Klinik und Poliklinik für Chirurgie Abt. für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie
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Die immunologische Dysfunktion nach operativem Trauma und der Einfluss des N. vagus im Mausmodell
(2024)
Trotz aller medizinischen Fortschritte der letzten Jahrzehnte ist der Einfluss operativer Trauen auf die Immunhomöostase noch weitgehend unklar. Im Falle septischer Komplikationen sind postoperative Patienten meist mit einer noch höheren Mortalität assoziiert als septische Patienten ohne ein vorhergehendes operatives Trauma. Einen Grund dafür stellt die postoperative Immundysfunktion dar, welche von Länge und Ausmaß der Operation abhängt. Die pathophysiologischen Hintergründe sind noch unbekannt und erscheinen traumaspezifisch. Um diese einer näheren Betrachtung unterziehen zu können, wurde in unserer Arbeitsgruppe das Tiermodell der Surgically induced Immune Dysfunction (SID) etabliert. Dafür wird zur Simulation eines abdominalchirurgischen Eingriffs der Dünndarm nach einer medianen Laparotomie dreimal antegrad ausgestrichen. Einen möglichen Baustein zum Verständnis dieser Immundysfunktion stellt die Entdeckung des cholinergen antiinflammatorischen Signalweges (CAIP) dar. Über diesen ist das Zentralnervensystem via den Nervus vagus in der Lage, immunmodulatorisch einzuwirken. Ziel der Arbeit war es, aufgrund dessen unter anderem den systemischen Einfluss des CAIP auf die postoperative Immundysfunktion zuuntersuchen. Dafür wurden einige Versuchstiere sechs Tage vor SID einer Vagotomie unterzogen. Die Analysen erfolgten nach sechs Stunden und drei Tagen.
Zusammenfassend konnte sechs Stunden nach SID eine Akut-Phase-Reaktion beobachtet werden, die durch eine Neutrophilie, Lymphopenie, erhöhte IL-6-Konzentrationen und komplett aktivierte T-Lymphozyten gekennzeichnet war. Gleichzeitig zeigten sich aber auch eine erhöhte IDO-Aktivität und eine reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Milzzellen. Diese gedämpfte Immunreaktion auf den in-vitro second hit schlug bemerkenswerterweise nach drei Tagen in eine Hyperreagibilität und damit in einen hyperinflammatorischen Phänotyp um. Gleichzeitig reduzierte sich die Anzahl von Teff- und B-Lymphozyten, während zeitgleich eine relative Treg-Expansion mit gesteigerter CTLA-4-Expression nachweisbar war. Diese Steigerung immunsuppressiver Mechanismen und dergleichzeitige Verlust an Effektorzellen könnte im Falle eines nachfolgenden second hit zu der beobachteten gesteigerten Mortalität postoperativer Patienten beitragen. Wurde vor der SID eine Vagotomie durchgeführt, fiel die Inflammation sechs Stunden später noch intensiver aus: Die Neutrophilie war stärker ausgeprägt und die Konzentration von proinflammatorischen Zytokinen im Plasma war erhöht. Die reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Immunzellen wurde im Wesentlichen aufgehoben. Nach drei Tagen verstärkte eine Vagotomie die bereits nach SID beobachtete Hyperreagibilität auf den LPS-Stimulus noch weiter.
Somit lassen diese Ergebnisse auf einen wichtigen immunsuppressiv wirkenden vagalen Einfluss auf die postoperative Immundysfunktion schließen und zeigen einen vielschichtigen zeitlichen Verlauf von Anti- und Hyperinflammation nach operativem Trauma auf. Eine nähere Erforschung dieses multiphasischen Verlaufs kann Implikationen für die klinische Praxis, insbesondere im Bezug auf Re-Operationen geben. Auch eröffnet es die spannende Frage, ob das Immunsystem auf einen postoperativen septischen Fokus in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zur Operation unterschiedlich reagiert. Nicht zuletzt wird durch die Ergebnisse auch ein wichtiges Schlaglicht auf die Bedeutung von traumareduzierenden Operationsverfahren wie der minimal-invasiven laparoskopischen Chirurgie für das postoperative Outcome geworfen.
