Blaulichtstrahlung

Effekte hochintensiver Blaulichtstrahlung auf die Myofibroblasten-Differenzierung und andere narbenrelevante Parameter humaner Hautfibroblasten

Im Rahmen von zell- und molekularbiologischen Untersuchungen haben Dr. Christian Opländer und sein Forschungsteam von der Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie

Universitätsklinikum der RWTH Aachen erstmals Effekte von neuartigen, hochintensives blaues Licht emittierenden Lichtquellen auf narbenrelevante Parameter in humanen Hautfibroblasten untersucht. Sie fanden heraus, dass blaues Licht außerhalb des UV-Spektrums in bestrahlten Fibroblasten wellenlängen- und dosisabhängig eine Toxizität induzieren kann.

Durch die Bestrahlung von Fibroblasten mit nicht-toxischen Dosen blauen Lichts kann eine Verminderung der Zellproliferation und die Inhibition der TGF -induzierten Differenzierung der Zellen zu Myofibroblasten erreicht werden. Weiterhin konnte die Gruppe erstmals zeigen, dass die Bestrahlung von Fibroblasten mit blauem Licht die Empfindlichkeit dieses Zelltyps gegenüber Noxen, wie z.B. Wasserstoffperoxid, wesentlich erhöht. Die Aufklärung der diesen Effekten zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind Gegenstand der aktuellen Untersuchungen.

Die Wundheilung ist ein komplexer, fein abgestimmter Prozess, bei die Fibroblasten der Haut eine Schlüsselfunktion einnehmen. Durch die Fähigkeit zur Kollagensynthese sorgen sie nach einer Verwundung der Haut für den Aufbau einer provisorischen und später einer geordneten extrazellulären Matrix. Über die Freisetzung von Botenstoffen können Fibroblasten Abwehrzellen des Immunsystems anlocken. Zudem sorgen Sie durch die Ausschüttung unterschiedlicher Wachstumsfaktoren u.a. für die Wiederbesiedlung und Deckung des Wundareals mit Keratinozyten. Diese Zellen bilden in mehreren Schichten die Epidermis, die für eine Barrierefunktion der Haut gegenüber schädlichen Faktoren, wie Bakterien, Strahlung, Chemikalien etc. unbedingt notwendig ist.

Nach Verbrennungen erfolgt kein Zelltod der Myofibroblasten

Fibroblasten können sich nach einer Verwundung der Haut zu einem anderen Zelltyp, den so genannten Myofibroblasten verwandeln. Dieser Differenzierungsschritt ist ein wesentlicher Vorgang im Heilungsgeschehen und wird eingeleitet durch einen speziellen Entzündungsbotenstoff. Die Myofibroblasten vermehren sich schnell, können hohe Mengen an Kollagen produzieren und haben Ähnlichkeit mit den Zellen der glatten Muskulatur. So sind sie in der Lage, sich zusammenzuziehen bzw. zu kontrahieren. Durch diese Kontraktionsfähigkeit werden die Wundränder zusammengezogen und somit die Wunde mechanisch verschlossen. Daher sind Myofibroblasten für die Wundheilung essentiell. Nach Abschluss der Wundheilung sterben die Myofibroblasten durch einen programmierten Zelltod, der sogenannten Apoptose. Durch Apoptose werden im menschlichen Körper normalerweise überflüssige, geschädigte und kranke Zellen beseitigt.

Insbesondere nach schweren Verbrennungen, die mit einer starken Entzündung einhergehen, scheint dieser Mechanismus für die Myofibroblasten zu versagen. Es bleiben nach der Verheilung des geschädigten Areals zu viele aktive Myofibroblasten im Wundbereich bzw. in der Narbe und führen durch eine Überproduktion von Kollagen zu überwuchernde Narben und zu Keloiden. Nach ausgedehnten Haut- und Weichteilverletzungen in Folge von Verbrennungen entstehen oft Narbenkontrakturen, d.h. ein übermäßiges Zusammenziehen und Verhärtung des Narbengewebes. Auch bei diesem Vorgang der Narbenkontraktur sind überaktive Myofibroblasten entscheidend beteiligt und verursachen stark verwachsende, ungleichmäßige Narben, die bis zur Einschränkung der Beweglichkeit von Gelenken und im schlimmen Fällen zu Knochenbrüchen führen können.

