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A balanced and moist wound environment and surface increases the effect of various growth factors, cytokines, and chemokines, stimulating cell growth and wound healing. Considering this fact, we tested in vitro and in vivo water evaporation rates from the cellulose dressing epicite\(^{hydro}\) when combined with different secondary dressings as well as the resulting wound healing efficacy in a porcine donor site model. The aim of this study was to evaluate how the different rates of water evaporation affected wound healing efficacy. To this end, epicite\(^{hydro}\) primary dressing, in combination with different secondary dressing materials (cotton gauze, JELONET\(^◊\), AQUACEL\(^®\) Extra\(^™\), and OPSITE\(^◊\) Flexifix), was placed on 3 × 3 cm-sized dermatome wounds with a depth of 1.2 mm on the flanks of domestic pigs. The healing process was analyzed histologically and quantified by morphometry. High water evaporation rates by using the correct secondary dressing, such as cotton gauze, favored a better re-epithelialization in comparison with the low water evaporation resulting from an occlusive secondary dressing, which favored the formation of a new and intact dermal tissue that nearly fully replaced all the dermis that was removed during wounding. This newly available evidence may be of great benefit to clinical wound management.
Mit jährlich circa 11 Millionen Fällen weltweit, stellen schwere Brandwunden bis heute einen großen Anteil an Verletzungen dar, die in Kliniken behandelt werden müssen. Während leichte Verbrennungen meist problemlos heilen, bedarf die Behandlung tieferer Verbrennungen medizinischer Intervention. Zellbasierte Therapeutika zeigen hier bereits große Erfolge, aufgrund der eingeschränkten Übertragbarkeit von Ergebnissen aus Tiermodellen ist jedoch sowohl die Testung neuer Produkte, als auch die Erforschung der Wundheilung bei Brandwunden noch immer schwierig.
Aufgrund dessen wurden in dieser Arbeit zwei Ziele verfolgt: Die Etablierung von Methoden, um ein zellbasiertes Therapeutikum produzieren zu können und die Entwicklung eines Modells zur Untersuchung von Verbrennungswunden. Zunächst wurden hierfür die Kulturbedingungen und -protokolle zur Isolation und Expansion von Keratinozyten so angepasst, dass sie gängigen Regularien zur Produktion medizinischer Produkte entsprechen. Hier zeigten die Zellen auch in anschließenden Analysen, dass charakteristische Merkmale nicht verloren hatten. Darüber hinaus gelang es, die Zellen mithilfe verschiedener protektiver Substanzen erfolgreich einzufrieren und zu konservieren.
Des Weiteren konnte ein Modell etabliert werden, das eine Verbrennung ersten Grades widerspiegelt. Über einen Zeitraum von zwei Wochen wurde seine Regeneration hinsichtlich verschiedener Aspekte, wie der Histomorphologie, dem Metabolismus und der Reepithelialisierungsrate, untersucht. Die Modelle zeigten hier viele Parallelen zur Wundheilung in vivo auf. Um die Eignung der Modelle zur Testung von Wirkstoffen zu ermitteln wurde außerdem eine Behandlung mit 5% Dexpanthenol getestet. Sie resultierte in einer verbesserten Histomorphologie und einer erhöhten Anzahl an proliferativen Zellen in den Modellen, beschleunigte jedoch die Reepithelialisierung nicht. Zusammengefasst konnten in dieser Arbeit zunächst Methoden etabliert werden, um ein medizinisches Produkt aus Keratinozyten herzustellen und zu charakterisieren. Außerdem wurde ein Modell entwickelt, anhand dessen die Wundheilung und Behandlung von Verbrennungen ersten Grades untersucht werden kann und welches als Basis zur Entwicklung von Modellen von tieferen Verbrennungen dienen kann.
Background
Most tumor cells show aberrantly activated Akt which leads to increased cell survival and resistance to cancer radiotherapy. Therefore, targeting Akt can be a promising strategy for radiosensitization. Here, we explore the impact of the Akt inhibitor MK-2206 alone and in combination with the dual PI3K and mTOR inhibitor PI-103 on the radiation sensitivity of glioblastoma cells. In addition, we examine migration of drug-treated cells.
