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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.
Modulation der Immunantwort durch Vagotomie im Mausmodell der postoperativen Immundysfunktion
(2024)
Die postoperative Immunsuppression ist ein häufiges Problem nach großen abdominalchirurgischen Eingriffen und geht mit einer erhöhten Mortalität insbesondere durch septische Komplikationen einher. Eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Immunsuppression spielt der Nervus vagus, dies ist schon lange als cholinerger antiinflammatorischer Signalweg (engl. CAP) bekannt, wobei weder die Signalkaskaden auf zellulärer Ebene noch die Effekte des Nervus vagus hinreichend verstanden sind und kontrovers diskutiert werden.
Anhand der vorliegenden Ergebnisse dieser Arbeit lässt sich feststellen, dass das Traumamodell der surgically-induced immune dysfunction (SID) weitreichende Auswirkungen auf das Immunsystem hat. So konnten in-vivo signifikant veränderte Serumspiegel von IFN-γ, IL-2 und IL-6 gemessen und somit vorherige Ergebnisse anderer Arbeiten unserer Forschungsabteilung bestätigt werden. Außerdem führte die SID zu deutlichen Veränderungen hinsichtlich der Abwehrlage des angeborenen Immunsystems: wir fanden erniedrigte CD4+/CD8+-Relationen innerhalb der T-Zell-Population sowie insbesondere in der Spätphase ein erhöhtes Ly6Chigh/Ly6Clow-Verhältnis als Ausdruck einer gestörten angeborenen Immunabwehr durch patrolling macrophages, welche sich zusätzlich durch eine Abnahme der MHCII-Expression auf den Makrophagen unter Vagotomie äußerte.
Bei der ex-vivo-Betrachtung des Immunsystems unter Hinzunahme von Funktionstests mit Lipopolysaccharid (LPS) konnten wir beobachten, dass der Ablauf der Immunreaktion anhand der TNF-α-Ausschüttung von Makrophagen interessante Ähnlichkeiten mit dem bekannten SIRS-CARS-Modell der Sepsis aufweist. Wir konnten zeigen, dass die Vagotomie insbesondere in der Frühphase nach SID die hyperinflammatorische Reaktion der Milzmakrophagen noch weiter verstärkt. In der Spätphase 72 Stunden nach Trauma hat die Vagotomie einen geringeren Einfluss auf die Immunantwort und führt zu einer verstärkten Suppression, die allerdings nicht so stark ausgeprägt ist wie die Hyperinflammation in der Frühphase. Die Ausschaltung des N. vagus führt also in beiden Phasen zu einer Abweichung zu den Extremen hin und bedingt eine nachhaltige Störung des immunologischen Gleichgewichts.
Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein wichtiger Beitrag zur Grundlagenforschung dieses klinisch so bedeutsamen Problems geleistet werden. Weitere Untersuchungen auf diesem Gebiet sind notwendig, um in Zukunft nach operativem Trauma z.B. in Form von spezifischen Agonisten am alpha7-Rezeptor eine wirksame Therapie oder besser eine Prophylaxe zur Vermeidung anbieten zu können.
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.
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.
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.
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.
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.
Background
Postoperative pancreatic fistula (POPF) is the most critical complication after pancreatoduodenectomy (PD). Preoperative identification of high-risk patients and optimal pancreatic reconstruction technique can be a way to reduce postoperative complications.
Methods
A series of 386 patients underwent PD over a 10-year period (2009–2019). On routinely performed preoperative computed tomography (CT) images, the ventro-dorsal diameters of duct (D) and parenchyma (P) were measured in the cutting plane at the superior mesenteric vein. Then, the ratio of both values was calculated (D/P ratio) Double-layer pancreatojejunostomy with alignment of duct and mucosa (ADAM) by two monofilament threads (MFT) was performed in 359 patients and pancreatogastrostomy (PG) in 27 patients. The incidence of POPF was diagnosed according to the International Study Group for Pancreatic Fistula criteria.
Results
The overall rate of POPF was 21% (n = 80), and the rate of clinically relevant type B/C fistulas 6.5% (n = 25). A D/P ratio of <0.2 was significantly associated with type B/C fistula (11%, p < 0.01). In low-risk patients (D/P ratio >0.2), type B/C fistula occurred only in 2%, and in high-risk patients (D/P ratio <0.2) in 9%. ADAM anastomosis was performed safely by two different surgeons. A PG anastomosis had double-digit POPF rates in all groups.
