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In Deutschland erleiden 4,9 % der Patienten postoperativ eine Wundinfektion mit Verdopplung der Mortalität, Kostenerhöhung um 10.000 € pro Patient und der Mehrbelastung von 892 Mill. € für die Versicherungen (Eckmann et al. 2022). Hauptinfektionsquelle ist die in das OP-Gebiet gelangende Flora aus der umgebenden Haut. Diese ist durch die präoperative Hautantiseptik mit Antiseptika nur unvollständig eliminierbar. Durch Fern-UV-C-Bestrahlung des OP-Felds vor dem Wundverschluss könnten während der OP in das Wundgebiet freigesetzte Bakterien eliminiert und so das Infektionsrisiko gesenkt werden. Zur Untersuchung der Eignung des Einsatzes von Fern-UV-C-Bestrahlung sollte auf Grundlage einer Literaturrecherche ein Wundheilungsmodell entwickelt werden. Aufgrund der Ergebnisse der Literaturrecherche ist die Wahl auf ein 3D-Wundheilungsmodell gefallen. Die verwendete Modellvariante bietet den Kompromiss zwischen der Überschaubarkeit verwendeter Materialien, zu betrachtender Modellaspekte, einfacher Handhabung und Auswertung und andererseits die Komplexität eines 3D-Modells mit vergleichsweise aussagekräftigen Ergebnissen. Es konnte gezeigt werden, dass sich das 3D-Wundheilungsmodell prinzipiell zur Prüfung von Fern-UV-C-Bestrahlung eignet, es allerdings einiger Anpassungen bedurfte. Die hergestellten Zellkollagene blieben über einen ausreichend langen Zeitraum von mindestens 14 d vital und bildeten Epithelzungen aus. Anpassungen des ursprünglichen Protokolls erfolgten in der Zusammensetzung des Zellkulturmediums, der Durchführung der Zellkollagenherstellung, der verwendeten Zellart und der durchgeführten Verwundungsvariante, verbunden mit einer Erhöhung der Stichprobengröße für die statistische Auswertbarkeit.

Zusammenfassung und Ausblick Die Forschungshypothese, dass eine Plasmabehandlung der Haut mit kaltem Atmosphärendruckplasma zu einer lokalen Änderung der physikochemischen Eigenschaften des Stratum corneum und dessen Struktur und (Barriere-)Funktion führt, konnte bestätigt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden morphologisch sichtbare Hautveränderungen, die Penetrationseigenschaften verschiedener Substanzen vor und nach Plasmabehandlung sowie Veränderungen der Lipidzusammensetzung des Stratum corneum auf molekularer Ebene analysiert. Der wesentliche Erkenntnisgewinn der Arbeit besteht im qualitativen und quantitativen Nachweis der gefahrlosen durch kaltes Atmosphärendruckplasma vermittelten Penetrationssteigerung von Substanzen in die Haut mit speziellem Fokus auf das Stratum corneum. Die Plasmabehandlung der Haut mit einem Plasmajet lockert abhängig von der Plasmabehandlungszeit das aus Corneozyten und einer interzellulären Lipidmatrix bestehende Stratum corneum auf. Die aufgelockerte Struktur des Stratum corneum ermöglicht eine beschleunigte Penetration verschiedener, nach Plasmabehandlung applizierter Substanzen durch die Haut (Kapitel 4.2.). Die Penetrationssteigerung variiert dabei abhängig von den Stoffeigenschaften der penetrierenden Substanz (zum Beispiel Molekülgröße und Lipophilie). Die morphologische Auflockerung des Stratum corneum spiegelt sich im nach der Plasmabehandlung veränderten Ceramid-Profil wieder. Die veränderten Barriereeigenschaften in den obersten Schichten des Stratum corneum nach einer einminütigen Plasmabehandlung lassen sich über die Interaktion von plasma-produzierten reaktiven Spezies mit Lipiden der Haut (insbesondere Triacylglycerolen) und die dadurch vermittelte Bildung von Triacylglycerol-Oxidationsprodukten erklären (Kapitel 4.4.). Eine Plasmabehandlung hat im Bereich der in der Dermatologie für den kINPen MED empfohlenen Anwendungsdauer von 15 s/cm² bis 1 min/cm² keine negativen Auswirkungen auf die Haut (keine gesteigerte Anzahl an Apoptosen im Stratum basale, Möglichkeit der Regeneration des aufgelockerten Stratum corneum von basal, (Kapitel 4.3.)). Längere Behandlungszeiten von 2 min/cm² bis 5 min/cm² können