Modifikation der Makrophagen-Aktivität durch Extrakorporale Stoßwellentherapie in einem dreidimensionalen Hautmodell

Abstract

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Entwicklung eines 3D-Gewebemodells, das die Untersuchung molekularer Mechanismen nach einer Behandlung mit extrakorporalen Stoßwellen in einem belastbaren Versuchsansatz ermöglicht. Ziel war es, ein Modell zu schaffen, das die physiologischen Bedingungen der menschlichen Haut realitätsnah simuliert und gleichzeitig die Kultivierung sowie Behandlung humaner Makrophagen erlaubt. Darüber hinaus wurde der Einfluss der ESWT auf die Polarisierung humaner Makrophagen in dem zuvor etablierten Kollagengel-Modell genauer untersucht. Unter den zuvor definierten Voraussetzungen wurden in dieser Arbeit zwei Modelle auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Dabei zeigte sich die Verwendung einer Kollagenmembran als Scaffold für Makrophagen sowohl in Mono- als auch in Tri-Kultur als nicht praktikabel. In dem durchgeführten Versuchsaufbau konnten in der abschließenden mikroskopischen Analyse keine Makrophagen in den Matrices nachgewiesen werden. Dagegen erbrachte die Kultivierung von Fibroblasten und HUVECs in Bi-Kultur vielversprechendere Ergebnisse. Beide Zellpopulationen zeigten innerhalb der Kollagenmembran nachweislich eine Aktivität. Die Fibroblasten migrierten innerhalb der 21 Kulturtage fast vollständig durch die Membran. Zudem konnten durch die HUVECs ausgebildete flächige interzelluläre Vernetzungen in der Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen werden. Das eingesetzte Modell auf Basis eines bovinen Kollagengels zeigte im Hinblick auf die Möglichkeit zur Untersuchung mechanischer Stimuli in einem dreidimensionalen Gewebeverbund vielversprechende Ergebnisse. Das enthaltene Kollagen Typ I, ein zentraler Bestandteil der EZM menschlicher Haut, schafft hierfür ideale Bedingungen. Zudem überzeugt das verwendete Hydrogel durch die einfache Handhabung in der Zellkultur. Die Zellen konnten problemlos in Suspension gebracht und anschließend gleichmäßig in dem gesamten Volumen des ausgehärteten Kollagengels verteilt werden. Die verwendeten Makrophagen konnten zwei Tage in der Kollagenmatrix kultiviert und anschließend mithilfe einer Kollagenase-Lösung aus dem Gel isoliert werden. Zudem wurde nachgewiesen, dass die in dem Gel kultivierten Makrophagen durch adäquate Stimuli, wie IL-4, erfolgreich umpolarisiert werden können. Diese Erkenntnis ist von großer Bedeutung für die weitere Analyse der Wirkung von extrakorporalen Stoßwellen ESWT auf Makrophagen. Allerdings zeigte eine einmalige Applikation von ESWT keine signifikante Veränderung der untersuchten Oberflächenmoleküle auf den Makrophagen. Um den Einfluss der ESWT auf Makrophagen sowie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen besser zu verstehen, sind weitere Studien erforderlich. Einen vielversprechenden Ansatz bietet dabei die Analyse in einer Bi-Kultur aus Makrophagen und Fibroblasten.