Methods
Using single-cell tracking and wound healing migration tests, colony-forming assay, Western blotting, flow cytometry and electrorotation we examined the effects of MK-2206 and PI-103 and/or irradiation on the migration, radiation sensitivity, expression of several marker proteins, DNA damage, cell cycle progression and the plasma membrane properties in two glioblastoma (DK-MG and SNB19) cell lines, previously shown to differ markedly in their migratory behavior and response to PI3K/mTOR inhibition.
Results
We found that MK-2206 strongly reduces the migration of DK-MG but only moderately reduces the migration of SNB19 cells. Surprisingly, MK-2206 did not cause radiosensitization, but even increased colony-forming ability after irradiation. Moreover, MK-2206 did not enhance the radiosensitizing effect of PI-103. The results appear to contradict the strong depletion of p-Akt in MK-2206-treated cells. Possible reasons for the radioresistance of MK-2206-treated cells could be unaltered or in case of SNB19 cells even increased levels of p-mTOR and p-S6, as compared to the reduced expression of these proteins in PI-103-treated samples. We also found that MK-2206 did not enhance IR-induced DNA damage, neither did it cause cell cycle distortion, nor apoptosis nor excessive autophagy.
Conclusions
Our study provides proof that MK-2206 can effectively inhibit the expression of Akt in two glioblastoma cell lines. However, due to an aberrant activation of mTOR in response to Akt inhibition in PTEN mutated cells, the therapeutic window needs to be carefully defined, or a combination of Akt and mTOR inhibitors should be considered.
Current preclinical models used to evaluate novel therapies for improved healing include both in vitro and in vivo methods. However, ethical concerns related to the use of animals as well as the poor physiological translation between animal and human skin wound healing designate in vitro models as a highly relevant and promising platforms for healing investigation. While current in vitro 3D skin models recapitulate a mature tissue with healing properties, they still represent a simplification of the in vivo conditions, where for example the inflammatory response originating after wound formation involves the contribution of immune cells. Macrophages are among the main contributors to the inflammatory response and regulate its course thanks to their plasticity. Therefore, their implementation into in vitro skin could greatly increase the physiological relevance of the models. As no full-thickness immunocompetent skin model containing macrophages has been reported so far, the parameters necessary for a successful triple co-culture of fibroblasts, keratinocytes and macrophages were here investigated. At first, cell source and culture timed but also an implementation strategy for macrophages were deter-mined. The implementation of macrophages into the skin model focused on the minimization of the culture time to preserve immune cell viability and phenotype, as the environment has a major influence on cell polarization and cytokine production. To this end, incorporation of macrophages in 3D gels prior to the combination with skin models was selected to better mimic the in vivo environment. Em-bedded in collagen hydrogels, macrophages displayed a homogeneous cell distribution within the gel, preserving cell viability, their ability to respond to stimuli and their capability to migrate through the matrix, which are all needed during the involvement of macrophages in the inflammatory response. Once established how to introduce macrophages into skin models, different culture media were evaluated for their effects on primary fibroblasts, keratinocytes and macrophages, to identify a suitable medium composition for the culture of immunocompetent skin. The present work confirmed that each cell type requires a different supplement combination for maintaining functional features and showed for the first time that media that promote and maintain a mature skin structure have negative effects on primary macrophages. Skin differentiation media negatively affected macrophages in terms of viability, morphology, ability to respond to pro- and anti-inflammatory stimuli and to migrate through a collagen gel. The combination of wounded skin equivalents and macrophage-containing gels con-firmed that culture medium inhibits macrophage participation in the inflammatory response that oc-curs after wounding. The described macrophage inclusion method for immunocompetent skin creation is a promising approach for generating more relevant skin models. Further optimization of the co-cul-ture medium will potentially allow mimicking a physiological inflammatory response, enabling to eval-uate the effects novel drugs designed for improved healing on improved in vitro models.
