Veranstaltungsprogramm

Background: Wound healing is a highly sophisticated process involving a perfectly orchestrated interplay of different cell types. Any disruption can lead to wound healing disorders, which pose a significant global healthcare burden with increasing economic implications. Recently, adipose-derived stem cells (ASCs) have emerged as a promising aid in wound healing due to their anti-inflammatory properties and beneficial effects on their environment. However, little is known about the presence of regenerative cells in wound tissue and the changes ASCs may undergo when transferred into a wound environment.

Methods: We harvested human granulation tissue samples from chronic pressure ulcer wounds of patients (n=6) undergoing surgical defect coverage after previous wound treatment. We examined the samples for the presence of CD34⁺ regenerative cells and CD68⁺ macrophages by using immunohistochemistry, immunofluorescence, and flow cytometry. In vitro, we investigated the interaction of CD34⁺ cells and macrophages by exposing primary human ASCs from human subcutaneous adipose tissue to conditioned medium (CM) from differentially activated macrophages (MQ) including quiescent macrophages (MΦ), IFNG/LPS-activated, pro-inflammatory macrophages (M1), and IL4/IL13-activated, anti-inflammatory macrophages (M2). CM from unstimulated monocytes (Mo) and standard DMEM-F12 medium supplemented with 2.5% FCS (ctr) served as controls. Macrophages were derived from THP1 cells by applying an in vitro macrophage polarization model. After 72 hours of treatment, ASCs were analyzed for mitochondrial, metabolic, and morphological changes by using confocal microscopy, flow cytometry, functional assays, immunoblotting, and quantitative RT-PCR. An angiogenesis assay for assessment of angiogenic properties was performed using human umbilical vein endothelial cells.

Results: In vivo, CD34⁺/CD31^- cells were detected in human granulation tissue and immunofluorescence suggested their local proximity to CD68⁺ macrophages. CD45^-/CD31^-/CD90⁺/CD34⁺ preadipocytes accounted for approximately 1.5% of all viable granulation tissue cells on flow cytometry. In vitro, only treatment with the secretome of pro-inflammatory M1 macrophages, but no other macrophage secretome, induced significant changes in ASC physiology. M1-CM treated ASCs shifted to a glycolytic metabolism and exhibited pro-fibrotic cell alterations characterized by cytoskeletal stress fiber assembly, increased alpha smooth muscle actin (SMA), integrin alpha 5 (ITGA5), and integrin alpha V (ITGAV), and reduced migration potential. Additionally, pro-inflammatory M1-CM treatment led to increased expression of inflammatory cytokines in ASCs and enhanced their angiogenic potential. Changes in ASC physiology were primarily mediated by macrophage-secreted IL1B and TGFB1 via the PI3K/AKT pathway.

Conclusion: Microenvironmental cues significantly impact ASC physiology, with pro-inflammatory M1 macrophage signaling inducing a pro-fibrotic response. These observations provide valuable insights into cellular interactions within a pro-inflammatory wound environment and highlight the potential of ASCs as a therapeutic option in human wound healing.

Einleitung
Partielle periphere Nervenläsionen oder Nervenverletzungen, die primär mittels End-to-End-Koaptation rekonstruiert werden, können zu einer nur unvollständigen Regeneration mit bleibenden sensomotorischen Defiziten führen. Klassische End-to-End Nerventransfers stellen ein etabliertes Therapiekonzept dar, um die betroffene Muskulatur zu reinnervieren, ein Nachteil ist jedoch der Verlust möglicher vorhandener Restfunktion und Regenerationskapazität ausgehend von der ursprünglichen Innervation. Der Spendernerv kann jedoch auch seitlich auf den betroffenen Nerv transferiert werden, sodass dessen Kontinuität erhalten bleibt. Diese Technik wird, je nach Literatur, als Reverse-End-to-Side- oder End-to-Side (ETS)-Transfer bezeichnet. In dieser Studie wird die Regeneration und die Auswirkung auf die Muskelfunktion nach Transfer auf einen intakten oder regenerierenden Nerv untersucht.

