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Einleitung: Das Auftreten von Restenosen ist bei ca. 50% eine relevante Spätkomplikation bei der chirurgischen oder interventionellen Therapie von Gefäßverengungen und Gefäßverschlüssen. Intimahyperplasie (IH) und ungünstiges Gefäßremodeling (GR) stellen dabei wichtige pathogenetische Mechanismen dar, die von multiplen Faktoren beeinflusst werden. Bis heute ist es nicht gelungen, eine adäquate Therapie zur Verhinderung von Restenosen zu finden. Innerhalb der ersten 72 Stunden nach Gefäßwandverletzung wird die Entstehung der IH maßgeblich durch das Mitogen basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) gesteuert. Photodynamische Therapie (PDT), ein Verfahren bei dem durch Lichtbestrahlung eines photosensiblen Farbstoffs Cytotoxizität und Veränderungen der extrazellulären Matrix (ECM) induziert werden, führt zur Hemmung von IH durch Inhibierung von glatten Muskelzellen (SMC) und zu einer Inaktivierung matrix-assoziierten bFGFs in-vitro. Ziel dieser Studie ist es, die Proliferation von SMC und ihre bFGF Proteinexpression nach PDT von isolierter, endothelialer ECM in-vitro zu untersuchen, um so Rückschlüsse auf den Mechanismus des Remodeling nach PDT zu ziehen. Material und Methohen: Nach einer Standardtechnik wurde in 6-Well Zellkulturplatten endotheliale ECM hergestellt. Die ECM wurde mit dem Photosensitizer Chloraluminium sulfoniertes Phthalocyanin (CASPc) inkubiert und mit rotem Licht aus einem Diodenlaser (100 J/cm², 100 mW/cm², l=675 nm) bestrahlt. Anschließend wurden SMC auf der ECM kultiviert. Nach 24, 48 bzw. 72 Stunden wurde die Zellproliferation durchflußzytometrisch festgestellt und die intrazelluläre Proteinexpression mit einem bFGF-ELISA bestimmt. Zum Vergleich wurde der Versuch mit unbehandelter ECM (KO), nur Laser-behandelter ECM (LO), nur CASPc-behandelter ECM sowie mit Zellkulturplatten ohne Matrix (PL) durchgeführt. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± SD in Bezug zu unbehandelter ECM (KO) angegeben. Der statistische Vergleich zwischen den einzelnen Gruppen erfolgte mit einem univariaten ANOVA. Ergebnisse: Die Proliferation der SMC war bei PDT und PL gegenüber KO zu allen Zeitpunkten signifikant gehemmt. LO und DT zeigten keine Unterschiede im Proliferationsverhalten im Vergleich zu KO. Die Konzentration von zell-assoziiertem bFGF war nach 24 Stunden bei PDT gegenüber KO signifikant erhöht. Nach 48 und 72 Stunden zeigte lediglich PL gegenüber KO noch eine signifikant erhöhte bFGF-Proteinexpression. Bei LO war im Vergleich zu KO kein Unterschied feststellbar, während bei DT nach 24 Stunden eine signifikante Erhöhung der bFGF-Proteinexpression vorhanden war. Schlussfolgerung: PDT von isolierter ECM führt zu einer Proliferationshemmung von SMC in-vitro. Dass die Proliferation der SMC nach PDT abnimmt ist für die Repopulation der Gefäßwand in-vivo günstig, scheint PDT doch die IH-verursachenden SMC zu hemmen. Die intrazelluläre bFGF-Proteinmenge ist bei PDT gegenüber KO vorübergehend erhöht. Dies könnte für eine Hemmung des Proteinausschlusses und der autokrinen Stimulation sprechen. Dass der intrazelluläre bFGF-Gehalt jedoch lediglich kurz nach PDT beeinflusst wurde, lässt vermuten, dass intrazelluläres bFGF für die anhaltende Proliferationsveränderungen der SMC nur eine untergeordnete Rolle spielt.
