Analyse des Reepithelialisierungsmechanismus auf zellulärer Ebene mittels organotypischer in vitro Wundheilungsmodelle aus systembiologischer Perspektive

Seit mehr als 40 Jahren werden in der Literatur kontroverse Mechanismen diskutiert, welche die Reepithelialisierung und die damit einhergehende Bildung einer epidermalen Migrationszunge postulieren. Die diskutierten Mechanismen lassen hierbei die kollektive Zellmigration als möglichen Einflussfaktor während der Reepithelialisierung vollkommen außer Acht. Die, im Rahmen dieser Arbeit, etablierten organotypischen Wundheilungsmodelle ermöglichten die Analyse der Reepithelialisierung aus einer systembiologischen Perspektive und führten zu einem neuen Reepithelialisierungmechanismus, der Proliferation sowie kollektive Zellmigration als essentielle Faktoren in sich vereint. Die Proliferationsanalyse zeigte hierbei, dass sich die proliferative Aktivität als konzentrische Welle von den unverwundeten Bereichen in Richtung des Wundareals bewegt, wobei die Majorität der neu produzierten Zellen nicht von der Wunde selbst, sondern auf Basis dieser Proliferationswelle generiert wird. Darüber hinaus konnte durch Polaritätsanalyse gezeigt werden, dass diese neu generierten Zellen mittels kollektiver Migration in das Wundareal einwanderten um die Migrationszunge zu verlängern. Hierbei migrierten basale Keratinozyten des umliegenden, unverwundeten Gewebes sowie in der Migrationszunge selbst unter den differenzierten, suprabasalen Keratinozyten hindurch. Eine neu entwickelte doppelte Fluoreszenzfärbestrategie ermöglichte es, die räumliche Verteilung migrierender Keratinozyten innerhalb der sich bildenden Migrationszunge zu verfolgen. Hierbei zeigte sich, dass im Laufe der Reepithelialisierung alle fluoreszenzgefärbten Zellen im suprabasalen Kompartiment der Migrationszunge akkumulierten um einen sich kontinuierlich verlängernden Schutzschild zu bilden, welcher durch die kollektive Migration basaler Keratinozyten vorangetrieben wird. Zusammenfassend basiert dieser Reepithelialisierungsmechanismus zur Verlängerung der EET auf drei Prozessen: (i) Der kollektiven Migration basaler Keratinozyten, (ii) dem Lifting Mechanismus, welcher für die Ausbildung eines mehrschichtigen Epithels sorgt, sowie (iii) der aktiven Migration der Keratinozyten an der Migrationsfront der EET. Der im Rahmen dieser Arbeit postulierte Reepithelialisierungsmechanismus stellt somit die in der Literatur diskutierten Mechanismen in Frage und führt zu einem fortschrittlichen Erklärungsmodell der Reepithelialisierung epidermaler Wunden. Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit mittels Multiplex Technologie Wundheilungassoziierte Signalwege untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein zweites, neuartiges Wundheilungsmodell auf Basis epidermaler, dermaler Kokulturen entwickelt. Dieses Modell erlaubte die Interaktion zwischen Keratinozyten und Fibroblasten während der Kultivierung, ermöglichte jedoch durch einfache Separation beider Zelltypen eine voneinander unabhängige proteomische Analyse. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass die mitogen aktivierten Proteinkinasen p38 und Erk1/2 sowie der Transkriptionsfaktor STAT3 eine entscheidende Rolle während der Reepithelialisierung spielen. Zeigten Erk1/2 und STAT3 eine durch Fibroblasten induzierbare Aktivität, so konnte die Phosphorylierung von p38 auf den Wundstimulus zurückgeführt werden. Überdies wiesen p38 und STAT3 Migrations-assoziierte Effekte auf, während die Phosphorylierung von Erk1/2 zu einer möglichen Steigerung proliferativer Aktivität der Keratinozyten führte. Die Analyse des Kulturüberstandes ermöglichte es weiterhin Zytokine zu identifizieren, welche potentiell für die Aktivierung der jeweiligen Signalwege verantwortlich sein könnten. Zusammenfassend wurden im Rahmen dieser Dissertation organotypische in vitro Wundheilungsmodelle etabliert, welche die Analyse der Reepithelialisierung, als auch Wundheilung-assoziierter Signalwege ermöglichten. Auf Basis dieser Ergebnisse konnte ein neuartiger Reepithelialisierungsmechanismus postuliert werden, der Proliferation, Differenzierung und kollektive Zellmigration in sich vereint und entscheidend zu dem Verständnis der Reepithelialisierung während der Wundheilung beträgt. Zusätzlich konnten durch die Anwendung der Multiplex-Technologie mit p38, Erk1/2, sowie STAT3 essentielle Signalwege identifiziert werden, deren zukünftige Pertubation wichtige Werkzeuge zur Modulation der Wundheilung darstellen