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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-533139
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.53313
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 8 December 2022 |
| Referee: | PD Dr. Veronika Vielsmeier |
| Date of exam: | 6 December 2022 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde |
| Keywords: | Vaskuläre Malformationen, Arteriovenöse Malformationen, Zyklische Dehnung, Wachstumsreiz, Vaskulogenese, Angiogenese, VEGF |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 53313 |
Abstract (German)
Vaskuläre Anomalien stellen eine heterogene Gruppe an seltenen Erkrankungen dar, die mit Störungen der Gefäßentwicklung einhergehen. Die pathologische Vaskulogenese bzw. Angiogenese führt zu erkennbaren vaskulären Läsionen und daraus hervorgehenden Deformitäten. Vaskuläre Malformationen, die im Unterschied zu vaskulären Neoplasien schon zum Zeitpunkt der Geburt bestehen, werden in Fast-Flow- und ...
Abstract (German)
Vaskuläre Anomalien stellen eine heterogene Gruppe an seltenen Erkrankungen dar, die mit Störungen der Gefäßentwicklung einhergehen. Die pathologische Vaskulogenese bzw. Angiogenese führt zu erkennbaren vaskulären Läsionen und daraus hervorgehenden Deformitäten. Vaskuläre Malformationen, die im Unterschied zu vaskulären Neoplasien schon zum Zeitpunkt der Geburt bestehen, werden in Fast-Flow- und Low-Flow Malformationen unterteilt. Sie besitzen das Charakteristikum eines mit dem allgemeinen Körperwachstum einhergehenden Wachstums. Dieses Wachstum kann, insbesondere bei arteriovenösen Malformationen, durch externe Stimuli wie hypoxische Verhältnisse, hormonelle Schwankungen, lokale Traumata oder operative Eingriffe getriggert werden und zu einer plötzlichen Progredienz der Erkrankung führen. Der Pathomechanismus dahinter ist weitgehend ungeklärt. Daher gilt es, eine Krankheitsprogredienz, ausgelöst durch ein getriggertes Wachstum der Malformation, zu verhindern. Hierfür besteht der Bedarf eines besseren Verständnisses des zugrundeliegenden Pathomechanismus.
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Frage, inwiefern eine Korrelation zwischen mechanischen Einflussfaktoren und dem Wachstum der arteriovenösen Malformation besteht bzw. ob der auf die Malformation ausgeübte mechanische Stress als Wachstumsreiz wirkt. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen operativer Resektionen in der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde am Universitätsklinikum Regensburg gewonnene arteriovenöse Malformationszellen, einer Mischkultur aus Endothelzellen und Fibroblasten, einem Pendant gesunder Endothelzellen (Human Dermal Microvascular Endothelial Cells, HDMEC) und Fibroblasten (Normal Human Fibroblasts, NHF) gegenübergestellt. Das basale Wachstumsverhalten der Zellen wurde mithilfe eines Proliferationsversuchs in einer 6-Well-Platte sowie eines Resazurin-Assays ermittelt. Die AVM zeigten eine der Mischkultur entsprechende moderate Wachstumsrate zwischen der höheren Rate der Fibroblasten und der deutlich niedrigeren Rate der Endothelzellen. Anschließend wurden die Zellen über 24h bzw. 48h mechanischer Belastung in Form zyklischer Dehnung in einer Dehnungskammer ausgesetzt. In der anschließenden Zellzählung in einer Neubauer-Zählkammer zeigte sich eine deutlich erhöhte Zellviabilität der gedehnten AVM gegenüber der eigenen Kontrollgruppe und gegenüber den ebenfalls gedehnten HDMEC und NHF. Dies lässt darauf schließen, dass der Einfluss zyklischer Dehnung auf das Wachstum arteriovenöser Malformationen als signifikant größer anzusehen ist als der Einfluss auf das Wachstum gesunder Endothelzellen und Fibroblasten. Je länger es zu einer Einwirkung durch den mechanischen Stimulus kommt, desto höher die Steigerung der Proliferationsrate arteriovenöser Malformation im Unterschied zu gegenübergestellten Endothelzellen und Fibroblasten gesunder Gefäße. Auch die Fotodokumentation des Dehnungsprozesses erlaubt dem Beobachter einen Einfluss der Dehnung in Form einer Änderung der Zellausrichtung zu erkennen.
Die darauffolgende Proteinexpressionsanalyse auf die in die Vaskulo- und Angiogenese integrierten Faktoren IL-6, VEGF-A und TGF-β1, zeigte eine deutliche Korrelation zwischen einem Einfluss durch zyklische Dehnung und einer gesteigerten VEGF-A-Expression der AVM-Zellen, da die gedehnten AVM-Zellen sowohl gegenüber den ungedehnten Zellen der eigenen Zellentität als auch gegenüber den HDMEC-Zellen und NHF-Zellen der Dehnungsgruppe signifikant mehr VEGF-A exprimierten. Auch die ungedehnten AVM-Zellen exprimierten mehr VEGF-A als die ungedehnten HDMEC- und NHF-Zellen, was Studien bestätigt, die von einer im Vergleich zu gesunden Endothelzellen hohen VEGF-Expression zerebraler AVM-Endothelzellen berichten. Hinsichtlich IL-6 und TGF-β1 ließ sich kein direkter Zusammenhang zwischen zyklischer Dehnung und einem gesteigerten Expressionsprofil der AVM-Zellen erkennen. Daher wurde die anschließende quantitative Real-time PCR zur Verifizierung der in der Proteinexpressionanalyse getätigten Beobachtungen auf RNA-Ebene ausschließlich mit Detektion von VEGF-A durchgeführt. Die Ergebnisse der qPCR bestätigen das bereits auf Proteinebene erhaltene Bild. Innerhalb der Gruppe der AVM-Zellen zeigte sich eine signifikant höhere Expression von VEGF auf Seiten der gedehnten AVM-Zellen verglichen mit den ungedehnten AVM-Zellen und den gedehnten HDMEC- und NHF-Zellen. In seiner Funktion als Angiogenese-Induktor induziert VEGF das Wachstum arteriovenöser Malformationen, was rückschließend für eine Stimulation des AVM-Wachstums durch äußere Einwirkung zyklischer Dehnung spricht.
