Stimulation der Wundheilung durch wiederholte lokale Applikation von Insulin-like growth factor-I (IGF-I) unter dem Aspekt unterschiedlicher Applikationsformen

Abstract

Einleitung: Die Wirksamkeit einer lokalen Therapie mit Insulin-like growth factor-I (IGF-I) zur Stimulation der kutanen Wundheilung scheint erheblich vom verwendeten Trägersystem und der damit verbundenen Applikationskinetik abhängig zu sein. Bisher konnte bei lokaler Anwendung nur für die Kombination aus IGF-I und einem seiner Bindungsproteine ein positiver Effekt nachgewiesen werden, während hingegen IGF-I alleine nur in einer unphysiologisch hohen Dosierung eine beschleunigte Heilung induzieren konnte. Wurde IGF-I als Monosubstanz jedoch kontinuierlich lokal appliziert, war wiederum ein schnellerer Wundverschluß zu beobachten. Eine wiederholte lokale Verabreichung von IGF-I ist bisher jedoch noch nicht beforscht worden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, im Tiermodell den Effekt von wiederholt lokal appliziertem IGF-I auf die kutane Wundheilung unter dem Aspekt unterschiedlicher Applikationsformen zu untersuchen. Material und Methoden: Es wurden dabei zwei verschiedene Trägersysteme, nämlich ein Hydrogelverband und ein Methylzellulose-Gel, gewählt. Bei 40 männlichen Sprague-Dawley Ratten wurden 8 mm durchmessende Vollhaut-defekte am Rücken induziert. Diese Tiere wurden in zwei Gruppen eingeteilt: die eine Gruppe erhielt zur Induktion einer verzögerten Heilung subkutan ein Depot-Steroidpräparat (Depo-Medrate, Pharmacia Upjohn), während die andere Gruppe die „gesunde“ Kontrolle darstellte. Die Wunden wurden dann jeweils mit einem Standard-Hydrogelverband (Hydrosorb, Hartmann), mit IGF-I gelöst in 0,2% Methylzellulose-Gel (IGF-I Gel) oder mit einem IGF-I haltigen Hydrogelverband (IGF-I Verband) behandelt. Bei allen Tieren wurden tägliche Verbandswechsel durchgeführt. Nach 7 Tagen erfolgte die Tötung der Tiere, die fotoplanimetrische Vermessung und die anschließende histologische Auf-arbeitung. Ergebnisse: Bei gesunden Tieren, konnte der IGF-I Verband keine Verbesserung der Wundheilung, gemessen als Verkleinerung der Wundgröße, erbringen (p=0,84). Bei „Kortisontieren“ hingegen erbrachte die Applikation von IGF-I eine signifikante Verbesserung der Wundheilung (p=0,0001). Sowohl der IGF-I Verband als auch IGF-I Gel waren in der Lage, die Abheilung zu beschleunigen, wobei der IGF-I Verband noch effektiver als IGF-I Gel war. Die Zellproliferation und die Bildung von neuen Gefäßen waren jedoch nur durch den IGF-I Verband gesteigert. Zusammenfassung: Unsere Daten zeigen, dass die wiederholte lokale Anwendung von IGF-I den heilungsverzögernden Effekt von Kortison auf die kutane Wundheilung neutralisieren kann. Der Wirkmechanismus scheint dabei jedoch wesentlich von der verwendeten Trägersubstanz abzuhängen.

Introduction: Cortisone delays wound healing. One reason might be the reduced synthesis and secretion of Insulin-like Growth Factor I (IGF-I). There is evidence that local and systemic IGF-I treatment reverses steroid impaired wound healing. But the vehicle for growth factor application is still problematic. We developed an IGF-I con-taining dressing which releases a definite amount of IGF-I into the wound. Aim: This study was undertaken to prove by what kinetics the new dressing delivers IGF-I and if that leads to a significant stimulation of wound healing in cortisone treated rats. Material and methods: We manufactured a double-layered dressing (100 mm2 in size) containing 10 µg IGF-I, constructed by hydrogel coated with a modified PVA foil. The release of IGF-I was measured under physiological conditions in 0.1% BSA. After intraperitoneal anaesthesia full thickness wounds (50.2 mm²) were created on the back of male Sprague Dawley rats (n=40; 350-400g). Wounds were treated either with the IGF-I dressing, the control dressing (hydrogel without IGF-I) or with IGF-I dissolved in 0.2% methyl cellulose gel (only for cortisone-animals). In a first setting (n=5 each group) healthy rodents were used. In a second setting rats received a sin-gle injection of 18 mg/kg/KG methylprednisolone subcutaneously (n=10 each group). In all experiments rats were killed after 7 days, wounds were excised, measured pho-toplanimetrically and fixed in paraffine. Then PCNA- and SMA-stainings were per-formed. Results were documented as mean±SEM. Differences were calculated with the Wilcoxon test. Results: A release rate of about 50% IGF-I (5.3µg of 10µg) out of the new dressing has been found 60 minutes after incubation. There was no significant further release on later time points. Standard treatment of cortisone animals with PVA leads to a sig-nificant delay of wound healing (44.5±9 vs. 26.2±5 mm²; p=0.001). The new dressing reverses the cortisone effect (23±7 vs. 44.5±9 mm²; p=0.0001). The size of this wounds did not differ anymore from wounds of healthy animals (23.7+7 vs. 26.2+6mm2; p=0.6). But on healthy rats we could not find an acceleration of wound healing compared with control treatment (26.2±5 vs. 24.8±5 mm²; p=0.841). The application of IGF-I by methyl cellulose gel also improves cortisone impaired healing (31.3±3.6 vs. 44.5±9.5 mm²; p=0.0001). However, wound size was still sig-nificantly larger after IGF-I gel application compared to wounds treated with the new IGF-I dressing (23±7 vs. 31.3±3 mm²; p=0.04). On steroid treated animals the IGF-I dressing leads to a increased PCNA- (5241611 vs. 3403459 pos.cells/mm²; p=0.0001) and SMA-level (27541 vs. 22843 pos.cells/mm²; p=0.02). However, dissolved IGF-I did not show an improvement of PCNA- (3474653 vs 3403459 pos.cells/mm²; p=0.48) and SMA-levels (21853 vs. 22843 pos.cells/mm²; p=0.78). On healthy rodents neither the new dressing nor dissolved IGF-I had an impact on these parameters. Conclusion: The controlled release of IGF-I by a new dressing neutralizes the im-pairment of wound healing following steroid treatment.