Zusammenfassung
Die Verordnung einer Stressulkusprophylaxe im Rahmen stationärer Aufenthalte ist im medizinischen Alltag weit verbreitet. Die Verschreibungspraxis einer SUP wurde bisher vor allem im Bereich der Intensivmedizin und der Inneren Medizin untersucht [33, 40, 42, 45, 46]. Allerdings konnte gezeigt werden, dass eine stressulkusbedingte gastrointestinale Blutung unter stationären Bedingungen ein sehr seltenes Ereignis darstellt [12,17]. Im Bereich chirurgischer, nicht kritisch erkrankter Patienten gibt es bislang nur wenige Studien zur aktuellen Praxis der Verschreibung einer SUP [16, 46].
Um die aktuelle Verschreibungspraxis einer SUP in einem chirurgischen Patientenkollektiv beschreiben und bezüglich des Vorliegens einer Indikation nach aktuellen Leitlinien charakterisieren zu können, wurden retrospektiv von Januar bis Juni 2016 Patientendaten an der Universitätsmedizin Greifswald erhoben und ausgewertet [49]. Des Weiteren erfolgte eine Untersuchung der landesweiten Verschreibungspraxis einer SUP auf der Basis einer Befragung der Abteilungsleiter und Mitarbeiter chirurgischer Abteilungen der Akutkliniken in Mecklenburg-Vorpommern [50].
Die Auswertung der retrospektiv erhobenen Patientendaten zeigte eindeutig, dass im weit überwiegenden Anteil der Patienten mit neu verordneter SUP keine Risikofaktoren für die Ausbildung von Stressulzera und stressulkusbedingten Blutungen vorlagen [49]. In 85.7-99.6 % der Patienten mit SUP konnte die Indikation für die Gabe nicht nachvollzogen werden [49].
Die Befragung chirurgisch tätiger Ärzte in Mecklenburg-Vorpommern zeigte, dass die Verschreibung der SUP nur in einer Minderzahl der Kliniken durch eine SOP geregelt war [50]. In den Kliniken mit vorhandener SUP war deren Inhalt nur einer Minderheit der klinisch tätigen Ärzte inhaltlich bekannt [50]. Eine kritische Reevaluation der Indikation einer SUP erfolgte nicht regelhaft bei Verlegung von Intensiv- auf die Normalstation oder bei Entlassung [50].
Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass bei chirurgischen Patienten auch heute noch eine massive Überverschreibung einer medikamentösen Stressulkusprophylaxe zur medizinischen Routine gehört [49, 50]. Dabei scheint von den behandelnden Ärzten das Risiko eines Auftretens stressulkusbedingter Blutungen massiv überschätzt beziehungsweise den Patientengruppen nicht regelrecht zugeordnet werden zu können [49, 50]. Angesichts der Tatsache, dass den zur SUP verwendeten Medikamente eine zunehmend größere Zahl unerwünschter Nebenwirkungen (bakterielle Gastroenteritis, akute interstitielle Nephritis, Vitamin-B12-Mangel, ein erhöhtes Risiko für eine Covid-19-Infektion, ambulant und nosokomial erworbene Pneumonien, Demenzerkrankungen, Osteoporose sowie Elektrolytstörungen) zugeordnet werden kann, sollte die Verschreibung der SUP nach einem festen Indikationsschemas erfolgen und im Laufe des stationären Aufenthaltes wiederholt kritisch hinterfragt werden [23-27].
Die Entwicklung einheitlicher Empfehlungen und Richtlinien zur Handhabung von SUP und die Sensibilisierung chirurgisch tätiger Ärzte im Rahmen von Fort- und Weiterbildungen erscheint somit, angesichts der erarbeiteten Daten, dringend notwendig zu sein.