Cardiac healing after myocardial infarction (MI) represents the cardinal prerequisite for proper replacement of the irreversibly injured myocardium. In contrast to innate immunity, the functional role of adaptive immunity in postinfarction healing has not been systematically addressed. The present study focused on the influence of CD4+ T lymphocytes on wound healing and cardiac remodeling after experimental myocardial infarction in mice. Both conventional and Foxp3+ regulatory CD4+ T cells (Treg cells) became activated in heart draining lymph nodes after MI and accumulated in the infarcted myocardium. T cell activation was strictly antigen-dependant as T cell receptor-transgenic OT-II mice in which CD4+ T cells exhibit a highly limited T cell
receptor repertoire did not expand in heart-draining lymph nodes post-MI. Both OT-II and major histocompatibility complex class II-deficient mice lacking a CD4+ T cell compartment showed a fatal clinical postinfarction outcome characterized by disturbed scar tissue construction that resulted in impaired survival due to a prevalence of left-ventricular ruptures. To assess the contribution of anti-inflammatory Treg cells on wound healing after MI, the Treg cell compartment was depleted using DEREG mice that specifically express the human diphtheria toxin receptor in Foxp3-positive cells, resulting in Treg cell ablation after diphtheria toxin administration. In a parallel line of experiments, a second model of anti-CD25 antibody-mediated Treg cell immuno-depletion was used. Treg cell ablation prior to MI resulted in adverse postinfarction left-ventricular dilatation associated with cardiac deterioration. Mechanistically, Treg cell depletion resulted in an increased recruitment of pro-inflammatory neutrophils and Ly-6Chigh monocytes into the healing myocardium. Furthermore, Treg cell-ablated mice exhibited an adverse activation of conventional non-regulatory CD4+ and CD8+ T cells that
showed a reinforced infiltration into the infarct zone. Increased synthesis of TNFα and IFNγ by conventional CD4+ and CD8+ T cells in hearts of Treg cell-depleted mice provoked an M1-like macrophage polarization characterized by heightened expression of healing-compromising induced NO synthase, in line with a reduced synthesis of healing-promoting transglutaminase factor XIII (FXIII), osteopontin (OPN) and transforming growth factor beta 1 (TGFβ1).
Therapeutic Treg cell activation by a superagonistic anti-CD28 monoclonal antibody stimulated Treg cell accumulation in the infarct zone and led to an increased expression of mediators inducing an M2-like macrophage polarization state, i.e. interleukin-10, interleukin-13 and TGFβ1. M2-like macrophage differentiation in the healing infarct was associated with heightened expression of scar-forming procollagens as well as scar-stabilizing FXIII and OPN, resulting in improved survival due to a reduced incidence of left-ventricular ruptures. Therapeutic Treg cell activation and the induction of a beneficial M2-like macrophage polarization was further achieved by employing a treatment modality of high clinical potential, i.e. by therapeutic administration of IL-2/ anti-IL-2 monoclonal antibody complexes. The findings of the present study suggest that therapeutic Treg cell activation and the resulting improvement of healing may represent a suitable strategy to attenuate adverse infarct expansion, left-ventricular remodeling, or infarct ruptures in patients with MI.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Daten von 250 Patienten, die zwischen 1993 und 2004 an der Glandula parotidea operiert worden waren, retrospektiv ausgewertet. Der Nachbeobachtungszeitraum musste mindestens 6 Monate betragen. Bei 146 Patienten wurde im Anschluss an eine Parotidektomie frei transplantiertes, abdominelles Fettgewebe in den Operationssitus eingebracht. Bei weiteren 104 Patienten wurde auf eine solche Augmentation verzichtet. Das Ziel war es, herausfinden, ob eine Bauchfettaugmentation nach Parotidektomie das kosmetische Ergebnis positiv beeinflusst, in wie weit das Auftreten eines Frey-Syndroms verhindert wird und ob eine Augmentation Auswirkungen auf die Wundheilung hat. Vereinzelt konnten sehr gute kosmetische Ergebnisse erzielt werden. Insgesamt zeigte sich jedoch kein signifikanter Unterschied in der kosmetischen Zufriedenheit zwischen den beiden Gruppen. Ein Frey-Syndrom trat mit 23% in der Gruppe der augmentierten Patienten signifikant seltener auf als in der nicht-augmentierten Gruppe (31%). Demgegenüber hatten die Patienten der augmentierten Gruppe signifikant häufiger eine Wundheilungsstörung (39%) als jene Patienten, bei welchen auf eine Augmentation verzichtet worden war (18%). Die Wundheilung wird somit durch Einbringen von Fettgewebe verzögert.