Die Hauptkomplikation (bis zu 30-50%) bei der Therapie von Gefäßeinengungen (Stenosen) nach invasiven Interventionen ist eine durch Verletzung des Gefäßes verursachte erneute Einengung (Restenose) der Gefäßstrombahn. Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) gehört zu einer Gruppe von 21 strukturell miteinander verwandten Heparin-bindenden Wachstumsfaktoren, die auf eine Vielzahl verschiedener biologischer Prozesse wie Zellproliferation, -migration, Plasminogenaktivierung, Integrinexpression sowie embryonale Entwicklung und Differenzierung wirken. Insbesondere innerhalb der ersten 72 Stunden nach Gefäßwandverletzungen ist es an der Proliferationssteigerung glatter Gefäßmuskelzellen (SMC) und damit an der Entwicklung von Intimahyperplasie (IH) und Gefäßstenosen durch autokrine und parakrine Stimulation beteiligt. Photodynamische Therapie (PDT) hemmt IH und bewirkt hierbei eine vollständige Gefäßzelleradikation mit minimaler Repopulation der Media bei beschleunigter Reendothelialisierung. Weiterhin wird matrix-assoziiertes bFGF inaktiviert und dadurch die Mitoserate und Migration von SMC inhibiert, von Endothelzellen (EC) jedoch gesteigert. Um festzustellen, welchen Einfluß bFGF auf das Remodeling nach Verletzung der Gefäßwand und erfolgter PDT hat, untersucht die vorliegende in-vitro Studie Proliferation sowie bFGF-mRNA- Expression boviner aortaler EC und SMC nach PDT von isolierter extrazellulärer Matrix (ECM). Hierzu wurde ECM nach einer Standardtechnik in 6-Loch Zellkulturplatten hergestellt. Durch Bestrahlung des Farbstoffs Chloraluminium sulfoniertes Phthalocyanin (CASPc; 1 µg/ml) mit Licht (100 J/cm², 100 mW/cm², l=675 nm) wurde die Matrix photodynamisch behandelt. Nach Besiedlung der Matrices mit 2x105 EC bzw. SMC wurde die Proliferation 24, 48 und 72h durchflußzytometrisch bestimmt. Um die quantitative Bestimmung der bFGF mRNA Expression 12, 24 und 48h nach PDT zu realisieren, wurden erstmals die PCR-Bedingungen für b-Actin und bFGF der EC und SMC auf das LightCyclerä-System abgestimmt und etabliert. Die Proliferation von EC nach PDT wurde zu allen Zeitpunkten gegenüber EC auf unbehandelter ECM signifikant (p< 0,0004) stimuliert, die von SMC hingegen signifikant (p< 0,002) gehemmt. Die bFGF mRNA-Expression in EC nach PDT der ECM zeigte gegenüber EC auf unbehandelter ECM lediglich einen signifikanten (p< 0,005) Anstieg nach 24h. In SMC nach PDT der ECM konnten hingegen keine signifikanten Änderungen dokumentiert werden. Die Ergebnisse dieser Studie, legen den Schluß nahe, daß es durch einen PDT-Effekt der ECM zu einer akzelerierten Reendothelialisierung kommt. Die anhaltend verstärkte Proliferation der EC ist dennoch wahrscheinlich nicht allein dem vergleichbar kurzen Anstieg der bFGF mRNA-Expression zuzuschreiben. Die Abnahme der SMC-Proliferation nach PDT-Vorbehandlung der ECM läßt vermuten, daß bioaktive Stimuli für die Zellvermehrung ausgeschaltet worden sind. Da hier jedoch eine erhöhte bFGF Protein Konzentration (dies zeigte eine unveröffentlichte Studie unserer Arbeitsgruppe) ohne erhöhte bFGF mRNA Expression vorlag, läßt dies nur den Schluß zu, daß bFGF nicht oder nur in geringem Maße aus den SMC ausgeschleust werden konnte und es zu einer Hemmung der bFGF-vermittelten autokrinen Stimulation der SMC in diesem Modell kommt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die unterschiedliche intrazelluläre Beeinflußung der Gefäßzellfunktionen von EC und SMC durch PDT von ECM und eröffnen damit nicht nur weitere Aspekte zur Aufklärung der Mechanismen der vaskulären PDT, sondern könnten auch zum Verständnis verschiedener Interaktionen zwischen Zellen und deren unmittelbaren Umfeld beitragen.