jedoch zu Apoptosen in für die Zellregeneration bedeutenden Schichten führen. Im Gegensatz zu anderen Methoden zur transdermalen Penetrationssteigerung besteht bei der Plasma- vermittelten Penetrationssteigerung auf Grund der antibakteriellen Plasmaeigenschaften und der Penetrationsbeschleunigung von ausschließlich kleinen Stoffen (Größe unter 689 nm) ein geringeres Risiko der Infektion der behandelten Hautbereiche durch die Einwanderung von Bakterien und Pilzen. Die Plasmabehandlung stellt demnach eine zukunftsträchtige Möglichkeit zur gefahrlosen Penetrationssteigerung von Arzneistoffen durch die Hautbarriere dar. Da die in dieser Arbeit gewonnenen Daten in vitro mit Hilfe eines Schweineohrmodells ermittelt wurden, ermöglichen sie einen ersten Einblick in die Reaktion der gesunden menschlichen Haut auf die Plasmabehandlung, lassen sich jedoch nicht eins zu eins auf die in vivo-Situation am menschlichen Körper übertragen. Zudem sollte bei der Plasmabehandlung in vivo beachtet werden, dass es am menschlichen Körper große intra- und interindividuelle Unterschiede in der Beschaffenheit der Hautbarriere gibt, welche zu unterschiedlich starken Effekten der Plasmabehandlung führen könnten. Ein Vergleich der Penetrationseigenschaften weiterer Stoffe mit unterschiedlichen hydro- und lipophilen Stoffeigenschaften sowie unterschiedlichen Molekülgrößen vor und nach Plasmabehandlung wäre für weitere Forschungsarbeiten empfehlenswert. Auf diese Weise könnte erforscht werden, auf welche Substanzen die Plasmabehandlung der Haut den größten Einfluss hat und es wären weitere Rückschlüsse auf die Form der aufgelockerten Bindungen, sowie auf eine eventuelle Interaktion modifizierter Stratum corneum-Bestandteile mit der penetrierenden Substanz möglich. Gleichzeitig könnten die Versuche mit längeren Penetrationszeiten wiederholt werden, um zu überprüfen, ob tatsächlich eine Rechtsverschiebung des Peaks der Konzentration der penetrierten Substanzen (siehe Kapitel 3.4. und Kapitel 3.5.) in tiefere Hautbereiche stattfindet. Ein direkter Vergleich penetrationssteigernder Methoden (beispielsweise Mikronadeln und Plasmajet) wäre interessant, um die verschiedenen Systeme auch quantitativ vergleichen zu können und zu analysieren, ob die Vorteile der plasmavermittelten Penetrationssteigerung gegenüber der Mikronadelmethode durch die Menge an penetrierter Substanz ausgeglichen werden können. Neben den Lipiden könnte auch die Modifikation weiterer Stratum-corneum-Bestandteile ursächlich für die veränderten Barriereeigenschaften der Haut nach Plasmabehandlung sein. Interessant wäre deshalb auch die Untersuchung der Stratum-corneum-Peptide und -Proteine vor und nach Plasmabehandlung. Um die Reaktion der Haut in vivo auf die Plasmabehandlung besser vorhersagen zu können und damit die im Rahmen dieser Arbeit erlangten Erkenntnisse in die klinische Praxis übertragen zu können, sind weitere Studien nötig. Diese könnten die in vitro-Experimente am Schweineohr beispielsweise auf ein in vivo-Mäusehautmodell übertragen. An einem frischen Mäusehautmodell wäre auch die Untersuchung längerer Penetrationszeiten sowie die Geschwindigkeit der Hautregeneration und dem damit Verbundenen Wiederaufbau der Hautbarriere nach Plasmabehandlung möglich. Nach einer Verifizierung der Ergebnisse in vivo könnten die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen Erkenntnisse in Zukunft auf den klinischen Alltag übertragen werden. Für Langzeittherapien bei speziellen Patientengruppen mit Problemen bei der oralen Medikamentenaufnahme (beispielsweise in Form von Resorptionsstörungen im Magen-Darm-Trakt) oder bei einem starken First-Pass-Effekt des Medikaments in der Leber ist die transdermale Medikamentenapplikation eine Ausweichmöglichkeit, welche durch eine vorherige Plasmabehandlung der Haut noch verbessert werden würde. Im Rahmen des bereits etablierten medizinischen Anwendungsfelds von kaltem Atmosphärendruckplasma bei der Behandlung chronischer Wunden könnte eine Plasmabehandlung der Wundränder und angrenzender gesunder Hautbereiche die Penetration von nach der Behandlung applizierten wundheilungsfördernden Cremes und Gels im betroffenen Gebiet beschleunigen und so die Heilungsaussichten noch weiter verbessern.