Conclusion
Preoperative CT imaging with D/P measurement may predict the risk of POPF development. A cut off D/P ratio of <0.2 was significantly associated with clinical relevant POPF. ADAM anastomosis may be an option for pancreatojejunostomy. However, preoperative knowledge of the D/P ratio could guide decision-making for primary pancreatectomy when pancreatic reconstruction is critical.
Introduction: Splenic B cells exhibit a high expression of the G protein-coupled sphingosine-1-phosphate (S1P) receptor type 4 (S1PR4). Little is known about the functional relevance of S1PR4 expression on those cells.
Methods: In this study, S1PR4-deficient mice were used to study the role of S1PR4-mediated S1P signaling in B cell motility in vitro and for the maintenance of the splenic architecture under steady state conditions as well as in polymicrobial abdominal sepsis in vivo. Finally, the impact of S1PR4 deficiency on antibody production after immunization with T cell dependent antigens was assessed.
Results: Loss of S1PR4 resulted in minor alterations of the splenic architecture concerning the presence of B cell follicles. After sepsis induction, the germinal center response was severely impaired in S1PR4-deficient animals. Splenic B cells showed reduced motility in the absence of S1PR4. However, titres of specific antibodies showed only minor reductions in S1PR4-deficient animals.
Discussion: These observations suggest that S1P signaling mediated by S1PR4 modifies chemokine-induced splenic B cell chemotaxis, thus modulating splenic microarchitecture, GC formation and T-cell dependent antibody production.
Introduction: Adiposity and excessive weight are on the rise in western industrialized countries. In cases where conservative measures fail and surgical interventions are not (yet) desired, gastric balloon therapy has proven to be a safe and reversible endoscopic method. Methods: Aside from weight progression under gastric balloon therapy and by using MRI, our research paper describes the behavior of different abdominal body fat compartments at the beginning and at the end of the gastric balloon therapy. Additionally, the volume of the left liver lobe as well as the fill volume and performance of the gastric balloon were analyzed over the duration of treatment. For assessing potential impacts of weight reduction on the muscle mass, we determined the area of the m. psoas on a comparable cross-sectional area at the beginning and at the end of the therapy. Results: We were able to verify a significant reduction of the layer of subcutaneous fat, adipose capsule of the kidney, and intra-abdominal fatty tissue during the therapy. The volume of the left liver lobe was shrinking in addition to a muscle loss during the balloon therapy. The volume of the gastric balloon remained stable (not hyperinflation). There were variable gas bubbles in the gastric balloon. Conclusion: The gastric balloon is a temporary and successful option for weight reduction by reducing body fat, liver volume, but also muscle mass.
Background
Disseminated Intravascular Coagulation (DIC) is a life-threatening complication of sepsis. In surgical ICUs, DIC is frequently caused by abdominal sepsis, and the disarranged coagulation and complications often lead to death. The severity of sepsis is associated with a higher DIC score according to the parameters proposed by the International Society of Hemostasis and Thrombosis (ISTH) in 2001: platelet count, bleeding time (Quick), D-dimer, and fibrinogen. One problem in studying DIC is finding an adequate animal model that reflects the clinical situation of polymicrobial overwhelming infection.
Aims and methods
We investigated whether a well-established polymicrobial sepsis model of colon ascendens stent peritonitis (CASP) is suited to investigate the complexity of DIC. For this purpose, CASP-operated mice were examined 20 h after the operation with regard to coagulation parameters using cell counts, bleeding times, rotational thromboelastometry (ROTEM), ELISAs for D-dimer and fibrinogen, and platelet accumulation in affected organs via immunohistochemistry to see if the mice develop a coagulation disorder that meets the definition of DIC proposed by the ISTH 2001 consensus conference.
Results
Herein, we showed that the CASP model is an all-encompassing animal model to analyze the complexity of systemic DIC in murine abdominal sepsis. There is highly reproducible thrombocytopenia, a significant prolongation of the bleeding time, and a loss of fibrinogen in plasma. We also observed microvascular thrombosis due to platelet accumulation in the microcirculation of the liver.
Conclusion
The CASP model seems superior to other artificial models, e.g., injecting substances, for inducing DIC. CASP is one of the best true-to-life models for analyzing the complexity of disseminated intravascular coagulation in polymicrobial sepsis.
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.