Die Diversionskolitis ist eine Entzündung der ausgeschalteten Kolonabschnitte nach Stomaanlage, tritt bei nahezu 100 % der Stomapatienten/-innen auf und wird in bis zu 30 % der Fälle symptomatisch. In Deutschland leben aktuell circa 150.000
Stomaträger/-innen, was die Diversionskolitis zu einem relevanten gesundheitlichen
Problem macht. Zwar ist die Diversionskolitis histopathologisch eingehend untersucht worden, zur Immunpathogenese dieses Krankheitsbildes gibt es hingegen bisher kaum Daten. Ziel der Arbeit war die Etablierung eines murinen Mausmodells, welches sowohl in der Pathogenese und Ausprägung dem humanen Krankheitsbild gleicht, als auch weitergehende immunologische Untersuchungen des Darms und der lymphatischen Organe zulässt.
Männlichen C57BL/6-Mäusen wurde eine distale Kolostomie angelegt und nach 14,
30 oder 60 Tagen wurden das Kolon, die MLN, das Blut und die Milz weitergehend
untersucht. Histologisch fielen eine Kryptenatrophie, die Abnahme der Becherzellen
und ein lymphozelluläres Infiltrat auf. Das wichtigste Kennzeichen der humanen
Diversionskolitis, die lymphofollikuläre Hyperplasie, konnte nach 60 Tagen beobachtet werden. In der immunologischen Analyse fiel nach 60 Tagen zum einen sowohl lokal aus auch systemisch eine erhöhte Aktivität der TH2-Antwort in der Kolostomiegruppe
auf, zum anderen konnten vermehrt Gr-1int Makrophagen im MLN nachgewiesen
werden.
In dieser Arbeit konnte ein murines Modell zur Diversionskolitis erfolgreich etabliert
werden, welches zum einen bezüglich seiner Pathogenese und Ausprägung dem humanen Krankheitsbild gleicht, zum anderen weitreichende immunologische Analysen zur Immunpathogenese der Erkrankung zulässt. Erste Daten zeigen, dass durch die Stuhldeviation eine TH2-Antwort im Darm begünstigt wird. Weiterführende
Untersuchungen, vor allem an den Immunzellen der Darmmukosa, sind notwendig, um
weitere Aussagen zur Immunpathogenese der Diversionskolitis zu tätigen. Darüber hinaus ermöglicht das in dieser Arbeit etablierte Modell aber auch weitergehende
Untersuchungen zum Zusammenspiel zwischen den Darm-Mikrobiota und dem
Immunsystem des Darms, um das komplexe Konstrukt der Immunhomöostase im Darm und deren Einfluss auf die Gesundheit des Gesamtorganismus besser zu
verstehen.
Trotz allen wissenschaftlichen Fortschritts und verbesserter Therapien bleibt das Pankreaskarzinom
eine äußerst schwerwiegende Erkrankung und ist gekennzeichnet durch eine späte Diagnosestellung,
eine - sofern noch möglich - anspruchsvolle und risikoreiche Operation zur Resektion und eine trotz
aller Bemühungen niedrige Überlebensrate.
Die körpereigene Tumorabwehr umfasst eine Vielzahl an ineinandergreifenden immunologischen
Prozessen und unterliegt der Beeinflussung durch zahlreiche Faktoren. Gerade für den Verlauf nach
einer ausgedehnten Operation ist ein intaktes Immunsystem von ganz besonderer Bedeutung.
So ist es unabdingbar, die Kenntnisse über den Einfluss einer operativ ausgelösten Immundysfunktion
auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms zu erweitern und die Mechanismen dezidiert zu untersuchen.
Die Kombination beider Mausmodelle stellt dafür eine ausgezeichnete Möglichkeit dar.
Die Kombination von Tumor und SID löst eine starke Aktivierung des Immunsystems aus. In Blut und
Milz konnte eine ausgeprägte Verschiebung der zellulären Zusammensetzung zugunsten der
Neutrophilen Granulozyten und der Monozyten beobachtet werden. T-Helfer- und Zytotoxische TZellen
zeigten eine verstärkte Aktivierung. Sowohl pro- (z.B. IL-6, IL-1β, TNF) als auch
antiinflammatorische (z.B. IL-10) Zytokine waren im Serum bzw. im Splenozytenüberstand in
erhöhter Konzentration messbar. Dies unterstreicht die Vermutung, dass die Kombination beider
Stressoren (Tumor + SID) zu einer verstärkten und möglicherweise prolongierten sowie
dysregulierten Aktivierung des Immunsystems führt. Wesentliche Ergebnisse dieses Teils der Arbeit
wurden im August 2022 im Cancers (Basel) veröffentlicht.