Oral mucositis is the most common and severe non-hematological complication associated with cancer radiotherapy, chemotherapy, or their combination. Treatment of oral mucositis focuses on pain management and the use of natural anti-inflammatory, sometimes weakly antiseptic mouth rinses in combination with optimal oral cavity hygiene. To prevent negative effects of rinsing, accurate testing of oral care products is necessary. Due to their ability to mimic realistic in-vivo conditions, 3D models may be an appropriate option in compatibility testing of anti-inflammatory and antiseptically effective mouth rinses. We present a 3D model of oral mucosa based on the cell line TR-146 with a physical barrier, characterized by high transepithelial electrical resistance (TEER) and confirmed cell integrity. Histological characterization of the 3D mucosa model showed a stratified, non-keratinized multilayer of epithelial cells similar to that of human oral mucosa. By means of immuno-staining, tissue-specific expression of cytokeratin 13 and 14 was shown. Incubation of the 3D mucosa model with the rinses had no effects on cell viability, but TEER decreased 24h after incubation in all solutions except ProntOral®. Analogous to skin models, the established 3D model meets the quality control criteria of OECD guidelines and may therefore be suitable for comparing the cytocompatibility of oral rinses.

Background The approval of ethanol by the Biocidal Products Regulation has been under evaluation since 2007. This follows concern over alcohol uptake from ethanol-based hand rubs (EBHR). If ethanol is classified as carcinogenic, mutagenic, or reprotoxic by the European Chemicals Agency (ECHA), then this would affect infection prevention and control practices. Aim A review was performed to prove that ethanol is toxicological uncritical and indispensable for hand antisepsis because of its unique activity against non-enveloped viruses and thus the resulting lack of alternatives. Therefore, the following main points are analyzed: The effectiveness of ethanol in hand hygiene, the evidence of ethanol at blood/tissue levels through hand hygiene in healthcare, and the evidence of toxicity of different blood/tissue ethanol levels and the non-comparability with alcoholic consumption and industrial exposure. Results EBHR are essential for preventing infections caused by non-enveloped viruses, especially in healthcare, nursing homes, food industry and other areas. Propanols are effective against enveloped viruses as opposed to non-enveloped viruses but there are no other alternatives for virucidal hand antisepsis. Long-term ingestion of ethanol in the form of alcoholic beverages can cause tumours. However, lifetime exposure to ethanol from occupational exposure < 500 ppm does not significantly contribute to the cancer risk. Mutagenic effects were observed only at doses within the toxic range in animal studies. While reprotoxicity is linked with abuse of alcoholic beverages, there is no epidemiological evidence for this from EBHR use in healthcare facilities or from products containing ethanol in non-healthcare settings. Conclusion The body of evidence shows EBHRs have strong efficacy in killing non-enveloped viruses, whereas 1-propanol and 2-propanol do not kill non-enveloped viruses, that pose significant risk of infection. Ethanol absorbed through the skin during hand hygiene is similar to consumption of beverages with hidden ethanol content (< 0.5% v/v), such as apple juice or kefir. There is no risk of carcinogenicity, mutagenicity or reprotoxicity from repeated use of EBHR. Hence, the WHO Task Force strongly recommend retaining ethanol as an essential constituent in hand rubs for healthcare.

