Hintergrund: Die Anastomoseninsuffizienz (AI) ist eine gefürchtete Komplikation abdominalchirurgischer Eingriffe und geht mit einer gesteigerten postoperativen Morbidität und Mortalität einher. Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) ist ein zentraler Regulator des Wundheilungsprozesses und stimuliert unter anderem Kollagensynthese sowie Fibroblasten- und Endothelproliferation. Untersucht wurde, ob die lokale Applikation von IGF-1 über beschichtetes Nahtmaterial die Wundheilung positiv beeinflusst. Methodik: Mithilfe einer biodegradierbaren Poly(D,L-Laktid)-Trägersubstanz (PDLLA) wurde das Nahtmaterial unter sterilen Bedingungen mit biologisch aktivem IGF-1 beschichtet. An sechs Monate alten, weiblichen Sprague Dawley Ratten wurde eine Dissektion und Anastomosierung des Colon transversum durchgeführt. Für die Anastomosennaht wurden, je nach Gruppenzugehörigkeit, unbeschichtete, alleinig mit PDLLA beschichtete sowie PDLLA + IGF-1 beschichtete Fäden verwendet. Nach einer Standzeit von einem, drei oder sieben Tagen wurde die Proteinkonzentration von IGF-1, Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), Transforming Growth Factor-beta 1 (TGF-β1) und Granulocyte Macorphage-Colony Stimulating Factor (GM-CSF) mittels ELISA sowie die IGF-1- und VEGF-Genexpression mittels quantitativer PCR (qPCR) im perianastomotischen Gewebe gemessen. Des Weiteren wurde die biomechanische Festigkeit der Anastomosen sowie die Anastomosenregion histologisch untersucht (beides nicht Teil der vorliegenden Promotionsarbeit). Ergebnisse: In den ELISA-Untersuchungen konnte in der PDDLA + IGF-1 Gruppe an Tag 1 und Tag 7 eine statistisch signifikant erhöhte IGF-1-Konzentration gemessen werden (p<0,05). Die messbare VEGF-Konzentration lag in der PDLLA + IGF-1 Gruppe an Tag 1 tendenziell über beiden Vergleichsgruppen, an Tag 7 jedoch signifikant unterhalb jener der unbeschichteten Versuchsgruppe. In den TGF-β1- und GM-CSF-Proteinbestimmungen waren zu keinem Zeitpunkt statistisch signifikante Unterschiede messbar. Mittels qPCR konnte an Tag 1 und Tag 7 in der PDLLA + IGF-1 Gruppe eine signifikant höhere VEGF-Genexpression im Vergleich zu den anderen Versuchsgruppen bestimmt werden; die IGF-1-Expression dieser Gruppe lag nur an Tag 7 signifikant über jener der Vergleichsgruppen, an den vorhergegangenen Untersuchungszeitpunkten waren die Werte gruppenübergreifend vergleichbar. In den biomechanischen Untersuchungen konnte an Tag 3 in der PDLLA + IGF-1 Gruppe eine signifikant erhöhte V Stabilität der Anastomosenregion ermittelt werden, während sich histologisch eine gesteigerte bindegewebige Überbrückung des Anastomosenspaltes bei vergleichsweise reduzierter Zahl Entzündungszellen zeigte. Zusammenfassung: Die lokale Applikation von IGF-1 hatte einen partiellen Einfluss auf die Protein- und Genexpression im Bereich der Anastomose. Durch das vermehrt vorliegende IGF-1 konnten Wundheilungsprozessen stimuliert werden, was die biomechanische Stabilität der Anastomose an Tag 3 verbesserte und auch histologisch nachvollziehbar war. Für VEGF waren zum Teil gegenläufige Werte in Proteinkonzentration und Genexpression messbar, die auf ein Vorliegen regulierender Feedbackmechanismen schließen lassen. Durch die verbesserte Heilung könnten postoperative Komplikationen vermieden und Morbidität und Mortalität gesenkt werden.
Background: Anastomotic leakages are a feared complication of visceral surgery, associated with increased postoperative morbidity and mortality. Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) is a vital regulator of wound healing processes and stimulates, among others, collagen synthesis as well as proliferation of fibroblasts and endothelial tissue. It was investigated whether the local application of IGF-1 via coated suture material positively impacts the healing of colon anastomoses in rats. Methods: Suture material was coated under sterile conditions with biologically active IGF-1 using a biodegradable layer of poly(D,L-lactide) (PDLLA) as carrier. Six-month old, female Sprague Dawley rats underwent dissection and anastomosis of the transverse colon. Anastomoses were performed with, depending on randomization, uncoated suture material, PDLLA alone, or coating with PDLLA + IGF-1. One, three, or seven days post-operatively, perianastomotic IGF-1, Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), Transforming Growth Factor-beta 1 (TGF-β1), and Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor (GM-CSF) protein concentration was measured using ELISA, as well as IGF-1- and VEGF-gene expression via quantitative PCR (qPCR). In addition, anastomoses were tested biomechanically and histologically (not part of this doctoral thesis). Results: The ELISA tests showed a significantly increased IGF-1 concentration in the PDLLA + IGF-1 group on day 1 and day 7 (p<0.05). On day 1, VEGF measurements were by trend higher in the PDLLA + IGF-1 group, while a significant reduction in this group was seen on day 7, compared to the uncoated group. The TGF-β1 and GM-CSF protein VI measurements showed no significant differences between the groups at any point of time. The qPCR showed a significantly increased VEGF gene expression in the PDLLA + IGF-1 group on day 1 and day 7. A significant increase in IGF-1 expression in this group was only measurable on day 7; at the earlier investigation times the values had been comparable between all groups. The biomechanical tests showed a significantly increased stability of the anastomotic region in the PDLLA + IGF-1 group, with an increased collagen and fibroblast deposition in the perianastomotic region and less inflammatory cells seen histologically. Conclusion: Local application of IGF-1 had a partial influence on perianastomotic protein and gene expression. The increased IGF-1 concentration stimulated healing processes which improved the biomechanical stability on day 3 and could also be seen histologically. For VEGF, the protein concentration and gene expression showed, in part, opposite trends, suggesting the presence of regulating feedback mechanisms. The improved healing could potentially reduce postoperative complications, directly affecting morbidity and mortality.