Zusätzlich konnte durch die Bestimmung verschiedenster Metabolite gezeigt werden, dass die
Kombination von Tumor und SID einen katabolen Stoffwechsel hervorruft. Viele Metabolite, wie
Spermin, Spermidin oder Carnosin, die das Tumorwachstum beeinflussende Eigenschaften
aufweisen, zeigten sich durch die Kombination der beiden Stressoren signifikant verändert. Nicht
zuletzt wurde der Einfluss von Tumor und SID sogar auf den Stoffwechsel von
Plasmamembranbestandteilen sichtbar.
Die Kombination dieser beiden Modelle bietet viel Potential für wichtige Erkenntnisse in Bezug auf
den Einfluss der postoperativen Immundysfunktion auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms und kann
einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis der immunologischen wie metabolischen Mechanismen
leisten. Nur so besteht die Möglichkeit, in Zukunft vielversprechende Therapieansätze entwickeln zu
können.
Pancreatic cancer is known for its tumor microenvironment (TME), which is rich in stromal and immune cells supporting cancer growth and therapy resistance. In particular, tumor-associated macrophages (TAMs) are known for their angiogenesis- and metastasis-promoting properties, which lead to the failure of conventional therapies for pancreatic cancer. Hence, treatment options targeting TAMs are needed. The C-C chemokine receptor type 4 (CCR4) is critical for immune cell recruitment into the TME, and in this paper we explore the effects of its genetic or immunotherapeutic blockade in pancreatic-cancer-bearing mice. Murine PDA6606 pancreatic cancer cells and murine peritoneal macrophages were used for in vitro migration assays. In vivo, a syngeneic, orthotropic pancreatic cancer model was established. Tumor growth and survival were monitored under prophylactic and therapeutic application of a CCR4 antagonist (AF-399/420/18025) in wildtype (CCR4wt) and CCR4-knockout (CCR4−/−) mice. Immune infiltration was monitored in tumor tissue sections and via flow cytometry of lysed tumors. PDA6606 cells induced less migration in CCR4−/− than in CCR4wt macrophages in vitro. Pancreatic TAM infiltration was higher, and survival was reduced in CCR4wt mice compared to CCR4−/− mice. Antagonizing CCR4 in wildtype mice revealed similar results as in CCR4−/− mice without antagonization. Prophylactic CCR4 antagonist application in wildtype mice was more efficient than therapeutic antagonization. CCR4 seems to be critically involved in TAM generation and tumor progression in pancreatic cancer. CCR4 blockade may help prolong the relapse-free period after curative surgery in pancreatic cancer and improve prognosis.
Background: General clinical perception suggests a decline in the diagnosis and treatment of lung cancer during the SARS-CoV-2 pandemic. Early diagnosis of non-small cell lung cancer (NSCLC) is crucial in therapeutic regimes as early stages are potentially curable by operation alone or with combined therapy. Pandemic-triggered overload of the healthcare system may have prolonged the diagnosis of NSCLC, possibly leading to higher tumor stages at first diagnosis. This study aims to identify how COVID-19 affected the distribution of the Union for International Cancer Control (UICC) stage in NSCLC at first diagnosis.
Methods: A retrospective case-control study was conducted, including all patients receiving their first diagnosis of NSCLC in the regions of Leipzig and Mecklenburg-Vorpommern (MV) between January 2019 and March 2021. Patient data were retrieved from the clinical cancer registries of the city of Leipzig and the federal state of MV. Ethical approval for this retrospective evaluation of archived, anonymized patient data was waived by the Scientific Ethical Committee at the Medical Faculty, Leipzig University. Three investigation periods were defined to study the effects of high incidences of SARS-COV-2: the curfew period as an enacted security measure, the period of high incidence rates and the period of the aftermath of high incidences. Differences in the UICC stages between these pandemic periods were studied by Mann-Whitney-U-Test. Pearson’s correlation was calculated to examine changes in operability.