Cold medical gas plasmas are under pre-clinical investigation concerning their hemostatic activity and could be applied for intra-operative bleeding control in the future. The technological leap innovation was their generation at body temperature, thereby causing no thermal harm to the tissue and ensuring tissue integrity. This directly contrasts with current techniques such as electrocautery, which induces hemostasis by carbonizing the tissue using a heated electrode. However, the necrotized tissue is prone to fall, raising the risk of post-operative complications such as secondary bleedings or infection. In recent years, various studies have reported on the ability of medical gas plasmas to induce blood coagulation, including several suggestions concerning their mode of action. As non-invasive and gentle hemostatic agents, medical gas plasmas could be particularly eligible for vulnerable tissues, e.g., colorectal surgery and neurosurgery. Further, their usage could be beneficial regarding the prevention of post-operative bleedings due to the absence or sloughing of eschar. However, no clinical trials or individual healing attempts for medical gas plasmas have been reported to pave the way for clinical approvement until now, despite promising results in experimental animal models. In this light, the present mini-review aims to emphasize the potential of medical gas plasmas to serve as a hemostatic agent in clinical procedures. Providing a detailed overview of the current state of knowledge, feasible application fields are discussed, and possible obstacles are addressed.
Gas plasma is an approved technology that generates a plethora of reactive oxygen species, which are actively applied for chronic wound healing. Its particular antimicrobial action has spurred interest in other medical fields, such as periodontitis in dentistry. Recent work has indicated the possibility of performing gas plasma-mediated biofilm removal on teeth. Teeth frequently contain restoration materials for filling cavities, e.g., resin-based composites. However, it is unknown if such materials are altered upon gas plasma exposure. To this end, we generated a new in-house workflow for three commonly used resin-based composites following gas plasma treatment and incubated the material with human HaCaT keratinocytes in vitro. Cytotoxicity was investigated by metabolic activity analysis, flow cytometry, and quantitative high-content fluorescence imaging. The inflammatory consequences were assessed using quantitative analysis of 13 different chemokines and cytokines in the culture supernatants. Hydrogen peroxide served as the control condition. A modest but significant cytotoxic effect was observed in the metabolic activity and viability after plasma treatment for all three composites. This was only partially treatment time-dependent and the composites alone affected the cells to some extent, as evident by differential secretion profiles of VEGF, for example. Gas plasma composite modification markedly elevated the secretion of IL6, IL8, IL18, and CCL2, with the latter showing the highest correlation with treatment time (Pearson’s r > 0.95). Cell culture media incubated with gas plasma-treated composite chips and added to cells thereafter could not replicate the effects, pointing to the potential that surface modifications elicited the findings. In conclusion, our data suggest that gas plasma treatment modifies composite material surfaces to a certain extent, leading to measurable but overall modest biological effects.
Introduction
Medical gas plasma therapy has been successfully applied to several types of cancer in preclinical models. First palliative tumor patients suffering from advanced head and neck cancer benefited from this novel therapeutic modality. The gas plasma-induced biological effects of reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS) generated in the plasma gas phase result in oxidation-induced lethal damage to tumor cells.
Objectives
This study aimed to verify these anti-tumor effects of gas plasma exposure on urinary bladder cancer.
Methods
2D cell culture models, 3D tumor spheroids, 3D vascularized tumors grown on the chicken chorion-allantois-membrane (CAM) in ovo, and patient-derived primary cancer tissue gas plasma-treated ex vivo were used.
Results
Gas plasma treatment led to oxidation, growth retardation, motility inhibition, and cell death in 2D and 3D tumor models. A marked decline in tumor growth was also observed in the tumors grown in ovo. In addition, results of gas plasma treatment on primary urothelial carcinoma tissues ex vivo highlighted the selective tumor-toxic effects as non-malignant tissue exposed to gas plasma was less affected. Whole-transcriptome gene expression analysis revealed downregulation of tumor-promoting fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) accompanied by upregulation of apoptosis-inducing factor 2 (AIFm2), which plays a central role in caspase-independent cell death signaling.
Conclusion
Gas plasma treatment induced cytotoxicity in patient-derived cancer tissue and slowed tumor growth in an organoid model of urinary bladder carcinoma, along with less severe effects in non-malignant tissues. Studies on the potential clinical benefits of this local and safe ROS therapy are awaited.