Das maligne Melanom ist eine der häufigsten malignen Erkrankungen in Deutschland. Vor allem in fortgeschrittenen Stadien ist es mit einer hohen Letalität verbunden. Die aktuell vorhandenen Therapiemöglichkeiten bergen ein hohes Nebenwirkungspotenzial und weisen bei dem häufig mutierenden Karzinom eine begrenzte Wirksamkeit auf. Daher sind unterstützende oder neue Therapieansätze essenziell. Kaltes nicht-thermisches Plasma hat in der Krebsforschung in den letzten Jahren zunehmend Aufmerksamkeit erhalten, da sich gute Effekte auf Tumorzellen zeigen ließen. Durch den in dieser Arbeit gewählten 3D-Aufbau der Zellkultur konnten Zell-Zell-Interaktionen, unterschiedliche Zellzyklus-Stadien, Nährstoffgradienten innerhalb des Zellverbandes und daraus resultierende Effekte auf die Wirksamkeit des Therapieansatzes simuliert werden. In der präklinischen Forschung zur Plasmamedizin könnte die Verwendung von Sphäroiden ein nützliches Modell darstellen, um die Wirkweise des Plasmas besser zu verstehen und später die Anwendung am Patienten zu ermöglichen. Zudem kann die Sensibilität unterschiedlicher maligner Zellen mit diesem Modell eingeschätzt werden. Zum Einsatz kamen Zellen eines Primärmelanoms (SK_MEL-28) und einer Lymphknotenmetastase eines Melanoms (MNT-1). Es konnte eine signifikante Reduktion des Wachstums der Sphäroide beider gewählter Melanom-Zellreihen nach indirekter und direkter Plasmabehandlung mit dem kalten Atmosphärendruck-Plasmajet kINPenMed festgestellt werden. Zudem konnte auch eine reduzierte Vitalität der Sphäroide nach Plasmabehandlung gezeigt werden. Eine Veränderung im Nachweis von proliferierenden oder apoptotischen Zellen innerhalb des Sphäroids mit immunhistologischen Färbungen konnte nicht gezeigt werden. Auch nach Plasmabehandlung zeigte sich lediglich ein Proliferationsgradient von außen nach innen an den Sphäroiden aller Behandlungsgruppen. Nach Platzierung der plasmabehandelten Sphäroide in einem Kollagen 1-Gel konnte ein vermehrtes Auswachsen von Zellen bei den indirekt behandelten Sphäroiden beobachtet werden. Die Ergebnisse der immunhistologischen Färbungen und die Migration im Gel stehen im Gegensatz zu den in der Literatur beschriebenen Effekten der Plasmabehandlung und bedürfen einer weiteren Evaluation. In der Proteomanalyse zeigten sich ebenfalls Proteine vermehrt exprimiert, die an der Reaktion auf RONS, an Migration und Adhäsion sowie am Zellzyklus beteiligt sind. Dabei unterstützen die Daten aus der Proteomanalyse viele der zuvor genannten Ergebnisse.