Results: The number of patients diagnosed with NSCLC dropped substantially during investigation periods. There was a significant difference in the UICC status in the aftermath of high incidences and imposed security measures in Leipzig (P=0.016). N-status differed significantly in the aftermath of high incidences and imposed security measures (P=0.022) with a decrease of N0- and an increase of N3-status, respectively, while N1- and N2-status remained relatively unaffected. No pandemic phase showed a significant difference in operability.
Conclusions: The pandemic led to a delay in the diagnosis of NSCLC in the two examined regions. This resulted in higher UICC stages upon diagnosis. However, no increase in inoperable stages was shown. It remains to be seen, how this will affect the overall prognosis of the involved patients.
Jedes Jahr werden alleine in Deutschland circa 2,6 Millionen viszeralchirugische Operationen
durchgeführt, die insgesamt gesehen eine Mortalität von fast 2 % aufweisen. Ein häufiges Problem
bei der Durchführung dieser Eingriffe ist, dass die Patienten eine Dysfunktion des Immunsystems
entwickeln, die die Anfälligkeit gegenüber infektiösen Komplikationen erhöht.
Die Faktoren der Immundysfunktion sind zwar in Teilen bekannt, aber die Pathophysiologie
dahinter bleibt unbekannt. Das Verständnis der Pathophysiologie ist unerlässlich, um gute
therapeutische Optionen zu finden. Überdies werden Tiermodelle benötigt, die die klinische
Situation wiederspiegeln.
Mit dem murinen Modell der surgically-induced immune dysfunction werden die Reaktionen des
humanen Immunsystems in weiten Teilen nachempfunden, wobei ein wesentliches Ziel der Arbeit
war, die Kinetik der Immunveränderungen über einen 72 h-Zeitraum zu untersuchen.
Die Operation löst deutlichen Stress bei den Tieren aus und führt von Beginn an sowohl zu pro –
als auch antiinflammatorischen Prozessen, die vor allem abakteriell ausgelöst werden.
Dennoch überwiegt in der frühen postoperativen Phase die proinflammatorische Reaktion mit
Anstieg der neutrophilen Granulozyten, Anstieg der Zellen des Monozyten-Makrophagen-Systems
und der Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine. Zwischen dem 6 h- und 24 h-Zeitpunkt
gewinnt die antiinflammatorische Reaktion die Oberhand. Dieses zeigt sich durch eine
Lymphozytopenie mit Zunahme des Anteils der regulatorischen T-Zellen, durch eine verminderte
MHCII-Expression auf Antigen-präsentierenden Zellen, durch eine Zunahme der Aktivität des
Enzyms Indolamin-2,3-Dioxygenase, durch die Produktion von antiinflammatorischen Zytokinen
und durch eine verminderte Stimulierbarkeit von murinen Splenozyten.
Diese Immunreaktionen werden nicht nur durch die SID sondern auch durch eine einfache
Laparotomie ausgelöst, wobei sie dann weniger deutlich ausgeprägt sind und schneller ablaufen.
Von dieser Kinetik ausgehend, kann an diesem Modell der Nutzen von potentiellen Therapien
geprüft werden, wobei bis zum 6 h-Zeitpunkt antiinflammatorisch wirkende Substanzen vorteilhaft
sein könnten, die im Weiteren von immunstimulierenden Medikamente abgelöst werden.
Insgesamt weist dieses Modell viele Parallelen mit der humanen postoperativen
Immundysfunktion auf, sodass es der Grundlagenforschung viele Möglichkeiten eröffnet.