Der A. carotis interna (ACI)-Bulbus ist eine Prädilektionsstelle für atherosklerotische Gefäßwandveränderungen. Allerdings erklären konventionelle vaskuläre Risikofaktoren nicht vollständig das Atherosklerosevorkommen im Bereich der Karotisbifurkation. Darüber hinaus ist bekannt, dass auch lokale anatomische und hämodynamische Faktoren die Initiierung des atherosklerotischen Prozesses beeinflussen können. In der vorliegenden Arbeit wurden die wechselseitigen Beziehungen zwischen vaskulären Risikofaktoren, atherosklerotischen Frühveränderungen und anatomischen Varianten des Karotissystems in einer bevölkerungsbasierten Studie untersucht. Die Studienpopulation bestand aus 1300 Personen im Alter zwischen 40 und 70 Jahren, die eine Subgruppe einer großen Querschnittstudie darstellten und frei von klinisch-relevanten Manifestationen einer fortgeschrittenen Atherosklerose waren. Die Prävalenz vaskulärer Risikofaktoren wurde mit einem standardisierten und computergestützten Interviewverfahren ermittelt. Hochauflösender Ultraschall wurde sowohl zur Visualisierung der Karotis-IMT an drei Arterienstellen (A. carotis communis, Karotisbifurkation, ACI-Bulbus) als auch zur Identifikation von atherosklerotischen Plaquebildungen innerhalb des ACI-Bulbus auf beiden Seiten eingesetzt. Die Karotis-IMT wurde quantifiziert, indem die mittlere Intima Media-Dicke der schallkopffernen Gefäßwand mit Hilfe eines digitalen Auswertprogramms gemessen wurde. Um die anatomische Variabilität der Karotisbifurkation zu bestimmen, wurde eine standardisierte transversale Insonation verwendet und der Winkel des ACI-Abgangs, der als Rotationswinkel in Relation zur A. carotis externa ausgedrückt wurde, gemessen. Nach Adjustierung für Alter und Geschlecht zeigten sich starke Beziehungen zwischen der Karotis-IMT und Risikofaktoren wie “Arterielle Hypertonie”, “Rauchen” und “Body Mass Index”, während die Korrelation mit dem “Gesamtcholesterin” schwach war. Die Karotis-IMT ist um so dicker, je stärker der einzelne Risikofaktor ausgeprägt ist. Keinerlei Beziehungen ergaben sich zwischen dem Risikofaktor “Diabetes mellitus” und der Karotis-IMT, was darauf zurückzuführen ist, dass die Prävalenz dieser Erkrankung in der untersuchten Population sehr niedrig war. Als positive Prädiktoren für ACI-Plaquebildungen erwiesen sich nach Alters- und Geschlechtsadjustierung der Bluthochdruck und der Nikotinkonsum. Der Winkel des ACI-Abgangs war positiv mit der IMT des ACI-Bulbus, jedoch nicht mit der IMT der anderen Arteriensegmente assoziiert. Nach Adjustierung für Alter, Geschlecht und vaskuläre Risikofaktoren erhöhte ein dorsal/dorsomedialer ACI-Abgang (Rotationswinkel ≥60°) das Risiko, eine Bulbus-IMT im höchsten Quartil aufzuweisen, um das dreifache (OR: 2.99; 95%-KI: 1.86-4.83; p<0.001) auf der linken und um das zweifache (OR: 2.01; 95%-KI: 1.31-3.09; p=0.001) auf der rechten Seite. Eine ähnliche Beziehung fand sich für Plaquebildungen, die “Odds Ratios” betrugen nach multivariater Analyse 3.67 (95%-KI: 1.49-9.03) auf der linken und 2.07 (95%-KI: 1.10-4.83) auf der rechten Seite (p=0.035 beidseits). Der ACI-Abgangswinkel hat somit auch einen unabhängigen, positiv-prädiktiven Wert zur Vorhersage von Plaquebildungen des ACI-Bulbus. Eine unabhängige Beziehung der konventionellen vaskulären Risikofaktoren mit dem ACI-Abgangswinkel lag dagegen nicht vor. Die Verwendung der standardmäßigen, schräg anterioren Einschallrichtung hatte keinen Einfluss auf die IMT-Messungen im ACI-Bulbus. Die vorliegenden Ergebnisse sind vereinbar mit vorherigen epidemiologischen Studien, die zeigen, dass die Frühatherosklerose des Karotissystems bei klinisch gesunden Personen durch die meisten traditionellen Risikofaktoren moduliert wird. Außerdem wurde festgestellt, dass die Variabilität der Gefäßanatomie einen unabhängigen Einfluss auf die Atherogenese haben könnte. Die Tatsache, dass diese Beziehung spezifisch für den ACI-Bulbus ist, indiziert, dass ein größerer ACI-Abgangswinkel zu lokalen hämodynamischen Veränderungen führt, die ihrerseits das Atheroskleroserisiko erhöhen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass der ACI-Abgangswinkel ein neuer Risikofaktor für die Karotisatherosklerose sein könnte. Ob es sich hierbei jedoch um eine kausale Beziehung handelt, kann nicht im Rahmen einer Querschnittstudie bewiesen werden. Diese Hypothese sollte nun in prospektiven Studien geprüft werden.