSCC (pT1/pT2, pN1, and cM0) who were allocated into adjuvant radiation therapy (RT) or observation. The primary endpoint was overall survival. Secondary endpoints were progression-free survival and QL after surgery; (3) Results: Out of 27 centers, 209 patients were enrolled with a median follow-up of 3.4 years. An amount of 137 patients were in the observation arm, and 72 received adjuvant irradiation. Overall survival did not differ between groups (hazard ratio (HR) 0.98 [0.55–1.73], p = 0.94). There were fewer neck metastases (HR 0.34 [0.15–0.77]; p = 0.01), as well as fewer local recurrences (HR 0.41 [0.19–0.89]; p = 0.02) under adjuvant RT. For QL, irradiated patients showed higher values for the symptom scale pain after 0.5, two, and three years (all p < 0.05). After six months and three years, irradiated patients reported higher symptom burdens (impaired swallowing, speech, as well as teeth-related problems (all p < 0.05)). Patients in the RT group had significantly more problems with mouth opening after six months, one, and two years (p < 0.05); (4) Conclusions: Adjuvant RT in patients with early SCC of the oral cavity and oropharynx does not seem to influence overall survival, but it positively affects progression-free survival. However, irradiated patients report a significantly decreased QL up to three years after therapy compared to the observation group.
Einfluss von Autophagie-modulierenden Wirkstoffen auf die Proliferation von oralen Tumorzelllinien
(2023)
Die Autophagie nimmt als ein zentraler Bestandteil des zellulären Metabolismus eine wichtige Rolle für die Proliferationsfähigkeit von Tumorzellen ein. Dabei zeigt sich, dass sich der Einfluss der Autophagie kontextabhängig zwischen und innerhalb einzelner Tumorentitäten unterscheidet und das Tumorzellwachstum sowohl fördern als auch hemmen kann. Durch den Einsatz der Wirkstoffe Chloroquin, Bafilomycin und Rapamycin konnte effektiv die Autophagie in den untersuchten Zelllinien moduliert und durch Proteinanalyse mit Hilfe der SDS-Page validiert werden. Dosisabhängige Reduktionen der Zellzahlen konnten vor allem bei den inhibitorisch wirkenden Substanzen Chloroquin und Bafilomycin erreicht werden, während Rapamycin als Autophagie-induzierender Wirkstoff keine antiproliferativen Effekte erzeugen konnte. Auch FasL und TNFα konnten in den untersuchten Tumorzelllinien nur zu einer mäßigen Zellzahlreduktion führen. Cisplatin hingegen konnte in allen Zelllinien dosisabhängige Zellzahlreduktionen induzieren. Durch die Kombination von Chloroquin mit FasL konnte in den FasL-responsiven Zelllinien eine signifikante Sensitivierung im Sinne einer Proliferationshemmung induziert werden. Ähnliche Effekte ließen sich bei der Kombination von Rapamycin mit FasL beobachten. Auch für die MR konnte ein proliferationshemmender Effekt in den zwei untersuchten Tumorzelllinien FaDu und Detroit562 validiert werden. In der Kombination mit FasL wurde bei einer Zelllinie eine Sensitivierung auf das extrinsische Todessignal nachgewiesen. Die kombinatorische Anwendung der MR mit TNFα und Autophagiemodulatoren zeigte keine signifikanten, proliferationshemmenden Effekte. Auswirkungen ließen sich dagegen in der IL-8 Expression feststellen, wobei die MR allein zu einem signifikanten Anstieg führte und Rapamycin die Expressionsrate in Kombination mit der MR signifikant senkte. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit das Potenzial der Autophagiemodulation vor allem bei responsiven HNSCC-Tumorzellen auf. Auch die MR konnte in vitro vielversprechende Ergebnisse liefern. Die kontextabhängigen Auswirkungen der Autophagie auf das Tumorwachstum bedeuten allerdings auch eine Menge offener Fragen, die es in Zukunft zu klären gilt, bevor die Autophagiemodulation Einzug in die klinische Praxis der Tumortherapie erhalten kann. Ausschlaggebend für die Weiterentwicklung effektiver Therapien wird unter anderem ein verbessertes Verständnis über intrinsische und extrinsische Resistenzmechanismen sein und welche Rolle die Autophagie dabei einnimmt.
