In-vivo Untersuchungen zur molekularen Wirkungsweise von thermomechanischer Ablation an der Haut

Abstract

Hintergrund Minimalinvasive Techniken, die durch Induktion der Kollagenneubildung eine Verbesserung der Hautstruktur bewirken, finden zunehmend Anwendung. Durch Reduktion der Wundheilungsdauer und Nebenwirkungsraten haben neue fraktionierte Verfahren wie fraktioniert-ablative Laser oder die kürzlich eingeführte thermomechanische Ablation (TMA) die klassischen ablativen Laser als Goldstandard abgelöst. Die molekularen Effekte dieser Techniken sind kaum untersucht, für die individualisierte Auswahl der Verfahren sowie für deren prospektive Nutzung in der transdermalen Wirkstoffapplikation ist deren Kenntnis jedoch essentiell. In der vorliegenden Arbeit werden die grundlegenden Wirkmechanismen der TMA untersucht. Methoden TMA (TixelÒ) wurde an 6 gesunden Probanden durchgeführt. 1h und 24h postinterventionem wurde mittels kutaner Mikrodialyse Gewebeflüssigkeit aus den TMAArealen sowie aus Kontrollarealen gewonnen. Mittels LuminexâxMAPâ Technologie wurden die Proben auf Zytokine und Wachstumsfaktoren untersucht. Die Ergebnisauswertung erfolgte als deskriptive Statistik, der Vergleich anhand der Mediane der Gruppen. Unterschiede wurden mittels Wilcoxon-Test statistisch getestet, p-Werte <0.05 wurden als statistisch signifikant bewertet. Ergebnisse 1h nach TMA wurde eine signifikante Hochregulation der inflammatorischen Zytokine IL-1β (46,3%;p<0.05), IL-6 (14,8%;p<0.05), IL-8 (77,7%;p<0.01) und TNFα (83,9%;p<0.05) beobachtet. Nach 24h war noch IL-1β (366,0%;p<0.05) signifikant erhöht, IL-8 (16,5%;p=0.74) war gesunken, TNFα lag auf dem Niveau der Kontrolle und IL-6 (- 14%;p=0.14) war herabreguliert. 24h nach TMA war in der Gruppe der Chemokine MCP-1 signifikant herabreguliert (- 37,3%;p>0.01), während PDGF (+313,3%;p=0.34) erhöht war. Die im adaptiven Immunsystem wirkenden Zytokine IL-2, IL-15 und IL-9 waren nach 24h nicht signifikant hochreguliert. Die Wachstumsfaktoren VEGF-A, HGF, PDGF, BDNF und EGF zeigten eine Hochregulation nach 24h. VEGF-A (78,9%;p<0.01 und 52,2%;p=0.6) und HGF 4 (47,4%;p<0.01 und 47,2%;p=0.07) waren initial stärker hochreguliert, während PDGF, BDNF und EGF initial herabreguliert waren. FGF-2 war zu beiden Messzeitpunkten signifikant herunterreguliert (-27,2%;p<0.01; -22,1%;p<0.05). Diskussion Der signifikante Anstieg proinflammatorischer Zytokine unmittelbar nach sowie der verzögerte Anstieg der Wachstumsfaktoren 24h nach der TMA bilden die Phasen der Wundheilung gut ab. Der Abfall von IL-8 innerhalb von 24 Stunden weist auf eine kurze Re-Epithelialisierungszeit und schnelle Wiederherstellung der Hautintegrität nach TMA hin. Dies unterstützt die klinischen Daten, dass die TMA im Vergleich zu den ablativen Laserbehandlungen ein geringeres Ausmaß an epithelialer Verletzung induziert und eine Reduktion der Ausfallzeit sowie ein vermindertes Risiko für Nebenwirkungen bedingt. Die Untersuchung zeigt auf molekularer Basis, dass die TMA für regenerative Behandlungen, bei denen eine nur kurzzeitige Barrierefunktionsstörung angestrebt wird, eine Alternative zu den bislang untersuchten ablativen Laserverfahren darstellt. Schlußfolgerung Die Wundheilung nach TMA wurde auf molekularer Ebene untersucht. Es zeigten sich Zytokinmodulationen und die Freisetzung von Wachstumsfaktoren, die die bekannten Phasen einer Wundheilungsreaktion widerspiegeln.

Background Microinvasive skin resurfacing techniques, inducing collagen formation and deposition, are used increasingly in dermatology. Replacing ablative treatments, the current gold standard are modern techniques such as fractionated ablative lasers, radiofrequency, microneedling or the recently induced thermomechanical ablation (TMA). Few studies have investigated the molecular effects of such treatments. Although the general mechanism seems to be the induction of inflammation resulting in dermal collagen deposition there are differences to be noted that may lead to tailored skin rejuvenation approaches in the future. Being a new approach on microinvasive techniques, knowledge of molecular effects of TMA is essential but has not yet been studied. Methods Using TixelÒ, TMA was performed on 6 healthy study subjects. Tissue fluid of treated and control areas was extracted using cutaneous microdialysis 1h and 24h postinterventionem. In a multiplex assay analysis, cytokines and growth factors were quantified using LuminexÒxMAPâ technology. Descriptive statistics, using median comparison, were performed. Wilcoxon-test was chosen for statistical testing, significance was determined as p<0.05. Results 1h post-TMA significant upregulation of inflammatory cytokines IL-1β (46,3%;p<0.05), IL- 6 (14,8%;p<0.05), IL-8 (77,7%;p<0.01) and TNFα (83,9%;p<0.05) was measured. 24h post-TMA IL-1β (366,0%;p < 0.05) was still significantly upregulated, IL-8 (16,5%;p=0.74) had decreased, TNFα had returned to control levels and IL-6 (-14%;p=0.14) showed downregulation. 24h post-TMA chemoattractant MCP-1 was significantly downregulated (-37,3%;p>0.01), PDGF was upregulated (+313,3%;p=0.34). Upregulation of cytokines IL-2, IL-15 and IL-9 modulating adaptive immunity after 24h was not significant. Growth factors VEGF-A, HGF, PDGF, BDNF and EGF were upregulated after 24h. VEGF-A (78,9%;p<0.01 and 52,2%;p=0.6) and HGF (47,4%;p<0.01 and 47,2%;p=0.07) showed higher upregulation after 1h while PDGF, BDNF and EGF were downregulated. 6 FGF-2 showed significant downregulation (-27,2%;p<0.01; -22,1%;p<0.05) at both timepoints. Discussion The significant rise of inflammatory cytokines and delayed upregulation of growth factors after TMA reflect the phases of wound healing. The decay of IL-8 concentrations within 24h indicates a rapid re-epithelialisation and fast restoration of the skin’s integrity after TMA. In comparison to ablative lasers TMA leads to a lesser extent and shorter duration of epithelial injury and thus reduces down time and lowers the risk for side effects. The investigation shows that TMA is a valid alternative to previously studied laser treatments when aiming at fast restoration of the skin barrier. Conclusion The wound healing after TMA was analyzed on a molecular basis. The found cytokine modulations and release of growth factors were in accordance to the known phases of wound healing.