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Implants elicit an immunological response after implantation that results in the worst case in a complete implant rejection. This biomaterial-induced inflammation is modulated by macrophages and can be influenced by nanotopographical surface structures such as titania nanotubes or fractal titanium nitride (TiN) surfaces. However, their specific impact on a distinct macrophage phenotype has not been identified. By using two different levels of nanostructures and smooth samples as controls, the influence of tubular TiO2 and fractal TiN nanostructures on primary human macrophages with M1 or M2-phenotype was investigated. Therefore, nanotopographical coatings were either, directly generated by physical vapor deposition (PVD) or by electrochemical anodization of titanium PVD coatings. The cellular response of macrophages was quantitatively assessed to demonstrate a difference in biocompatibility of nanotubes in respect to human M1 and M2-macrophages. Depending on the tube diameter of the nanotubular surfaces, low cell numbers and impaired cellular activity, was detected for M2-macrophages, whereas the impact of nanotubes on M1-polarized macrophages was negligible. Importantly, we could confirm this phenotypic response on the fractal TiN surfaces. The results indicate that the investigated topographies specifically impact the macrophage M2-subtype that modulates the formation of the fibrotic capsule and the long-term response to an implant.
Gestörte Proliferations- und Differenzierungsprozesse in Keratinozyten spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese vieler Hauterkrankungen. Intrazelluläre Signalmechanismen, die die korrekte Balance zwischen epidermaler Proliferation und Differenzierung aufrecht halten, sind bis jetzt größtenteils unbekannt. Einer dieser ausschlaggebenden Transkriptionsfaktoren ist der Nukleäre Faktor-kappaB (NF-kB). Uns interessierte der Einfluss des IKK/IkBa/NF-kB-Signalweges auf das intrinsische Differenzierungsprogramm von Keratinozyten. Mittels retroviraler Infektion wurden sowohl in primären Keratinozyten als auch in HaCaT verschieden mutante Formen von Faktoren des NF-kB-Signalweges eingebracht: dominant negative (dn) Formen der IKK1 und IKK2, eine konstitutiv aktive Form der IKK2 (IKK2 EE) und eine nicht-degradierbare Form des Inhibitors IkBa. Zusätzlich wurden auch pharmakologische Inhibitoren von NF-kB (BAY 11-7082 und SC-514) untersucht. Die Funktionalität der Mutanten wurde im Westernblot durch Analyse der IkBa Degradation überprüft. Anschließend wurde die Differenzierung der Keratinozyten durch Erhöhung des extrazellulären Calciums induziert. Der Grad der Differenzierung wurde durch morphologische Studien und Untersuchung der Expression der Differenzierungs-marker p21 und Involucrin untersucht. Im Gegensatz zu Ergebnissen aus Tiermodellen, konnten wir keine Effekte der mutierten IkB Kinasen 1 und 2 auf die Calcium-induzierte in vitro Differenzierung beobachten. Jedoch wurde die Aktivierung inflammatorischer Gene, gemessen an der Induktion von ICAM-1 und IL-8 nach TNF-a Stimulation, vollständig in den IKK2 KD und mut IkBa exprimierenden Zellen inhibiert. In der Zelllinie, welche die entsprechende IKK1 Mutante trug, wurde deren Expression nur teilweise geblockt. Zusammenfassend lässt sich aus unseren Ergebnissen schließen, dass zumindest in vitro IKK1 und IKK2 nicht an der Regulation des Calcium-induzierten intrinsischen Differen-zierungsprozesses von Keratinozyten beteiligt sind, jedoch eine zentrale Rolle in der inflammatorischen Aktivierung dieser Zellen spielen.
Background: The sympathetic nervous system is considered to modulate the endotoxin-induced activation of immune cells. Here we investigate whether thoracic epidural anesthesia with its regional symapathetic blocking effect alters endotoxin-induced leukocyte-endothelium activation and interaction with subsequent endothelial injury. Methods: Sprague Dawley rats were anesthetized, cannulated and hemodynamically monitored. E. coli lipopolysaccharide (Serotype 0127: B8, 1.5 mg x kg(-1) x h(-1)) or isotonic saline (controls) was infused for 300 minutes. An epidural catheter was inserted for continuous application of lidocaine or normal saline in endotoxemic animals and saline in controls. After 300 minutes we measured catecholamine and cytokine plasma concentrations, adhesion molecule expression, leukocyte adhesion, and intestinal tissue edema. Results: In endotoxemic animals with epidural saline, LPS significantly increased the interleukin-1 beta plasma concentration (48%), the expression of endothelial adhesion molecules E-selectin (34%) and ICAM-1 (42%), and the number of adherent leukocytes (40%) with an increase in intestinal myeloperoxidase activity (26%) and tissue edema (75%) when compared to healthy controls. In endotoxemic animals with epidural infusion of lidocaine the values were similar to those in control animals, while epinephrine plasma concentration was 32% lower compared to endotoxemic animals with epidural saline. Conclusions: Thoracic epidural anesthesia attenuated the endotoxin-induced increase of IL-1 beta concentration, adhesion molecule expression and leukocyte-adhesion with subsequent endothelial injury. A potential mechanism is the reduction in the plasma concentration of epinephrine.