Seit der Einführung der Fast-Track- Chirurgie durch Kehlet et al. befindet sich die Behandlungsmethode eines multimodalen Therapiekonzeptes in einer stetigen Weiterentwicklung. Sein Bestreben, die peri- und postoperative Rekonvaleszenz von Patienten zu verbessern, hat in den letzten Jahren besonders in der Kolonchirurgie Einzug gehalten. Zahlreiche Studien beschäftigten sich mit der Evidenz der Behandlungsmaßnahmen. Die Koloneingriffe mit Anlage einer ileokolischen Anastomose – rechtsseitige Resektionen oder erweiterte rechtsseitige Resektionen – unterscheiden sich jedoch in vielerlei Hinsicht von den restlichen Koloneingriffen. Speziell für die rechtsseitige Hemikolektomie gibt es jedoch für die Einführung und Umsetzung eines solchen Behandlungspfades eine sehr begrenzte Studienlage. Mit der vorliegenden retrospektiven Studie soll die Einführung und klinische Durchführbarkeit des Fast-Track-Behandlungsschemas im Rahmen der rechtsseitigen Hemikolektomie analysiert und die Auswirkungen auf das Patientenwohl ermittelt werden. In die Studie wurden Patienten, die sich einer elektiven offenen rechtsseitigen Hemikolektomie unterzogen und keine Voroperationen am Kolon aufwiesen, unter konventionellen und unter Fast-Track Bedingungen einbezogen. Die in der Fachliteratur geläufigen Parameter wurden statistisch erfasst, verglichen und ausgewertet. Die untersuchte Population zeigte sich in den Vergleichsgruppen bezüglich der epidemiologischen Parameter gleich. Auch bezüglich der präoperativen Komorbiditäten wies das Patientenklientel keine Unterschiede in der ASA-Klassifikation sowie präoperativen Begleiterkrankungen und dem BMI auf. Im statistischen Vergleich zur konventionellen Chirurgie zeigte sich keine signifikante Verbesserung der postoperativen allgemeinen Komplikationen. Hingegen wurde eine statistisch signifikante Reduktion der chirurgischen postoperativen Komplikationen bewirkt. Weitere statistische Unterschiede zeigten sich in der postoperativen Rekonvaleszenz der Patienten und in der postoperativen Krankenhausverweildauer sowie gesamten Krankenhausverweildauer. Nach Einführung von Fast-Track wurden die Patienten bei vergleichbar niedriger postoperativer Wiederaufnahmerate, deutlich niedrigerer Revisionsrate und einem früheren Einsetzen des postoperativen Stuhlgangs früher entlassen.
Medical gas plasmas are of emerging interest in pre-clinical oncological research. Similar to an array of first-line chemotherapeutics and physics-based therapies already approved for clinical application, plasmas target the tumor redox state by generating a variety of highly reactive species eligible for local tumor treatments. Considering internal tumors with limited accessibility, medical gas plasmas help to enrich liquids with stable, low-dose oxidants ideal for intratumoral injection and lavage. Pre-clinical investigation of such liquids in numerous tumor entities and models in vitro and in vivo provided evidence of their clinical relevance, broadening the range of patients that could benefit from medical gas plasma therapy in the future. Likewise, the application of such liquids might be promising for recurrent BRAF(V600E) papillary thyroid carcinomas, resistant to adjuvant administration of radioiodine. From a redox biology point of view, studying redox-based approaches in thyroid carcinomas is particularly interesting, as they evolve in a highly oxidative environment requiring the capability to cope with large amounts of ROS/RNS. Knowledge on their behavior under different redox conditions is scarce. The present study aimed to clarify resistance, proliferative activity, and the oxidative stress response of human papillary thyroid cancer cells K1 after exposure to plasma-oxidized DMEM (oxDMEM). Cellular responses were also evaluated when treated with different dosages of hydrogen peroxide and the RNS donor sodium nitroprusside (SNP). Our findings outline plasma-oxidized liquids as a promising approach targeting BRAF(V600E) papillary thyroid carcinomas and extend current knowledge on the susceptibility of cells to undergo ROS/RNS-induced cell death.
Simple Summary
Pancreatic neuroendocrine tumors (pNET) are a heterogeneous and challenging entity, and today’s guidelines offer a variety of treatment modalities, while surgery has a clear role for patients with resectable tumors and early stages, advanced, or metastatic pNET may benefit from treatments that were evaluated in randomized controlled studies during the last year. With this review, we aim to provide an updated view on treatment options for metastatic pNET.