Einleitung: Schwere Verletzungen der Skelettmuskulatur sind aufgrund fettiger Degeneration und Fibrosierung mit einem wesentlichen Kraft- und Funktionsverlust verbunden. Für die Entwicklung neuer Therapieoptionen ist es essenziell, die zellulären und molekularen Mechanismen, welche die Muskelregeneration einschränken, besser zu verstehen. Diese Arbeit untersucht den Einfluss des adaptiven Immunsystem auf die Regeneration schwerer Muskelverletzungen und inwieweit gezielte Immunmodulation die Heilung beeinflussen können. Methodik: In vivo erfolgte bei 58 weiblichen Sprague-Dawley Ratten ein standardisiertes Quetschtrauma des linken Musculus soleus. Zur longitudinalen Betrachtung der zellulären Kinetik des adaptiven Immunsystems wurden am Trauma-Tag sowie am ersten (n=3), dritten (n=3), siebten (n=11) und 14. (n=3) postoperativen Tag durchflusszytometrische Analysen zur Zellquantifizierung in peripherem Blut und Muskelgewebe durchgeführt. Zudem wurden am 28. postoperativen Tag Muselkraftmessungen der Mm. solei im Seitenvergleich durchgeführt. Neben einer Kontrollgruppe ohne Antikörpergabe (n=13) erfolgten dafür interventionell jeweils 24 und 48 h vor Trauma die Gabe von anti-CD4-Antikörpern (n=9) oder anti-CD8-Antikörpern (n=10). Ergänzend erfolgte eine Isoytpkontrolle mit Gabe von anti-IgG1-Antikörpern (n=6). Ergebnisse: Die longitudinale Betrachtung der lokalen Zellzusammensetzung zeigte eine progressive Anreicherung von CD45+ Zellen im Verletzungsgebiet, welche ihr Maximum am siebten posttraumatischen Tag erreichte. Diese Anreicherung war mit einer Akkumulation von CD45+CD3+ T-Zellen verbunden, welche an Tag sieben die Konzentrationen des peripheren Blutes überstieg. Innerhalb der CD3+ T-Zell-Subpopulationen waren vor allem CD45+CD3+CD4+CD25high und CD45+CD3+CD8+ T-Zellen lokal signifikant erhöht (p<0,05). Zusätzlich zeigte sich hier ein geringeres Verhältnis von CD4+ zu CD8+ Zellen im verletzten Muskel als im peripheren Blut. Bezogen auf die Muskelkraftmessungen ergab sich kein signifikanter Unterschied zwischen CD4-Interventionsgruppe und der Kontrollgruppe. Einen signifikant geringeren Kraftverlust zeigte jedoch die CD8-Depletionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe mit einem Verlust der schnell-zuckenden Kraft mit 7% zu 35% und der tetanischen Kraft mit 9% zu 52% (p<0,05). Schlussfolgerung: Nach einem schwere Skelettmuskeltrauma kommt es innerhalb der ersten 14 Tage zu einer dynamischen Anreicherung von T-Zellen im Verletzungsgebiet. Insbesondere das Verhältnis aus CD4+ zu CD8+ T-Zellen scheint bei der Muskelregeneration eine entscheidende Rolle zu spielen, da es durch eine Depletion der zytotoxischer CD8+ T-Zellen zu einer signifikant verbesserten Regeneration der Muskelkraft kommt.
Severe muscle injuries are associated with a substantial loss of muscle force and functionality because of fatty degeneration and fibrosis during the healing process. To create new therapeutic approaches there is an essential need to understand cellular and molecular mechanisms that impair muscle regeneration. This study is supposed to investigate the role of the adaptive immune system in muscle regeneration after a severe skeletal muscle trauma as well as to explore the influence of a targeted immune modulation on the regenerative process. Methods: In vivo 58 female Sprague-Dawley rats underwent a standardized crush injury in the left soleus muscle. To consider longitudinal cellular kinetics of the adaptive immune system flow, cytometric cell quantification analyzes in peripheral blood and muscle tissue at the day of trauma and after one (n=3), three (n=3), seven (n=11) and 14 (n=3) days were performed. Also, muscle force measurements for soleus muscles in a direct comparison of both sides on day 28 were accomplished. In addition to a control group without intervention (n=13) applications of anti-CD4-antibodies (n=9) and anti-CD8-antibodies (n=10) 24 and 48 hours prior to the trauma were performed. Additionally, there was an isotype control group that received anti-IgG1-antibodies (n=6). Results: The longitudinal cellular composition of the adaptive immune system revealed a progressive enrichment of CD45+cells at the injury site with a local peak on the seventh day. This accumulation was attached to a local enrichment of CD45+CD3+T cells that exceeded peripheral blood levels on the seventh day. Within CD3+T cell subpopulations there were significantly higher concentrations of CD45+CD3+CD25high and CD45+CD3+CD8+T cells at the injury site at this point (p<0,05). Additionally, there was a lesser CD4/CD8-ratio in injured muscle tissue than in peripheral blood. Based on the muscle force measurements the loss of strength in the control group and CD4-depletion group did not differ significantly. In contrast there was a significant difference in the CD8-depletion group compared to the control group with 7% to 35% for fast-twitch force and with 9% to 52% for tetanic force (p<0,05). Conclusion: During the first 14 days after a severe skeletal muscle injury there is a dynamic enrichment of T cells at the injury site. Especially the CD4/CD8-ratio seems to have a crucial function in muscle regeneration. In the absence of cytotoxic CD8+T cells there is a significant improvement of muscle force regeneration.