Methoden
Im Rattenmodell wird je nach Gruppe ein nervenchirurgischer Eingriff durchgeführt: Cut und Repair des N. musculocutaneus (MCN), ETS-Transfer des N. ulnaris (UN) auf den MCN oder Cut und Repair des MCN gefolgt von einem ETS-Transfer des UN auf den MCN distal der Koaptationsstelle. 12 Wochen nach der Operation werden elektrophysiologische Muskelassessments oder histologische Untersuchungen durchgeführt.

Ergebnisse
Unsere vorläufigen Daten deuten auf eine höhere axonale Regeneration und größere Reinnervationsbeteiligung des Spendernervs nach Transfer auf einen regenerierenden Nerv im Vergleich zu einem intakten hin.

Conclusio
Zusammengefasst scheint eine Regeneration des Spendernervs nach einem ETS-Transfer sowohl auf einen intakten als auch regenerierenden Nerv in Richtung Zielmuskel stattzufinden. Allerdings erfolgt nur nach Transfer auf einen regenerierenden Empfängernerv eine relevante Innervation des Muskels durch den Spendernerv.

Background:

A solid understanding of the brachial plexus anatomy is the foundation for any treatment strategy. The anatomy of the brachial plexus has been intensively studied, however, there still does not exist a model that describes the path that the axons take from the spinal cord through the roots of the plexus to their destinations. Knowledge of this particular neural network is of utmost importance for the reconstruction of brachial plexus injuries as well as in developing strategies to create an interface for fluid and intuitive control of artificial upper limbs in bionic reconstruction.

Objectives:

This project aims to determine the complex architecture of motoneuron pools in the spinal cord and the number of afferent somata in the spinal ganglia. Furthermore, we will investigate the anatomy of the roots of the brachial plexus as well as its five main branches. We aim to describe the exact origin and root of efferent and afferent axons in the axillary, musculocutaneous, median, radial, and ulnar nerve.

Methods:

In a rat model, the main branches of the brachial plexus will be marked by a fluorescent retrograde tracer. In a subsequent procedure, all roots from C5 to T1 will also be stained by a retrograde tracer of a different color spectrum. These tracers are actively transported to the cell’s soma and enable the visualization of individual spinal motoneuron pools as well as afferent somata in the dorsal ganglia. The analysis of double-labeled somata will enable us to trace the path the axons take through the roots into the plexus to their destinations in the upper extremity on a neuron-to-neuron basis.

Clinical relevance:

The precise understanding of the complex makeup and architecture of the roots that contribute to the branches of the brachial plexus will further our ability to treat injury to the upper extremities. Detailed knowledge of this part of human anatomy contributing to the main nerves of the upper extremity will consolidate the evidence for current treatment options and could inspire new surgical reconstruction approaches to upper extremity nerve injuries as well as help develop strategies to create an interface for natural and intuitive control of prostheses.

Hintergrund:

Der Fallfuß ist ein häufiges Symptom bei Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie beispielsweise Schlaganfall oder multiple Sklerose. Aufgrund des unnatürlichen Gangbildes ist das Risiko für Stürze deutlich erhöht. Das ActiGait-System ist ein implantierbarer Nervenstimulator, welcher in mehreren Zentren in Europa eingesetzt wurde. Eine Nachbeobachtungszeit von einem Jahr zeigte eine hervorragende Funktion und Patientenzufriedenheit. Diese Studie zielt darauf ab, die Langzeitergebnisse nach mindestens fünf Jahren mit besonderem Augenmerk auf die Patientenzufriedenheit und Biokompatibilität darzustellen.

Methoden:

Alle Patienten, die den ActiGait-Stimulator an der Medizinischen Universität Wien erhalten haben, wurden in die Studie eingeschlossen. Die Patientenzufriedenheit und Lebensqualität wurden mit dem SF-36-Fragebogen und spezifischen Fragen bewertet. Die Falls Efficacy Scale wurde verwendet, um das subjektive Sturzrisiko bei täglichen Aufgaben zu beurteilen. Der Net Promoter Score wurde verwendet, um eine subjektive Einschätzung der Patientenzufriedenheit mit dem System zu geben. Die Biokompatibilität wurde mittels MRT- oder Ultraschall-Untersuchungen des Implantats und der betroffenen Nerven und Muskeln analysiert.