Diese retrospektive Studie untersuchte Patientenakten des elektronischen Karteikartensystems einer privaten Zahnarztpraxis von Patienten, welche zur Kontrolluntersuchung oder wegen Schmerzen vorstellig waren. Ziel der Studie war das Entwickeln von Methoden zur Vorhersage der Behandlungszeit für zukünftige Termine anhand verschiedener Patienteninformationen. Mittels statistischer deskriptiver Auswertung wurden die erfassten Daten untersucht und Korrelationen in Hinblick auf die Behandlungsdauer zwischen den verschiedenen Attributen hergestellt. Es wurden verschiedene Methoden zur Vorherbestimmung der Behandlungsdauer aufgestellt und auf ihr Optimierungspotential getestet. Die Methode mit dem höchsten Optimierungswert war ein Ansatz maschinellen Lernens. Der entworfene Algorithmus berechnete Behandlungszeiten der Testgruppe anhand eines Neuronalen Netzes, welches durch Trainieren mit den Daten der Untersuchungsgruppe erstellt wurde.
Das orale Plattenepithelkarzinom (OSCC) ist eine Krebserkrankung des Menschen mit insgesamt schlechter Prognose. Die häufigsten Risikofaktoren für das Entstehen eines OSCCs sind dabei Alkohol- und Nikotinabusus. Die Vorstellung der Patient*innen erfolgt häufig erst in fortgeschrittenen Stadien, was lokale Destruktionen wie die Infiltration von Kieferknochen (kAD) bedingt. Für die Festlegung des Tumorausmaßes und der Operationsplanung kommt daher der Detektion solch einer kAD eine besondere Bedeutung im Rahmen der Staginguntersuchungen beim OSCC zu. Die Güte der Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) bezüglich der Detektion einer kAD sind gut untersucht. Anders sieht es bei der Digitalen Volumentomographie (CBCT) aus. Sie scheint aufgrund des hohen Auflösungsvermögens prima vista gut geeignet für die Detektion einer kAD beim OSCC zu sein, bisher fehlen jedoch Studien, die den Nutzen der CBCT bei der Detektion einer kAD belegen. Es ist daher Ziel vorliegender Arbeit, zu zeigen, dass die CBCT der CT und MRT bei der Detektion einer kAD nicht unterlegen ist. Im Rahmen vorliegender Arbeit wurden daher die CBCT-, CT- und MRT-Aufnahmen von 153 Patient*innen, die an einem OSCC erkrankt sind, mit einem 3-Punkte System (0 = keine kAD, 1 = knöcherne Arrosion und 2 = knöcherne Destruktion) nachuntersucht. Zur Überprüfung der bildgebenden Verfahren wurde die histologische Untersuchung als Goldstandard oder ein Follow-Up über mindestens sechs Monate herangezogen. Das Ergebnis ergab für die CBCT eine Sensitivität von 95,6 %, eine Spezifität von 87,0 % und eine Accuracy von 89,5 %. Für die CT lagen diese Werte bei 84,4 %, 91,7 % und 89,0 % und für die MRT bei 88,9 %, 91,7 % und 90,8 %. Es konnte damit gezeigt werden, dass alle drei bildgebenden Verfahren mit hoher Sensitivität und Spezifität eine kAD detektieren können. Kein Verfahren war einem anderen über- oder unterlegen. Die Haupthypothese vorliegender Arbeit, dass die CBCT weder der CT noch der MRT bei der Detektion einer kAD unterlegen ist, wurde bestätigt und angenommen. Die Daten sprechen weiter dafür, dass die CBCT routinemäßig zur Detektion einer kAD herangezogen werden kann. Dies ist besonders zu unterstützen, da die CBCT frühzeitig, im besten Fall bei Erstvorstellung der Patient*innen, durchgeführt werden und Aufschluss über das operative Ausmaß geben kann.