Für das Verständnis der Pathogenese entzündlicher Hauterkrankungen ist die Zusammensetzung des zellulären Entzündungsinfiltrates und die Verteilung der Entzündungszellen von wesentlicher Bedeutung. In Anbetracht der chemotaktischen Funktion der Chemokine liegt die Annahme nahe, dass das zelluläre Infiltrationsmuster in entzündlichen Hauterkrankungen das Expressionsmuster von Chemokinen und umgekehrt widerspiegelt. Die Infiltrationsroute der Leukozyten in die Haut erfolgt immer vom Lumen dermaler Gefäße in das dermale Milieu und ggf. weiter in das epidermale Kompartiment (sog. Epidermotropismus). Die Migration inflammatorischer Zellen über die Grenzen unterschiedlicher Hautkompartimente hinweg ist einzigartig und präsentiert ein ideales Modell, um die chemotaktischen Cytokin- bzw. Chemokinfunktionen zu evaluieren. Anhand verschiedener ausgewählter Hautdermatosen (Wundheilung, Psoriasis, Alopecia areata) wurden die unterschiedlichen Expressionsmuster einer Auswahl von Chemokinen untersucht. Dabei nehmen Chemokine, die von Endothelzellen exprimiert bzw. sezerniert werden, eine zentrale Rolle ein, da sie eine „Pförtnerfunktion“ ausführen. Diese Funktion ist entscheidend bei der Rekrutierung und Akkumulation der für das Erkrankungsbild und bei reparativen Vorgängen der Wundheilung spezifischen Leukozytensubpopulation ins dermale bzw. epidermale Gewebe
Die Wundheilung im Kolon ist ein wichtiges Thema in der Medizin, da sich dieser Prozess durch die besonderen Ausgangsbedingungen, wie etwa hohe Bakterienlast, ein hoher intraluminaler Druck und niedrigere Sauerstoffspannung von der viel untersuchten kutanen Wundheilung unterscheidet. Auch sind die Folgen einer Dehiszenz im Anastomosenbereich ungleich gravierender, besteht doch das Risiko einer Peritonitis, die mit hoher Letalität verbunden ist. Ziel dieser Arbeit war es, die komplikationslose Wundheilung über einen langen Zeitraum zu beobachten. Anhand des Verlaufs einer Vielzahl von für die Wundheilung wesentlichen Zytokinen sollte die Wundheilung am Kolon möglichst ausführlich untersucht werden. Im Rahmen meiner Fragestellung wurden 100 männliche Wistarratten unter anderem mit einer Anastomose am Übergang von Kolon sigmoideum zum Rektum versehen. Die Tiere waren in verschiedene Gruppen aufgeteilt und wurden je nach Gruppe zu einem der sechs verschiedenen Zeitpunkte (0, 3, 7, 14, 30 und 90 Tage post Operationem) getötet und die Anastomose wurde entnommen. Das Anastomosengewebe wurde für immunhistologische und ELISA Untersuchungen verwendet. Durch den langen Untersuchungszeitraum konnten nicht nur die initialen Phasen der Wundheilung, sondern auch die Phase der Bindegewebsbildung erfasst werden. Es wurden immunhistochemische Färbungen und ELISA-Analysen von verschiedenen proinflammatorischen (TNF-alfa, IFN-gamma), chemotaktischen (RANTES, MIP-2, MCP-1), angiogenetischen (VEGF, PDGF-B, FGF-2) und antiinflammatorischen (IL-10, IL-13) Zytokinen und TGF-beta1 durchgeführt. Dabei wurde eine insgesamt verzögerte Wundheilung festgestellt. Es zeigte sich eine wesentlich verlängerte inflammatorische Phase sowie eine verlängerte proliferative Phase. Erst von Tag 30 bis 90 kehrten die meisten Parameter wieder auf ein mehr oder minder normales Niveau zurück. Erwartungsgemäß