Effekte von plättchenreichem Plasma auf Schlüsselzellen der kutanen Wundheilung nach externer Bestrahlung

Die Grundlage der physiologischen Wundheilung bildet ein koordiniertes Ineinandergreifen fein aufeinander abgestimmter Mechanismen, in denen Wachstumsfaktoren eine relevante Rolle spielen. Die Anwendung ionisierender Strahlung, die bei Malignomen im Kopf-Hals-Bereich zum primären und adjuvanten Therapieregime zählt, gehört zu den Faktoren, die dieses sensible Gleichgewicht empfindlich stören. Als Therapiemöglichkeit für strahleninduzierte Wundheilungsstörungen wird u.a. die exogene Stammzelltherapie untersucht. Desweiteren gilt plättchenreiches Plasma als potentes, autologes, pro-proliferatives Blutderivat. Dabei handelt es sich um ein autologes Blutplasma mit der 4-5-fachen Konzentration von Thrombozyten pro μl im Vergleich zu Vollblut. Die darin enthaltenen Wachstumsfaktoren könnten die lokale Verfügbarkeit von wundheilungsfördernden Mediatoren erhöhen und dadurch radiogenen Wundheilungsstörungen entgegenwirken. Um diese Hypothese auf zellulärer Ebene zu untersuchen, erarbeitete unsere Arbeitsgruppe zwei Modelle. Im ersten Modell wurden humane adipogene Stammzellen (hASC) und humane dermale mirkovaskuläre Endothelzellen (HDMEC) in Mono- und Ko-Kultur mit 2 Gray (Gy), 6 Gy oder 12 Gy bestrahlt oder blieben als Positivkontrolle unbestrahlt. Im Vergleich dazu wurde einem Teil der Zellkulturen 5% PRP oder 10% PRP zugesetzt. Gemessen wurden Veränderungen bezüglich der Zellzahlen und der Freisetzung von Wachstumsfaktoren (basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), Platelet-derived Growth Factor (PDGF)), Zytokinen (Interleukin (IL)-6) und Adhäsionsmolekülen (soluble Intercellular Adhesion Molecule (sICAM) -1 und soluble Vascular Cellular Adhesion Molecule (sVCAM) -1), durch Applikation ansteigender Stahlendosen oder in Verbindung mit unterschiedlicher Konzentration des PRP. Die Konzentrationen der erwähnten Entzündungsmediatoren und Wachstumsfaktoren wurde in den Zellüberständen mittels ELISA bestimmt. Für das zweite Modell wurden pulmonale Fibroblasten mit HDMEC in einem Tube Formation Assay mit und ohne Zugabe von 5% PRP ko-kultiviert und zweimal mit jeweils 2 Gy bestrahlt und nach 7 Tagen der Effekt auf die Gefäßneubildung untersucht. Als Ergebnis der Exposition mit ionisierender Strahlung, sank im ersten Modell die Zellzahl der HDMEC in Mono- und Ko-Kultur ab einer Strahlendosis von 6 Gy signifikant im Vergleich zur unbestrahlten Kontrolle ab. Bei hASC in Monokultur blieb ein Strahleneffekt aus. Die Zugabe von 5% und 10% PRP zu hASC in Monokultur hingegen führte bei unbestrahlten und mit 2 Gy bestrahlten Kulturen zur Zellproliferation. Am deutlichsten konnte der pro-proliferative PRP-Effekt in der Ko-Kultur aus HDMEC und hASC gemessen werden. Hier zeigte sich eine signifikante Erhöhung der Zellzahl in unbestrahlten wie auch allen bestrahlten Ansätzen. In der unbestrahlten Kontrolle verdoppelte sich die Zellzahl der Ko-Kultur nach Zugabe des PRP nahezu, während nach Bestrahlung mit 6 Gy und 12 Gy eine Addition von 10% PRP die Zellzahl zurück bis auf das Ausgangsniveau der unbestrahlten Kontrolle brachte. Bezüglich der Proteinexpression zeigten HDMEC in Monokultur nach Bestrahlung zum Teil eine signifikante strahlendosisabhängige Steigerung der Konzentration von IL-6, PDGF, sICAM-1 und sVCAM-1. Die Zugabe von PRP verstärkte diesen Effekt bei der Expression von IL-6 und sICAM-1, während die Konzentration von PDGF durch Addition von PRP konzentrationsabhängig signifikant abfiel. In der Ko-Kultur konnte nach Bestrahlung eine dosisabhängige Steigerung der Konzentration von bFGF nachgewiesen werden. PRP steigerte diesen Effekt in der Ko-Kultur in bestrahlten Kulturen weiter, wohingegen es bei hASC und HDMEC in Monokultur die Freisetzung von bFGF inhibierte. Die Monokultur von hASC reagierte auf ionisierende Strahlung mit einer Reduktion von IL-6 sowie mit einer tendenziellen Steigerung der VEGF-Konzentration. PRP verstärkte die Proteinfreisetzung von VEGF in der hASC-Monokultur noch. Im zweiten Modell ergab die Auswertung der Tube Formation Assays mittels Mikroskop und Angioquant® Software anti-angiogene Effekte durch wiederholte Bestrahlung. Bislang existieren wenige Therapien für radiogene Wundheilungsstörungen. Die daraus resultierende Morbidität stellt jedoch ein klinisch relevantes Problem dar. Die topische Anwendung von plättchenreichem Plasma greift durch die Erhöhung lokaler Wachstumsfaktoren, Adhäsionsmoleküle und Zytokine in die Proliferation und Proteinexpression der Schlüsselzellen der Wundheilung sowie in die Ausbildung neuer Gefäße ein. Insbesondere in Verbindung mit einer Ko-Kultur aus adipogenen Stammzellen und HDMEC können pro-proliferative Effekte des PRP nachgewiesen werden, die dem strahleninduzierten Zelluntergang effektiv entgegenwirken. Die Stimulation der Proteinexpression des Wachstumsfaktors bFGF durch PRP könnte hauptsächlich dazu beitragen. Mögliche negative Effekte des PRP, wie die Erhöhung von Adhäsionsmolekülen, könnten durch die gleichzeitige Präsenz von hASC abgeschwächt werden. Die Anwendung von PRP zusammen mit adipogenen Stammzellen könnte daher ein wirkungsvolles Instrument in der Therapie strahleninduzierter Wundheilungsstörungen darstellen