Biologische Wirkung von UVA₁ (Neue LED-Technologie 360-400 nm versus herkömmliche Metallhalogenid Hochdruckstrahler 340-400 nm) auf die dermale Fibrose in vitro und in vivo

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Abstract (German)

Die Therapie mit ultraviolettem Licht (UV), insbesondere die UVA1-Phototherapie, gehört zu den effektivsten Behandlungsmodalitäten sklerotischer Hauterkrankungen, wie beispielsweise der lokalisierten Sklerodermie. Therapieerfolge konnten bereits in zahlreichen klinischen Studien bestätigt werden. Der technische Fortschritt in der Entwicklung neuer Lichtquellen, darunter auch der von ...

Abstract (German)

Die Therapie mit ultraviolettem Licht (UV), insbesondere die UVA1-Phototherapie, gehört zu den effektivsten Behandlungsmodalitäten sklerotischer Hauterkrankungen, wie beispielsweise der lokalisierten Sklerodermie. Therapieerfolge konnten bereits in zahlreichen klinischen Studien bestätigt werden. Der technische Fortschritt in der Entwicklung neuer Lichtquellen, darunter auch der von UVA1-Lichtquellen, führte hier auch zum erstmaligen Einsatz spezifisch UVA1-Licht emittierender Dioden („Light emitting diodes“ (LED)) neben den herkömmlich verwendeten Metallhalogenid Hochdruckstrahler-Lampen. LEDs bringen deutliche Vorteile bezüglich der Handhabung und der klinischen Anwendbarkeit mit sich.
In der vorliegenden Studie werden nun beide Lichtquellen, eine LED-Lampe mit einem schmalen Emissionsspektrum (360-400 nm), sowie die herkömmliche Metallhalogenid Hochdruckstrahler-Lichtquelle mit einem breiteren Spektrum (340-400 nm), miteinander verglichen bezüglich ihrer Effektivität in der Therapie der lokalisierten Sklerodermie. Beide Lichtquellen wurden mit folgenden Bestrahlungsparametern verwendet: „low-dose“ (20, 40 J/cm2), „medium-dose“ (60 J/cm2) sowie „high-dose“ (80, 100 J/cm2). Als Substrat dienten in den in vitro Studien normale Hautzellen, nämlich Keratinozyten und Fibroblasten. Im Versuchsansatz in vivo wurde mittels Bleomycin eine Sklerodermie-analoge Hautsklerose bei Mäusen induziert und diese ebenfalls mit UVA1 behandelt. Als Effektivitätsparameter wurden insbesondere der Kollagenmetabolismus und die Expression inflammatorischer Zytokine sowie von Wachstumsfaktoren im Zellkultur- und Mausmodell untersucht.
In beiden Versuchsansätzen zeigte die UVA1-Bestrahlung hierbei signifikante Effekte auf den Kollagenmetabolismus und beeinflusste inflammatorische Zytokine sowie Wachstumsfaktoren, welche allesamt eine große Rolle in den durch UVA1-Strahlung
ausgelösten Mechanismen und sklerotischen Hautveränderungen spielen. Kollagen-Typ-1 (Coll-1), welches in sklerotischen Hautveränderungen überproportional zu finden ist, wurde durch die UVA1-Bestrahlung im Versuchsansatz deutlich reduziert, wohingegen die Metallo-Matrix-Proteinase-1 (MMP-1), verantwortlich für die Reduktion der Kollagenfasern, nach UVA1-Bestrahlung signifikant erhöht wurde. Des Weiteren konnten durch die UVA1-Phototherapie vorteilhafte Veränderungen bei den inflammatorischen Zytokinen (IL-1α, IL-6, IL-8 und TNFα) sowie bei den profibrotischen Wachstumsfaktoren (TGFß-1, TGFß-2) festgestellt werden, welche das klinische Bild der Sklerodermie maßgeblich beeinflussen. Beide UVA1-Geräte zeigten dabei die gleichen Effekte in vivo und in vitro, mit deutlicher Reduktion inflammatorischer Zytokine, Herunterregulierung der Kollagenproduktion sowie Verstärkung der Kollagenabbauprozesse.
In Zusammenschau war die LED-basierte UVA1-Lichtquelle dem konventionellen System nicht unterlegen, das schmalere Emissionsspektrum könnte dabei zusätzlich den Vorteil besitzen, weniger karzinogen wirksam sein. Daneben dürften die Therapiesitzungen aufgrund fehlender Hitzeentwicklung für die betroffenen Patienten angenehmer sein und sich aufgrund kürzerer Bestrahlungszeiten sowie der Einsparung aufwändiger Belüftungssysteme schneller amortisieren.

Translation of the abstract (English)

Ultraviolet A1 (UVA1)-phototherapy is a well-established treatment for several skin diseases such as scleroderma, which has been proved to be successfully treated by UVA1-light according to many different studies. Recent developments in improving the commonly used UVA1-light sources brought attention to a new Light emitting diodes (LED)-technology bringing remarkable advantages benefitting the ...

Translation of the abstract (English)

Ultraviolet A1 (UVA1)-phototherapy is a well-established treatment for several skin diseases such as scleroderma, which has been proved to be successfully treated by UVA1-light according to many different studies. Recent developments in improving the commonly used UVA1-light sources brought attention to a new Light emitting diodes (LED)-technology bringing remarkable advantages benefitting the handling and clinical routine. In this study two UVA1-light sources (LED- and metal halide-lamp) with different UVA1-spectres, narrow- (360-400 nm) and broadband (340-4000 nm), were examined referring to their effectiveness in treating scleroderma, more precisely the localized scleroderma. Both light sources were able to emit low-dose (20, 40 J/cm2), medium-dose (60 J/cm2) and high-dose (80, 100 J/cm2) UVA1 light. Therefore, a bleomycin-induced scleroderma mouse model and normal skin cells, keratinocytes and fibroblasts, were treated with UVA1 in the course of in vivo and in vitro studies. UVA1 significantly effects the collagen metabolism and has an affecting impact on inflammatory cytokines as well as on growth factors, which play an emphasized role in UVA1-induced mechanisms and sclerosis-conditional symptoms. Collagen type I (Coll-1), which is excessively increased in sclerotic skin conditions, was strongly reduced by UVA1-phototherapy, whereas simultaneously Metallo-matrix-proteinase-1 (MMP-1), responsible for the Collagen degradation, was significantly enhanced after UVA1-exposure. Furthermore, profibrotic and inflammatory marker, dominating the clinical picture of sclerosis, including the inflammatory cytokines (IL-1α, IL-6, IL-8 and TNFα) and profibrotic growth factors (TGFß-1, TGFß-2), were analyzed and showed different changes following UVA1-radiation. Both UVA1 devices revealed the beneficial effect of UVA1 light healing the skin disease scleroderma and at the same time inducing identical biological mechanisms in vitro and in vivo by reducing inflammatory cytokines, downregulating the collagen productions and enhancing collagen degradation.
Referring to the identical results, the new UVA1-therapy using LED-lights has the potential to improve the present UVA1-phototherapy in lowering costs and making the therapy session more comfortable by shorten the duration and eliminating unpleasant health development. Thus, the new UVA1-device presents a promising new therapy method for scleroderma, especially the localized scleroderma. Clinical studies are required to confirm these results in patients with localized scleroderma.