Zytokine in der Radon-Zytokine in der Radon-BalneologieBalneologie
TGF-ßTGF-ß als potentieller Indikator für die Wirkung der als potentieller Indikator für die Wirkung der Gasteiner Heilstollenkur bei M. Bechterew PatientenGasteiner Heilstollenkur bei M. Bechterew Patienten
Medhat Shehata, Günther Leiner, Albrecht Falkenbach,Medhat Shehata, Günther Leiner, Albrecht Falkenbach,Josef SchwarzmeierJosef Schwarzmeier
Medizinische Universität Wien, LBI für ZytokinforschungMedizinische Universität Wien, LBI für Zytokinforschung
ZytokineZytokine
• Obwohl viele Zytokine sezerniert werden, ist ihr Aktionsradius relativ eingeschränkt.
• Sie beeinflußen die Entwicklung, das Wachstum und die Lebensdauer von Zellen.
• Zytokine wirken über spezifische Rezeptoren an ihren Zielzellen.
• Jede Körperzelle produziert und reagiert auf Zytokine.
• Zytokine sind kleine Polypeptide oder Glykoproteine, die als Botenstoffe zwischen Zellen fungieren.
Die ZytokinfamilienDie Zytokinfamilien
•Interferone (IFN-, IFN- ß, IFN-)
• Interleukine (IL-1 bis IL-25)
•Kolonie stimulierende Faktoren (GM-CSF etc.)•Tumor Nekrose Faktoren (TNF, Lymphotoxin)•Andere (TGF- ß, EGF, FGF, PDGF, VEGF etc.)
Zytokine im ImmunsystemZytokine im Immunsystem
GewebsregenerierendGewebsregenerierend
TGF-ßbFGF
EntzündungsförderndEntzündungsfördernd
IL-1IL-6
TNF-
EntzündungshemmendEntzündungshemmend
TGF-ßIL-10IL-11
The ‘‘Valley of the Kings,’’ pharaohs of the New Kingdom (1550–1080 BC.). The tomb of Ramses II (Photograph by E.F., Deutsche Vereinigung Morbus Bechterew.
Four gigantic statues of Ramses II,
in front of the temples of Abu Simbel in the
south of Egypt.
Ankylosing SpondylitisAn ancient disease
Ernst Feldtkeller et. al. Rheumatol Int 2003
Radiograph of the cervical spine of Ramses II:
postmortem fracture in C5/C6, vertebral blocks
above and below due to ankylosing spondylitis,
The mummy of Ramses II in his sarcophagus.
the head position which would result if his
postmortem fracture were rearranged correctly
Lumbar spine and upper pelvis of Amenhotep II. Characteristic changes of ankylosing spondylitis
Include: calcification of the paraspinous ligaments and obliteration of the sacroiliac joints.
The sarcophagus of Amenhotep II, whose mummy shows clear indications of ankylosing spondylitis,
Beeinflußt die Gasteiner Heilstollenkur das Beeinflußt die Gasteiner Heilstollenkur das Expressionsprofil von Expressionsprofil von ZytokinenZytokinen??