Ergebnisse:

Dreizehn Patienten konnten in die Fragebogenstudie inkludiert werden. Das durchschnittliche Follow-up der Patienten war 9,1 Jahre. Die Fragebogenstudie zeigte hohe Gesamtzufriedenheit und Lebensqualität. Durch die Verwendung des Systems fühlten sich die Patienten sicher und agil während Aktivitäten des täglichen Lebens. In den radiologischen Untersuchungen zeigten sich keine relevanten Schäden an Nerv oder Muskel. Ein System wurde aufgrund von Schmerzen explantiert. Bei zwei Patienten erfolgte ein Systemtausch. Die intraoperative Evaluierung des N. peroneus bei der Explantation zeigte eine gute faszikuläre Architektur im Bereich der Cuff-Elektrode. Das explantierte System zeigte keinen Materialschaden.

Conclusio:

Das präsentierte System hat einen entscheidenden Effekt auf die Patientenzufriedenheit und Lebensqualität der Patienten. Durch Verbesserung des Gangzyklus hilft es Patienten sich aktiver und sicherer im Alltag zu bewegen. Die Langlebigkeit und Sicherheit des Systems über ein Jahrzehnt sind gegeben.

Hintergrund:

Neuromuskuläre Läsionen resultieren in dramatischer Reduktion der Lebensqualität durch Verlust der Muskelfunktion und -Struktur. Derzeit ist die Beurteilung der Muskelregeneration auf die klinische Untersuchung und Elektromyographie begrenzt, welche deutliche Limitationen in der zeitnahen Diagnostik, sowie der Differenzierung zwischen beginnender Regeneration und Atrophie aufweisen.

Methoden:

In einer biomedizinischen Studie an Sprague-Dawley Ratten wurde µ-Computer-Tomographie (CT) sowie Positrons-Emissions-Tomographie (PET) mittels Fluordesoxyglucose etabliert. Nach manueller Segmentierung von 20 Hinterläufen, konnte ein Deep-Learning Algorithmus auf die semiautomatisierte Volumetrie trainiert werden. In der Peroneus-Nervenschädigung an Sprague-Dawley Ratten wurden wöchentliche PET-CT Bildgebungen sowie Ganganalysen durchgeführt. Nach der Beobachtungszeit von vier Wochen bei Kontusions- und 8 Wochen bei Transektions-Schädigung erfolgte die finale Messung, sowie Histologie.

Ergebnisse:

Während der gesunde Muskel ausschließlich während der Kraftproduktion metabolisch aktiv ist, zeigen de- oder reinnervierte Muskeln auch in Ruhe einen erhöhten Metabolismus. Darüber hinaus ändert sich nach Muskel-Denervierung der Glukosestoffwechsel infolge des Faserumbaus. Nach Muskeldenervation zeigte sich initial ein Denervationsödem, begleitet von erhöhtem Glukose-Metabolismus, welche in Volumenverlust enden. Die Reinnervation führt zu einer wiedereinsteigenden Proteinsynthese und damit zu erneuter Volumenzunahme.

Schlussfolgerung:

Die Messmethode könnten direkt in die klinische Praxis übertragen werden und somit frühzeitig die Beurteilung des Regenerationsstatus des Muskels ermöglichen. Frühere Diagnostik der Muskel-Atrophie oder -Regeneration, vor ersten klinischen Anzeichen, könnte den diagnostischen und therapeutischen Algorithmus deutlich beschleunigen.

Background: Breast Implant Illness (BII) refers to a range of systemic symptoms reported after breast reconstruction or augmentation with implants. BII is not yet recognized as an official medical diagnosis, and there is ongoing debate among healthcare providers and patients regarding its identification and management.