Die postoperative Sepsis als fatale Komplikation mit potentiell tödlichem Ausgang kam in der Vergangenheit in den USA bei 0,9% aller durchgeführten Operationen vor, mit steigender Tendenz. Die Mortalität der Sepsis oder schweren Sepsis lag in Deutschland bei ca. 50%. Die postoperative Immunsuppression als Risikofaktor für das Entwickeln einer Sepsis spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Da mit ansteigender Operationsdauer sowie Intensität einer Bauchoperation ein verschlechtertes Outcome in der Sepsis gezeigt werden konnte [88], wurde eine postoperative Immunsuppression postuliert. Um dieses Phänomen der Grundlagenforschung zugänglich zu machen, wurde ein Mausmodell entwickelt, dass nach Laparotomie eine Ileus-Dekompressionsoperation nachbildet.
Der Nervus Vagus als elementarer Bestandteil des Cholinergen Anti-inflammatorischen Signalwegs (CAP) wurde in der Vergangenheit ausführlich untersucht und sein Potential in diesem Zusammenhang aufgezeigt. Zur weiteren Charakterisierung der postoperativen Immunsuppression wurde die SID-Operation mit einer subdiaphragmalen Vagotomie kombiniert und erstmalig die hierdurch aufgetretenen Veränderungen auf Zellebene charakterisiert. So konnte gezeigt werden, dass die SID-Operation zu einem massiven Einstrom von Zellen des angeborenen Immunsystems in die Darmwand 24 Stunden nach Intervention führte, in vergleichbarem Ausmaß wie nach Induktion einer abdominellen Sepsis. Ebenfalls war eine Migration von B- und T-Lymphozyten in geringerem Ausmaß zu beobachten. In der späten Phase 5 Tage nach Intervention wurde eine erhöhte Zellzahl des adaptiven Immunsystems in der Darmwand nachgewiesen. Die SID-Operation führt somit zu einer prolongierten Immunantwort, welche sehr ausgeprägt die Zellen des angeborenen und adaptiven Immunsystems einbindet. Die subdiaphragmale Vagotomie konnte diesen Effekt an Tag 5 deutlich reduzieren bis aufheben. Im Serum ebenso wie in der Milz zeigte sich nach SID-Operation eine mehrheitlich signifikante Reduzierung der Zellen des adaptiven Immunsystems, insbesondere verstärkt an Tag 5 nach Intervention. Dieser Effekt wurde durch die subdiaphragmale Vagotomie ebenfalls abgeschwächt bzw. komplett aufgehoben. In der Antwort des angeborenen Immunsystems zeigte sich der Einfluss des N. vagus differenzierter mit Akkumulation von Neutrophilen Granulozyten im Blut 5 Tage nach SID-Operation mit intaktem N. vagus, bei vagotomierten Tieren zum gleichen Zeitpunkt signifikant erhöhten Zahlen von Neutrophilen Granulozyten in der Milz.
In dieser Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass die Operation der Surgically Induced Immune Dysfunction eine über 5 Tage anhaltende Leukozytenmigration in die Darmwand nach sich zieht. Als Reservoir dieser Migration an den Ort des Traumas dienen möglicherweise Serum
und Milz, da hier äquivalent reduzierte Level vor allem der Lymphozyten nachgewiesen wurden.
Somit konnte durch das SID-Modell gezeigt werden, dass neben der Senkung der HLA-DR- Antigene auf Leukozyten der schiere Verbrauch von Immunzellen sowohl des angeborenen als auch des adaptiven Immunsystems ein weiterer Mechanismus der postoperativen Immunsuppression zu sein scheint.
Die langanhaltende Zellmigration zum Ort des Traumas zeigt sich zumindest zum Teil vermittelt durch den Nervus vagus, da die Lymphozyteninfiltration der Darmwand an Tag 5 nach Vagotomie fast vollständig aufgehoben ist. Die Verminderung der Zellzahlen in Serum und Milz scheint ebenfalls vagal beeinflusst zu werden. Somit zeigt sich der Nervus vagus als möglicher pharmakologischer Angriffspunkt, indem durch spezifische, bereits verfügbare, Hemmstoffe des Nervus vagus die zelluläre Immunantwort möglicherweise gebremst und somit das Ausmaß einer postoperativen Immunsuppression abgeschwächt werden könnte.
Untersucht wird der Einfluss des CCR-4-Antagonisten AF399/420/18 025 auf das Pankreaskarzinom
im syngenen murinen orthotopic Pankreaskarzinommodell. Es konnte gezeigt werden, dass eine Verwendung des CCR-4-Antagonisten in unseren Pankreaskarzinommodell zu einem signifikant kleineren Tumorwachstum führt und einen positiven Einfluss auf das Überleben hat und es zu einer Reduktion der Tumor assoziierten Makrophagen-Dichte kommt.