*entzündungsfördernden Zytokinen (IL-6, TNF-)
*entzündungshemmenden Zytokinen (IL-10 & TGF-ß)
*Therapie: Hyperthermie, Gymnastik, Radon
*83 Patienten vor und nach einem Gasteiner Kuraufenthalt
IL-10
IL-10 Konzentrationen vor und nach Therapie
0
1
2
3
4
5
Vor Therapie Nach Therapie
IL-1
0 n
g/m
l
IL-6IL-6
0
1000
2000
3000
4000
5000
pg/m
l M.BECHTEREW, BEGINN
M.BECHTEREW, ENDE
KONTROLLE
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
Schmerz TNF- Schmerz TNF- TNF-
TN
F-
pg
/ml
vor Therapie während Therapie nach Therapie
Quantifizierung des Entzündungsparameters Quantifizierung des Entzündungsparameters TNF-TNF- im Verlauf der Gasteiner Heilstollenkur im Verlauf der Gasteiner Heilstollenkur
0
2
4
6
8
10
12
14
Sc
hm
erz
ska
la
Schmerz
Patienten mit akutem Krankheitsgeschehen zeigen signifikant verminderte TNF-
Serumwerte nach Heilstollenkur
TNF- Konzentrationen (Gruppe I)
(mehr Schmerzen am Beginn der Therapie: n=38)
0
5
10
15
20Schmerzen
TN
F-a
pg
/ml
vor während nach
TNF- Konzentrationen (Gruppe II)
(weniger Schmerzen am Beginn der Therapie, n=23)
0
5
10
15
20
TN
F-a
pg
/ml
TNF-Schmerzen
TNF-
vor während nach
aktives TGF-ß1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
vor Therapie nach Therapie
TG
F-ß
1 p
g/m
l
Gesamt TGF-ß1
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
vor Therapie nach Therapie
TG
F-ß
1 p
g/m
l
TGF-ß1TGF-ß1 Konzentration im Serum von 83 Patienten Konzentration im Serum von 83 Patienten mit Morbus Bechterewmit Morbus Bechterew
Änderung der Änderung der TGF-ßTGF-ß Serumkonzentration Serumkonzentration in M. Bechterew Patienten (n=83) nachin M. Bechterew Patienten (n=83) nach
Gasteiner HeilstollenkurGasteiner Heilstollenkur
51
77
ansteigendvermindertgleich
5 21
57
ansteigendvermindertgleich
Gesamt TGF-ß1 Aktives TGF-ß1
3D Struktur des 3D Struktur des TGF-ßTGF-ß Proteins Proteins
• Molekulargewicht 25 kDa (Homodimers)• 3 humane Isoformen: TGFß1, ß2, ß3• Produktion in versch. Geweben
Die Biosynthese des Die Biosynthese des TGF-ßTGF-ß
LTBP
Latenter TGF-ß Komplex
Proteolyse
biologisch aktives TGF-ß
TGF-ß Rezeptoren
Vorläuferprotein
LAP TGF-ß
Genexpression
Biologische Effekte von Biologische Effekte von TGF-ßTGF-ß
• Immunmodulation
• Wundheilung
• Knochenbildung und Bruchheilung
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
vor
nach
vor
nach
vor
nach
vor
nach
vor
nach
Ges
amt
TG
Fß
1 p
g/m
l
NS NSP<0.01 P<0.01 P<0.05
AS n=83
AS Gr. 1n=46
AS Gr. 2n=36
LBPn=10
AS Kontrollen=10
Veränderungen der TGF-ß1 Konzentrationen im Verlauf der Therapie
Gesamt TGF-ß1
Gasteiner Heilstollenkur Krems
0
400
800
1200
1600
2000
2400
vor
nach
vor
nach
vor
nach
vor
nach
vor
nach
Akt
ives
TG
F-ß
1 p
g/m
l
P<0.05 NSP<0.001 P<0.0001 P<0.01
All AS n=83
AS Gr. 1n=46
AS Gr. 2n=36
LBPn=10
AS Kontrollen=10
Veränderungen der TGF-ß1 Konzentrationen im Verlauf der Therapie
Aktives TGF-ß1
Gasteiner Heilstollenkur Krems
Aktives TGF-ß1
0
20
40
60
80
100
120
vor während nach
TG
F-ß
1 p
g/m
l
Gesamt TGF-ß1
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
vor während nach
TG
F-ß
1 p
g/m
l
Kinetik des TGF-ß1 Anstieges im Verlauf der Therapie
KontrolleKontrolle(Latentes TGF-ß:grün)(Latentes TGF-ß:grün)
bestrahltbestrahlt(Aktiviertes TGF-ß: rot)(Aktiviertes TGF-ß: rot)
Strahlungsmediierte AktivierungStrahlungsmediierte Aktivierungvon latentem TGF-ßvon latentem TGF-ß
Barcellos-Hoff et. al. J.C.I, 1994
-Strahler (Radon)-Strahler (Radon) induzieren dieinduzieren die TGF-ßTGF-ß Expression Expression
In vitro Bestrahlung von Lungenfibroblasten mit -Partikeln (0,4-19 cGy) führt zu einer...