Methods: A systematic review was conducted using articles identified under ‘Breast Implant Illness’ in PubMed, Ovid, and Web of Science. Of 871 studies identified, 23 met the inclusion criteria for qualitative analysis. Based on 19 studies, a quantitative trend analysis of the ‘top 20 surveyed BII symptoms’ and ‘top 20 most common BII symptoms’ was performed, categorized by organ systems. The methods used for symptom assessment were also critically evaluated.

Results: A total of 98 BII symptoms were identified across 23 studies. Among the ‘top 20 BII symptoms’, fatigue ranked highest, followed by arthralgia/joint pain, myalgia/muscle pain, cognitive impairment, numbness, hair loss, and dry eyes. Symptoms related to the nervous and musculoskeletal systems were frequently reported. Only four studies employed validated, standardized questionnaires for symptom evaluation.

Conclusion: The limited number and quality of existing studies prevent a clear definition of BII based on symptoms. High-quality, prospective studies using standardized symptom assessment tools and including patients without secondary diagnoses are urgently needed to minimize bias and establish causality. Standardizing symptom assessment methods and setting stricter inclusion criteria in BII research are crucial for proving causality and potentially recognizing BII as a distinct clinical entity.

1 Introduction and Background

As the constant progression of antimicrobial resistance presents a global challenge to public health, the efficient treatment of infections caused by microorganisms is becoming increasingly difficult and warrants the search for new treatment options. Antimicrobial Photodynamic therapy (aPDT) represents a promising alternative since it has a low potential of resistance development and was shown to be effective against bacteria (including biofilms), fungi and viruses. Its mechanism of action involves the use of a molecule (called photosensitizer) that can be excited by irradiating it with the correct wavelength of light. The photosensitizer can then either transfer its energy directly to molecular oxygen creating singlet oxygen (¹O₂), or it captures electrons from a substrate in its immediate environment (e.g. lipids from the cell membrane) also creating cytotoxic reactive oxygen species (ROS) by transferring them to oxygen. These then target and destroy bacterial cell structures (e.g. lipids, proteins, nucleic acids, etc.).

Beside a high aPDT efficacy, photosensitizer can have additional beneficial properties which we investigate in our institute. As such, the novel curcumin derivative PVP-curcumin was shown to modulate a valuable bacterial cellular program called the SOS-response. This involves not only DNA repair mechanisms, but also horizontal gene transfer and mutagenesis, thereby presenting an attractive target for bactericidal therapies.

Thus, combining aPDT with SOS response modulation is a novel and promising treatment option regarding infected wounds.

2 Aims

We aimed to test the efficacy of aPDT using methylene blue as photosensitizer and 632 nm red LED light in a newly established mouse model that mimics naturally occurring polymicrobial infections in immunocompromised patients. Further, we screened several compounds for their ability to modulate the bacterial SOS response and identified PVP-curcumin as promising candidate. Since this compound absorbs visible light in the blue region, we aimed to test its potential as a photosensitizer as well as SOS modulator for future clinical applications.

3 Methods

In immunosuppressed mice, a dorsal, median circular incision wound was created and infected with a polymicrobial suspension. On day 1 and day 2 post surgery, aPDT was applied. At given time points we analyzed wound size and wound closure rate by 3D images, bacterial load by culture analysis and the quality of wounds by a scoring system.

Furthermore, PVP-curcumin was applied in in vitro assays for the assessment of aPDT efficacy and additional bactericidal properties regarding the bacterial SOS response.

4 Results

Polymicrobial infection significantly postponed wound healing leading to larger and slower closing wounds. This delay was drastically diminished by aPDT, confirmed by the newly established wound score.

PVP-curcumin did act as a photosensitizer and reduced the extent of the bacterial SOS response, thereby causing a mild potentiation of antibiotic drug treatment, however, it did not prevent resistance development.

5 Conclusion

aPDT presents an effective treatment option for infected wounds. To further enhance therapeutic effects, a compound such as PVP-curcumin, that can modulate the bacterial SOS response while also acting as photosensitizer, might provide additional benefits that are worth further exploring.