Immuunmodellering bij wondheling

Wondheling is een dynamisch en complex proces in vier fasen voor het herstel van homeostase na weefselschade. Het initieel antwoord op een weefselletsel is hemostase, vooral bedoeld ter beperking van bloedverlies. Bij dit proces zijn zowel vasoconstrictie als activering van bloedplaatjes en de coagulatiecascade betrokken. Bij bloedstolling ontstaat een fibrineklonter als een voorlopige extracellulaire matrix, bestaande uit een netwerk van onoplosbare fibrinevezels, gevormd op de plaats van het letsel. Naast een functie bij bloedstolling, regelt de lokale aanwezigheid van fibrine ook de infiltratie van cellen naar de wonde, dankzij directe interacties met verschillende celtypen. Inflammatie vormt de tweede fase en helpt bij wondzuivering en  preventie van infecties, dankzij de deelname van verschillende soorten van immuuncellen en -moleculen. In het begin van de tweede fase ontstaat een pro-inflammatoir antwoord, belangrijk voor het opruimen van celdebris en pathogene micro-organismen. Geleidelijk maakt dit plaats voor een resolutief/helend proces met macrofagen in de hoofdrol. Hierdoor wordt de voortgang naar de volgende fase van weefselherstel ingeluid. De derde fase van proliferatie of granulatie leidt tot het ontstaan van nieuw weefsel, dankzij deling en migratie van verschillende celsoorten, productie van collageen en de vorming van nieuwe bloedvaten. Tenslotte leidt de vierde fase van remodelering tot een geleidelijke weefselversteviging en uitlijning van cellen en moleculen in het nieuwgevormde weefsel met littekenvorming.

Soms wordt het wondhelingsproces ontregeld, vaak in associatie met andere ziektebeelden zoals diabetes, vasculaire problemen en leeftijdsgebonden aandoeningen. Wanneer het helingsproces gecompromitteerd wordt, persisteert een wonde voor geruime tijd. Dit geeft aanleiding tot chronische of moeilijk helende wonden met aanzienlijke lasten voor individuele patiënten en tevens een ernstige belasting van ons gezondheidssysteem. In sommige gevallen volstaan conventionele behandelingen voor deze wonden niet en, derhalve, is de ontwikkeling van nieuwe doeltreffende therapieën voor moeilijk helende wonden nog steeds noodzakelijk. Aangezien aanhoudende of ontregelde ontstekingsreacties kenmerkend zijn voor chronische wonden en bovendien interfereren met het normale helingsproces, hebben we tijdens dit doctoraatsproject  strategieën onderzocht om via beïnvloeding van immuniteitsmechanismen in de huidwondomgeving het genezingsproces te bevorderen.

In een eerste onderdeel werd de invloed van exogeen toegediende fibrine op wondheling van de huid onderzocht in een diermodel bij muizen. Hiervoor gebruikten we hydrogelen van fibrine, waarbij de natuurlijke samenstelling en de rangschikking van fibrineklonters nagebootst werden, rekening houdend met de fysiologische concentratie  van fibrinogeen in bloedplasma. We bewezen dat de behandeling van een wondbed met dergelijke fibrine-hydrogel het helingsproces positief beïnvloedde en de samenstelling van de populaties van witte bloedcellen alsmede de inflammatoire antwoorden wijzigden naar een sneller weefselherstel.

Het gebruik van COAM, een derivaat van amylose dat verschillende chemokinen kan binden, werd uitgetest als tweede strategie om het huidwondhelingsproces bij muizen immunologisch te beïnvloeden. Behandeling met COAM verhoogde de lokale rekrutering van CX3CR1-positieve monocyten/macrofagen naar de wonden en versnelde het helingsproces. We beschreven tevens de in vitro antibacteriële eigenschappen van COAM tegen Gram-positieve bacteriën, waaronder S. aureus and MRSA.

Tenslotte werd een gerichte toepassing met COAM onderzocht. COAM bindt met hoge affiniteit aan “stromal-derived factor-1”/SDF-1, een homeostatisch chemokine met gunstige effecten bij weefselherstel. We toonden aan dat COAM de proteolytische afbraak van SDF-1 door verschillende proteasen belette en daardoor de activiteit van SDF-1 in stand hield. Deze bescherming tegen proteolyse steunt op de directe binding van COAM met SDF-1, dankzij elektrostatische interacties. De toediening van COAM-gebonden SDF-1 in de bovenvermelde fysiologische fibrine-hydrogel versnelde de heling van huidwonden bij muizen, waarschijnlijk door het verlengen van de biologische beschikbaarheid van SDF-1 in de wonden.

Samenvattend mogen we stellen dat het mogelijk is om huidwondheling te verbeteren met immuunmodulerende farmacologische agentia. Onze bevindingen ondersteunen de notie dat immuuncellen, in het bijzonder macrofagen, belangrijke rollen vervullen gedurende weefselherstel en dat nieuwe farmacologische principes om deze cellen te beïnvloeden in de wondomgeving een veelbelovende strategie vormen met het oog op verbetering van weefselregeneratie.