Lyer et al., Cancer Research 2000
• Erhöhung der TGF-ß Sekretion
• Erhöhung des intrazellulären Superoxydes (O2-)
• Erhöhte Wasserstoffperoxyd Konzentration (H2O2)
Aktives TGF-ß
Hemmung der Entzündungs-reaktion
Aktivierung von Heilungs- prozessen
Schmerzreduktion & verbesserte Beweglichkeit
Synovial Fibroblast
Gasteiner HeilstollenkurGasteiner Heilstollenkurkurzzeitige Einwirkungkurzzeitige Einwirkungvonvon-Partikel-Partikel
Immunzellen
ZusammenfassungZusammenfassung
• Die Gasteiner Heilstollenkur induziert die Die Gasteiner Heilstollenkur induziert die Produktion des entzündungshemmendenProduktion des entzündungshemmenden Zytokins TGF-ßZytokins TGF-ß
• Patienten mit geringerer SchmerzsymptomatikPatienten mit geringerer Schmerzsymptomatik nach der Therapie zeigen eine höhere Induktionnach der Therapie zeigen eine höhere Induktion
• Erhöhtes TGF-ß führt zur Verminderung desErhöhtes TGF-ß führt zur Verminderung des subjektiven Schmerzempfindens & begünstigt subjektiven Schmerzempfindens & begünstigt HeilungsprozesseHeilungsprozesse
Supraspinous ligament
Interspinous ligament
Ligamenous Flavum
Posterior Longitudinal ligament
Anterior Longitudinal ligament
Anulus Fibrosus
Nucleus pulposus
Intervertebral Disc
Radiation: particles
H2O2
H2O2
Active & Latent TGF-ß
Active TGF-ß
Suppression of the inflammatory reaction (T cell, Monocyte)
Normal healing and tissue remodling
Improved mobility and pain reduction
TGF-ß O2.-
Exposure of PBMC and fibroblasts of patients with AS to Radon may directly induce the synthesis and activation of TGF-ß or indirectly activate TGF-ß through the generated superoxide (O2
.-) and hydrogen peroxide (H2O2). Activated TGF-ß consequently suppresses the inflammatory reaction through inhibition of the monocytes and T cell activities and enhances the normal healing process at the inflammatory sites. Ultimately leading to pain reduction and improved motility.
Fibroblast
Working hypothesis
PBMC
Exposure to Radon ( particles)In Gastein gallery or in Seibersdorf, or using gamma irradiation as a model
Cytokine and soluble factor production:*Immunoassays, *Immunofluorescence
studies
Cell proliferation & Differentiation
Collagen production:*Proliferation assays, *Immunofluorescence
Synovial fibroblasts PBMC
In vitro studies on the effect of therapy in Gastein Heilstollen on synovial fibroblasts and PBMC
PBMC: Peripheral Blood Mononuclear Cells
IL-3IL-4IL-5IL-6GM-CSF
IL-1IL-6
IL-1
T Lymphozyten
EndothelzellenFibroblasten
Makrophage
IFN-IL-2IL-4
IL-1TNFIL-6TGF-ßIFN-
IL-1IFN-ß
IL-1TNFTGF-ßIFN-
IL-1TNFTGF-ß
TNF
IL-1 TNF IL-6 IFN- GM-CSF G-CSFM-CSF
Granulozyten
IL-1IL-6GM-CSFG-CSFM-CSF
IL-1TNFTGF-ßPDGF
IL-1IL-6IFN-ßG-CSFM-CSFGM-CSF
Knochemmark
IL-2IL-4IL-5IL-6IFN-TNF
GM-CSF
B Lymphozyten
Das Zytokin NetzwerkDas Zytokin Netzwerk
ZUSAMMENFASSUNGZUSAMMENFASSUNG
• Verminderung der TNF- Expression
• Keine Änderung des IL-6 Serumspiegels
• Reduktion des subjektiven Schmerzempfindens ist mit einer verminderten TNF- Expression assoziiert
IL-10
IL-10 Konzentrationen vor und nach Therapie
0
1
2
3
4
vor nach vor nach
IL-1
0 n
g/m
l
Group I Group II
IL-10 Konzentrationen vor und nach Therapie
0
1
2
3
4
5
Vor Therapie Nach Therapie
IL-1
0 n
g/m
l
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