Das orale Plattenepithelkarzinom zählt zu den häufigen Krebserkrankungen in Deutschland. Das Vorhandensein von zervikalen Lymphknotenmetastasen ist dabei einer der wichtigsten prognostischen Faktoren.
Für die Therapieplanung ist eine zuverlässige präoperative Diagnostik unerlässlich. Etablierte bildgebende Stagingverfahren (Sonographie, MRT, CT) orientieren sich allein an morphologischen Kriterien. Die PET/CT verspricht durch die Kombination funktioneller und morphologischer Verfahren die Detektion lymphoregionärer Metastasen. Ein weiterer Vorteil scheint der Nachweis simultaner Zweitmalignome und Fernmetastasen zu sein.
135 Patienten mit einem primären oralen Plattenepithelkarzinom erhielten im Rahmen der präoperativen Staginguntersuchungen eine PET/CT-Untersuchung. Untersucht wurde der korrekte Nachweis (Sensitivität) bzw. Ausschluss (Spezifität) zervikaler Lymphknotenmetastasen sowie die Detektion (Trefferquote) von simultanen Zweitmalignomen durch die PET/CT.
Die PET/CT zeigte eine Sensitivität von 82,9 % und eine Spezifität von 84 %. Simultane Zweitmalignome wurden mit einer Trefferquote von 62,5 % durch die PET/CT erkannt.
Das diagnostische Potenzial konnte in unserer Studie bestätigt werden. Vergleichende Studien zu den etablierten bildgebenden Verfahren wären wünschenswert.
ABC-Transporter sind ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Resistenzen gegen Chemotherapeutika. Ziel dieser Studie war es, die Resistenzentwicklung in HNSCC-Zelllinien im Zusammenhang mit verschiedenen Cisplatinkozentrationen und Inkubationszeiten zu analysieren, sowie die Expression von ABC-Transportern via semi-quantitativer RT-PCR in diesen Zellen zu untersuchen. Die Zellen zeigten dabei keine relevante Resistenzentwick-lung im Sinne eines Anstiegs der IC50. Bei drei der Zelllinien konnte jedoch eine hohe intrin-sische Cisplatinresistenz beobachtet werden. Diese resistenten Zelllinien wiesen nach Inku-bation mit Cisplatin deutlich höhere Expressionswerte für TAP1, TAP2, ABCG2 sowie die ABCC-Transporterfamilie auf. Dabei zeigte sich, dass die Expression der ABCC-Familie mit zunehmender Inkubationsdauer abnahm. TAP1 in PCI-9 und PCI-68 war auch noch nach vierwöchiger Inkubation stark überexprimiert.
Die initiale IC50 dieser Zelllinien lag dabei deutlich über der Plasmakonzentration von Pati-enten mit Hochdosis-Chemotherapie. Die Expression der Transporter aus der ABCC-Familie ließ die Vermutung zu, dass diese Transporter initial zur Resistenz gegen Cisplatin beitrugen, allerdings mit zunehmender Inkubationsdauer an Bedeutung verloren. Diese Annahme wurde dadurch gestützt, dass die HNSCC-Zelllinien nach einem inkubationsfreien Intervall von vier Wochen im Anschluss an die Inkubation mit Cisplatin deutliche Überexpressionen der ABCC-Transporterfamilie zeigten. Auch für Transporter (ABCG2 und TAP-Transporter), die keine Effluxfunktion für Cisplatin besitzen, konnte ein Zusammenhang der Expression mit der Resistenz der HNSCC-Zellen beobachtet werden. Der Beitrag dieser Transporter zur Resistenz von Tumorzellen könnte über deren Funktionen im Metabolismus von Tumorzel-len, deren Fähigkeiten Tumorstammzellen zu bilden und dem Efflux endogener Zellstress verursachender Substrate erklärt werden. Allerdings werden diese Transporter erst seit kur-zem mit Resistenzen gegen Cisplatin in Verbindung gebracht. Aufbauend auf diese Studie wäre eine Verifizierung der Kausalität des Resistenzmechanismus durch knock-down und Inhibition der von uns untersuchten Transporter sinnvoll.