Der Einfluss bi- bis pentazyklischer Kohlenwasserstoffe auf Proliferation und Differenzierung humaner Kerationzyten im Rahmen hyperproliferativer Hauterkrankungen

  • Naphthalan ist ein natürliches mineralisches Schweröl mit einem hohen Anteil an gesättigten bi- bis pentazyklischen Kohlenwasserstoffen (KW). Es wird heutzutage erfolgreich in der Behandlung der Psoriasis, einer hyperproliferativen Hauterkrankung mit gleichzeitig mangelhafter terminaler Differenzierung der Keratinozyten eingesetzt. Seine Wirkungsweise ist bisher aber nicht bekannt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Naphthalan auf die Proliferation, Differenzierung und Toxizität von humanen Keratinozyten zu untersuchen und ggf. Rückschlüsse auf einen zu Grunde liegenden Wirkmechanismus zu ziehen. Für unsere Untersuchungen wurden zwei Fraktionen von Naphthalan verwendet: 1. eine durch Destillationsprozesse teilfraktionierte, bräunlich Subfraktion (NB) mit einem im Vergleich zur Ausgangssubstanz hohen Anteil an oligozyklischen gesättigten KW und einem sehr geringen Anteil an Aromaten und polaren KW. 2. eine farblose Subfraktion (NW), aus der die oligozyklischen gesättigten KW weitgehend entfernt wurden. Als Vergleich diente ein herkömmliches mineralisches Schweröl (MO). Die Effekte wurden an einer immortalisierten Zelllinie adulter humaner Keratinozyten (HaCaT) und an primären humanen Keratinozyten, die aus der Haut von Reduktionsplastiken isoliert wurden, untersucht, und zwar zeit- (24-72h) und konzentrationsabhängig (NB 0,001-1%; NW 0,001-1%, MO 0,01-10%). Die Untersuchung der Zellproliferation erfolgte mittels BrdU-ELISA, der Zytotoxizität mittels Trypanblau-Vitalfärbung/WST-1-Test und der Zelldifferenzierung mittels Durchflusszytometrie sowie mittels immunhistochemischer Färbung von Hautbiopsien von zuvor mit Naphthalan behandelten Patienten. Involucrin u. Cytokeratin 10/11 dienten als Zielantigene zur Untersuchung der Differenzierung. Für HaCaT- und primäre humane Keratinozyten ergab sich ein dosis- und zeitabhängiger Effekt von Naphthalan auf die Hemmung der Zellproliferation. Die max. Hemmung nach 48h betrug 89.82% (NB 1%) für HaCaT- und 71.62% (NB 1%) für primäre humane Keratinozyten (p􀂔0,0001). Bezüglich der Viabilität ergab sich im Trypanblau-Test lediglich nach prolongierter Inkubationsdauer von 48h unter NB 1% ein schwach signifikanter Effekt mit Nachweis von 14,68% avitalen HaCaT-Keratinozyten bzw. 9,54% avitalen primären humanen Keratinozyten. Hinsichtlich der Induktion der Zelldifferenzierung zeigten sich ebenfalls dosis- und zeitabhängige Effekte. Für den „frühen“ Differenzierungsmarker Cytokeratin 10/11 ergab sich für HaCaT-Keratinozyten ein max. Anstieg der Expression um 326,1% (NB 1%) und für primäre humane Keratinozyten um 264,18% (NB 1%) (p􀂔0,0002). Für den „späten“ Differenzierungsmarker Involucrin ergab sich erst nach einer prolongierten Inkubationsdauer von 48h ein signifikanter max. Anstieg der Expression um 4303,5% (NB 1%) für HaCaT-Keratinozyten und von 657,48% (NB 1%) für primäre humane Keratinozyten (p􀂔0,0002). Klinisch zeigte sich bei Patienten mit langjähriger therapierefraktärer Psoriasis nach 3-wöchiger topischer Naphthalan-Ganzkörpertherapie (1x/die 12min.) an einem Kollektiv von 5 bzw. 20 Patienten eine mittlere Reduktion des PASI-Scores von 20,2 auf 4,7 bzw. von 23,5 auf 8,3. Immunhistologisch zeigte sich eine Abnahme des Proliferationsindex von 29,3% auf 7,1%; die terminale Induktion der Keratinozytendifferenzierung konnte an der Zunahme der Cytokeratin 10/11- und Involucrin-Expression bestätigt werden. Histologisch zeigte sich eine weitgehende Normalisierung der durch Hyperproliferation, Akanthose, Hyper-/Parakeratose, Angiogenese, Vasodilatation und mononukleäre Zellinfiltration i.R. der Psoriasis gestörten Hautarchitektur. Zusammenfassend führt NB zu einer konzentrations- und zeitabhängigen hochsignifikanten Proliferationshemmung von HaCaT- und primären humanen Keratinozyten. Sie beruht nicht auf einem zytotoxischen Effekt auf die Zellen. Die Wirkung ist abhängig von den spezifischen Bestandteilen von NB, insbesondere den oligozyklischen gesättigten KW, i.e. Sterane und Hopane, die in NW und herkömmlichem Schweröl fast bzw. gar nicht vorkommen. NB führt weiterhin zu einer hochsignifikanten Zunahme der Cytokeratin 10/11- und Involucrin-Expression, zweier Markerproteine der terminalen Keratinozytendifferenzierung. Somit liegt die Ursache der Proliferationsinhibition und der klinischen Wirksamkeit von Naphthalan in der Induktion der terminalen Zelldifferenzierung. Aufgrund der einfachen topischen Anwendungsmöglichkeit, guter Verträglichkeit bei bisher nicht nachgewiesenen systemischen Nebenwirkungen, der erfolgreichen Anwendung auch in bisher therapierefraktären Fällen und aufgrund ökonomischer Betrachtungen erscheint Naphthalan als eine mögliche Therapieoption in der Behandlung der Psoriasis. Dies sollte in größeren, kontrollierten klinischen Studien überprüft werden. Gaschromatographische und massenspektrometrische Untersuchungen zeigten eine cluster-förmige Anhäufung von oligozyklischen KW aus der Gruppe der Sterane und Hopane. Der Vergleich mit strukturanalogen Substanzen (u.a. Vitamin D) legt einen Wirkmechanismus über eine MAP-Kinase-Kaskade vermittelte Modulation der Expression von Differenzierungsmarkern (Involucrin, Cytokeratin 10/11) über verschiedene Transkriptionsfaktoren, i.e. AP-1/-2, C/EBP, nahe. Hier sind zur genauen Klärung weitere Untersuchungen notwendig. Durch weitere Subfraktionierung könnte vielleicht das aktive Substrat einer möglicherweise neuen Substanzklasse isoliert werden.

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  • Schindewolf_Dissertation_Der_Einfluss_bi_bis_pentazyklischer_Kohlenwasserstoffe.pdf
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Metadaten
Author:Marc Schindewolf
URN:urn:nbn:de:hebis:30-73147
Referee:Wolf-Henning Boehncke, Stefan Frank
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/12/18
Year of first Publication:2009
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2009/11/03
Release Date:2009/12/18
Page Number:118
Note:
Diese Dissertation steht leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext im WWW zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
HeBIS-PPN:419141766
Institutes:Medizin / Medizin
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
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