gms | German Medical Science

Fragestellung: Ionisierende Strahlung führt zu akuten und chronischen Strahlenschäden an der Haut. Die Behandlung schwerwiegender Wunden (Ulzerationen / Nekrosen) ist langwierig und beinhaltet oft eine chirurgische Resektion und Rekonstruktion. Ein neuer und vielversprechender Therapieansatz zur Behandlung von strahleninduzierten Wunden ist der Einsatz von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) und ihrer extrazellulären Vesikel (EV). Da der genaue Mechanismus hinter der verbesserten Wundheilung durch eine Therapie mit extrazellulären Vesikeln noch nicht vollständig verstanden ist, untersuchten wir die Wirkung von EV auf ein Wundmodell mit bestrahlten primären Hautzellen.

Methodik: Die extrazellulären Vesikel der hMSC wurden durch differentielle Ultrazentrifugation isoliert und mittels Western Blot, Elektronenmikroskopie und Nanopartikel-Tracking-Analyse sowie einer Proteinkonzentrationsbestimmung mit einem BCA-Protein-Assay charakterisiert. Der Einfluss von EV auf die Migration und Proliferation sowie Viabilität von bestrahlten (0, 20, 30 Gray) primären humanen Keratinozyten und Fibroblasten wurde mit Scratch-Assays in einem Live-Cell-Imaging-System und kolorimetrischen Viabilitäts-Assays untersucht. Die Aktivität der Matrix-Metalloproteinasen (MMP) im Zellkulturmedium wurde mittels Zymographie analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Charakterisierung ergab, dass die isolierten Vesikel positiv für die EV-Marker CD63, CD81 und HSP70 sind. Eine Behandlung mit EV verbesserte die durch die Bestrahlung beeinträchtigte Migration und Proliferation sowie Viabilität der Zellen. So zeigte sich bei den bestrahlten Keratinozyten und Fibroblasten nach einer Behandlung mit EV in den Scratch-Assays, dass die Zelldichte im Wundbereich und die Wundkonfluenz im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe signifikant höher waren (Keratinozyten: p-Wert = 0,009 / Fibroblasten: p-Wert = 0,029). Zudem zeigte sich in den Viabilitäts-Assays eine signifikant höhere Viabilität der behandelten Zellen (Keratinozyten: p-Wert = 0,003 / Fibroblasten: p-Wert = 0,022). Darüber hinaus führte die Behandlung mit EV zu einer signifikant höheren Sekretion von MMP-2 und MMP-9 durch Keratinozyten.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Therapie mit EV eine positive Wirkungen auf bestrahlte Hautzellen hat und die Sekretion von MMP induzieren kann, welche eine wichtige Rolle bei der Remodellierung der extrazellulären Matrix während der Wundheilung spielen. Das wachsende Wissen über die positiven Eigenschaften von hMSC-abgeleiteten extrazellulären Vesikeln in Regenerationsprozessen trägt zur zukünftigen Entwicklung klinischer Anwendungen für Patienten bei, die unter Strahlenschäden sowie chronischen Wunden anderer Genese leiden.