waren die meisten histologisch positiven Zellen in der Anastomose selbst zu finden. Die Zellzahlen der Zellmarker ließen sich gut mit den Zytokinen in Einklang bringen. Jedoch ließen sich Zellzahlen und Zytokinkonzentration meist nicht korrelieren. Es traten mit IFN-gamma und RANTES zwei Zytokine auf, die im kutanen Modell nicht beobachtet wurden. IFN-gamma hemmt die meisten Zellen, die im Rahmen der proliferativen Phase benötigt werden und könnte ein Grund für die verlängerte inflammatorische Phase sein. Aus diesen Untersuchungen lässt sich schließen, dass die komplikationslose kolonische Wundheilung grundsätzlich mit der kutanen vergleichbar ist. Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dieser Arbeit werden jetzt als Grundlage für ein Modell mit erhöhter Dehiszenzwahrscheinlichkeit verwendet. Damit soll ein besseres und systematisches Verständnis für die Pathogenese der Anastomoseninsuffizienz gewonnen werden. So wird es möglich, auf histologischer Ebene und auf Proteinebene die Unterschiede zwischen komplikationsloser und komplikationsbehafteter Anastomosenheilung zu beobachten, sind die klinischen Folgen bei einer Leckage doch in vielen Fällen verheerend. Zudem wird es dann möglich sein, systematischer zu ergründen, wie etwa intraoperativ eingebrachte Zytokine oder zytokingetränkte Fäden das Wundmilieu verändern und beeinflussen.
Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von freien Schleimhaut- und Bindegewebstransplantaten in der Parodontologie, Perioprothetik und Implantologie erweitern heute das Behandlungsspektrum in der ästhetischen Zahnheilkunde. Die Einheilung der Transplantate an der Empfängerstelle ist inzwischen gut untersucht. Dem Wundheilungsverlauf der Entnahmestelle hingegen wurde bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Ziel dieser Studie war es, den Heilungsverlauf der Entnahmestelle im harten Gaumen nach Entnahme von freien Schleimhauttransplantaten und freien Bindegewebstransplantaten unter Denudation des Knochens histologisch und histometrisch näher zu beschreiben. Die Untersuchungen wurden an ausgewachsenen Langschwanzmakaken (Macaca fascicularis) durchgeführt. Die Entwicklung von Granulationsgewebe, Epithel und Bindegewebe und die Veränderungen des Knochens wurden 2 Wochen, 1, 3 und 6 Monate nach der Transplantatentnahme histologisch beschrieben und histometrisch vermessen. Über den Entzündungszustand, die Differenzierung der Gewebe und den Wundheilungsfortschritt wurde berichtet. Die unoperierte kontralaterale Gaumenseite diente als Negativkontrolle. Eine Exposition von Knochen bei der Entnahme freier Schleimhaut- und Bindegewebstransplantate führte zu deutlichen Wundheilungsverzögerungen und Veränderungen am Knochen. Der Knochen zeigte nach einer anfänglichen Resorption eine über mindestens 6 Monate persistierende Hyperplasie. Die Wundheilung der Weichgewebe resultierte in der Ausbildung von hochdifferenziertem Narbengewebe. Eine restitutio ad integrum fand nicht statt. Um das Risiko einer Denudation von Knochen bei der Entnahme von freien Schleimhaut- und Bindegewebstransplantaten möglichst gering zu halten, sollte deshalb minimalinvasiven Operationstechniken, die einen primären Wundverschluss der Entnahmestelle erlauben, der Vorzug gegeben werden.