Standardtherapien nur begrenzt erfolgreich und für die Patienten oft belastend

In der Behandlung von hypertrophen Narben, Keloiden und Narbenkontrakturen stellt die hochdosis Steroidtherapie heutzutage immer noch die pharmakologische Standardtherapie dar, wobei aufgrund des breiten Nebenwirkungsspektrums schnell ihre therapeutischen Grenzen erreicht sind. Weitere Standardmaßnahmen in der Narbenprophylaxe sind die bekannten Kompressionsverbände sowie Silikon-basierte Therapieansätze, die jedoch all zu oft nur begrenzt Erfolge aufweisen. Insbesondere bei größeren Narbenarealen stellen daher immer noch die Radiotherapie sowie chirurgische Interventionen die häufigste Therapieform da, wobei auch hier die Resultate häufig unbefriedigend sind und die Behandlungen für den betroffenen Patient oftmals belastend.

Bestrahlungen mit intensivem Blaulicht insbesondere mit 420 nm kann bereits in nicht-toxischen Dosen die natürliche, durch TGF- 1 bedingte Differenzierung der Fibroblasten zu Myofibroblasten hemmen. Man sieht in der linken Photoreihe, dass durch TGF- 1 Fibroblasten zu Myofibroblasten differenzieren (grüne Färbung der Myofibroblasten), wohingegen nach Bestrahlung mit 420 nm diese Differenzierung stark reduziert wird.

In einem weiteren Versuch hat das Forschungsteam humane Hautfibroblasten in eine Kollagenmatrix (Kollagengel) eingebettet. Diese Kollagenmatrix ahmt die extrazelluläre Matrix des natürlichen Hautgewebes nach. Es wurde beobachtet, dass die Umdifferenzierung der Fibroblasten in Myofibrobklasten in dem Kollagengewebe zu einer Kontraktur des Gewebes führt. Eine solche Kontraktur bleibt jedoch aus, wenn die mit Fibroblasten besiedelten Gewebe mit blauen Licht (10 J/cm2 420 nm) bestrahlt wurden. Die bestrahlten Kollagenproben erscheinen daher auf dem Bild größer als die nicht bestrahlten kontrahierten Kontrollen (K).

Verschiedene klinische Studien in Planung

Nach Vervollständigung und Beendigung unserer in vitro Studien ist geplant, im Rahmen einer klinischen Pilotstudie den positiven Einfluss der Blaulichtexposition auf die Narbenprophylaxe bzw. Narbenbildung an Patienten mit IIb und drittgradigen Verbrennungen zu validieren. In einer weiteren Studie soll untersucht werden, ob eine Blaulichtbehandlung den Status bereits bestehenden Verbrennungsnarben positiv beeinflussen kann. Die bis dato evaluierten Daten zur Blaulicht-Fibroblasten-Interaktion stellen sehr konkrete Hinweise auf eine erfolgreiche pharmafreie Anwendung von hochintensivem blauem Lichts zur Prophylaxe und Behandlung von hypertrophen Narben, Keloiden und Narbenkontrakturen dar.

Insgesamt glauben Dr. Opländer und sein Team, dass eine Behandlung mit intensivem Blaulicht zu einer erheblichen Verbesserung der Narbenqualität nach IIb und drittgradigen Verbrennungen führen kann und so pharmafrei und nebenwirkungsarm mit geringem Aufwand eine Verbesserung der Lebensqualität von betroffenen Patienten erreicht werden kann.

Nach Abschluss der klinischen Untersuchungen werden wird Cicatrix ausführlich über die Ergebnisse berichten.

Siehe auch: Dr. med. Christian Opländer, Studienpreis 2009