Unter Zusammenfassung aller Ergebnisse spricht dies für einen stimulierenden Einfluss zyklischer mechanischer Dehnung auf die VEGF-Expression arteriovenöser Malformationszellen und impliziert somit einen stimulierenden Einfluss zyklischer mechanischer Dehnung auf das Wachstum arteriovenöser Malformationen. Die Inhibition von VEGF und VEGF initiierten Signalwegen durch Bevacizumab, Trametinib oder EG00229 kann somit eine erfolgsversprechende Ergänzung zu momentanen therapeutischen Schemata darstellen. Dies gilt es in weiteren Grundlagenstudien zu erörtern.
Translation of the abstract (English)
Vascular anomalies represent a heterogeneous group of rare diseases associated with disorders of vascular development. Pathological vasculogenesis or angiogenesis leads to recognizable vascular lesions and resulting deformities. Vascular malformations, which in contrast to vascular neoplasms already exist at the time of birth, are divided into fast-flow and low-flow malformations. They have the ...
Translation of the abstract (English)
Vascular anomalies represent a heterogeneous group of rare diseases associated with disorders of vascular development. Pathological vasculogenesis or angiogenesis leads to recognizable vascular lesions and resulting deformities. Vascular malformations, which in contrast to vascular neoplasms already exist at the time of birth, are divided into fast-flow and low-flow malformations. They have the characteristic of growth accompanying general body growth. This growth, especially in arteriovenous malformations, can be triggered by external stimuli such as hypoxic conditions, hormonal fluctuations, local trauma, or surgical procedures, leading to sudden progression of the disease. The pathomechanism behind this is largely unexplained. Therefore, it is important to prevent disease progression by triggered growth of the malformation. For this, there is a need for a better understanding of the underlying pathomechanism.
The present dissertation deals with the question to what extent a correlation exists between mechanical influencing factors and the growth of the arteriovenous malformation or whether the mechanical stress exerted on the malformation acts as a growth stimulus. For this purpose, arteriovenous malformation cells obtained during surgical resections at the Department of Otolaryngology at the University Hospital Regensburg, Germany, were compared to a counterpart of healthy endothelial cells (Human Dermal Microvascular Endothelial Cells, HDMEC) and fibroblasts (Normal Human Fibroblasts, NHF). The basal growth behavior of the cells was determined using a proliferation assay in a 6-well plate and a resazurin assay. The AVM showed a moderate growth rate corresponding to the mixed culture between the higher rate of fibroblasts and the much lower rate of endothelial cells. Subsequently, the cells were subjected to mechanical stress in the form of cyclic stretch in a stretch chamber for 24 h or 48 h, respectively. Subsequent cell counting in a Neubauer counting chamber showed significantly increased cell viability of the stretched AVM compared with its own control group and compared with HDMEC and NHF, which were also stretched. This suggests that the influence of cyclic stretch on the growth of arteriovenous malformations should be considered significantly greater than the influence on the growth of healthy endothelial cells and fibroblasts. The longer the exposure to the mechanical stimulus, the higher the increase in the proliferation rate of arteriovenous malformation in contrast to juxtaposed endothelial cells and fibroblasts of healthy vessels. Photo documentation of the stretching process also allows the observer to detect an influence of stretching in the form of a change in cell alignment.
Subsequent protein expression analysis for the factors IL-6, VEGF-A, and TGF-β1, which are integrated in vasculogenesis and angiogenesis, showed a clear correlation between an influence by cyclic stretch and increased VEGF-A expression of AVM cells, because the stretched AVM cells expressed significantly more VEGF-A compared with both the unstretched cells of their own cell entity and the HDMEC cells and NHF cells of the stretch group. The unstretched AVM cells also expressed more VEGF-A than the unstretched HDMEC and NHF cells, confirming studies reporting high VEGF expression of cerebral AVM endothelial cells compared with healthy endothelial cells. With regard to IL-6 and TGF-β1, no direct correlation between cyclic stretch and an increased expression profile of AVM cells could be detected. Therefore, subsequent quantitative real-time PCR to verify the observations made in the protein expression analysis was performed at the RNA level with detection of VEGF-A only. The qPCR results confirmed the picture already obtained at the protein level. Within the group of AVM cells, there was a significantly higher expression of VEGF on the part of the stretched AVM cells compared with the unstretched AVM cells and the stretched HDMEC and NHF cells. In its function as an angiogenesis inducer, VEGF induces the growth of arteriovenous malformations, inferentially suggesting stimulation of AVM growth by external exposure to cyclic stretch.
Summarizing all results, this suggests a stimulatory influence of cyclic mechanical stretch on VEGF expression of arteriovenous malformation cells and thus implies a stimulatory influence of cyclic mechanical stretch on arteriovenous malformation growth. Inhibition of VEGF and VEGF-initiated signaling pathways by bevacizumab, trametinib, or EG00229 may thus represent a promising addition to current therapeutic regimens. This needs to be discussed in further basic studies.
Metadata last modified: 09 Dec 2022 11:01
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