während des gesamten Rekonstruktionsprozesses eine signifikante Traumatisierung. Initial laufen Invasionen von neutrophilen Granulozyten und im

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1 Die Rolle verschiedener Transkriptionsfaktoren bei der Einheilung mikrochirurgischer Lappenplastiken im Zusammenhang von Ischämie und Reperfusion - ein interdisziplinäres Projekt - Der Verlust des Eigengewebes infolge einer Tumorentfernung, eines Traumas sowie entzündlicher Krankheiten im Mund-, Kiefer- und Gesichtsbereich wird nach kritischer Defektgröße mit mikrovaskulär reanastomosierten Transplantaten ästhetisch und funktionell rekonstruiert. Die Implementierung vielfältiger Innovationen und der Einsatz miniaturisierter mikrochirurgischer Transplantatarten wie Perforator-Lappen erhöhen die Rate an Komplikationen beim Lappentransfer. Vaskuläre Vorerkrankungen, häufiger Nikotinabusus, Voroperationen sowie hohes Lebensalter kommen als weitere Risikofaktoren für Komplikationen hinzu. Trotz des Einsatzes perfekter mikrochirurgischer Technik und größter klinischer Erfahrung der Rekonstruktionschirurgen lassen sich Teil- und Totalnekrosen dieser Gewebetransplantate in der klinischen Praxis nicht komplett vermeiden. Ein Transplantatverlust insbesondere im Kopf-Hals-Bereich hat für den Patienten schwerwiegende Folgen. Unsere Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Zusammenhänge zwischen Ischämie-Reperfusion-Oxidativer Stress bei Lappenplastiken und transkriptioneller Regulation von diversen molekularbiologischen Prozessen. Ein Kompositlappen besteht aus Haut-, Muskel-, Knochen- und Nervengewebe. All diese Gewebearten reagieren individuell und damit insgesamt in komplexer Weise auf die Stadien während eines freien Gewebetransfers. Das Gewebe wird der Ischämie und im Anschluss der Reperfusion und damit hohem oxidativen Stress ausgesetzt, wobei vermehrt reaktive Sauerstoffspezies entstehen. Das Regenerationspotential und die Überlebensstrategien von verschiedenen Komponenten eines mikrochirurgischen Transplantates wirken bestimmend auf den Erfolg einer plastischen Rekonstruktion. Daher haben wir die Entschlüsselung dieser komplexen Abläufe von Überlebensbzw. Regenerationsstrategien einzelner Gewebeteile eines Lappens als wichtige Herausforderung angenommen, um die Erfolgsrate in der Mikrochirurgie zum Wohle unserer Patienten weiter zu erhöhen. Insbesondere der Skelettmuskelanteil eines Lappens, der aufgrund seiner Beschaffenheit bei der Transplantatheilung eine entscheidende Rolle spielt, erleidet

2 während des gesamten Rekonstruktionsprozesses eine signifikante Traumatisierung. Initial laufen Invasionen von neutrophilen Granulozyten und im Anschluss von zwei Subpopulationen von Makrophagen im Gewebe ab. Die Makrophagen M1 und M2 spielen eine zentrale Rolle bei der Regeneration im geschädigten Muskel. Satellitenzellen sind Muskel-spezifische Stammzellen und für die Muskelregeneration verantwortlich. Der in der Ischämiephase vorherrschende Sauerstoffmangel bewirkt, dass in der mitochondrialen Atmungskette die Bildung von energiereichem Adenosintriphosphat (ATP) stagniert und nahezu vollständig zum Erliegen kommt. In der Folge wird Hypoxanthin gebildet, das zur Umwandlung des Enzyms Xanthindehydrogenase zu Xanthinoxidase führt, welches wiederum Hypoxanthin zu Xanthin oxidiert. Bei dieser Umwandlung entstehen freie Sauerstoffradikale. Der Muskelanteil eines Lappens leidet nach vorangehender Ischämie unter oxidativem Stress, so dass vermehrt reaktive Sauerstoffspezies (ROS) entstehen. Die Induktion der Transkription von Genen für antioxidative Enzyme nimmt zur Abwehr von oxidativem Stress eine Schlüsselrolle ein. Unsere Untersuchungen an transgenen Mäusen für nuclear factor-e2-related factor 2, ein Transkriptionsfaktor für multiple antioxidative Enzyme, zeigen ein erhebliches Regenerationspotential an transplantierten Skelettmuskeln. In diesem Kontext wurden die Interaktionen zwischen pro-inflammatorischen und anti-inflammatorischen Prozessen und regenerative Mechanismen untersucht. So konnten wir in unseren tierexperimentellen Studien an transgenen Mäusen für NF-êB und ARE einen transkriptionellen Rhythmus bei der Einheilung eines myogenen Lappens feststellen. Weitere Untersuchungen zur Steigerung des angiogenetischen Potentials führen wir derzeit an transgenen Mäusen für VEGF-Rezeptoren durch. Zur Evaluation unserer Fragestellungen stehen uns neben vielfältigen immunhistochemischen, biochemischen sowie molekularbiologischen Untersuchungsmethoden eine Vielzahl von apparativen Möglichkeiten wie Laser Doppler-Scanner, O2C und BLI zur Verfügung. Die Projekte werden durch mehrere Förderungsprogramme unterstützt.

3 Abbildung 1: Ein Beispiel für die Rolle der Transkriptionsfaktoren bei der Lappenheilung. TUNEL-Assay und Färbung der Zellkerne mittels DAPI des Skelettmuskels an Nrf2-wildtyp (links) und Nrf2-knockout Mäusen (rechts). Die KO Mäuse zeigten mehr apoptotische Zellkerne im Vergleich mit ihren WT Littermates (p=0.0076).

4 Abbildung 2: Ein Beispiel für BLI-Untersuchung an transgenen Mäusen für ARE nach kompletter Ischämie des linken Hinterlaufes und anschließender Reperfusion. Die Untersuchungszeiten wurden am unteren Rand des jeweiligen Bildes angegeben. Die deutliche Aktivität von ARE konnte zwischen 96h und 8. Tag beobachten. Kontakt: Dr. Dr. Tolga Taha Sönmez, Univ.-Prof. Dr. Dr. F. Hölzle Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Frank Hölzle) Universitätsklinikum der RWTH Aachen Pauwelsstraße 30, Aachen Kooperationspartner: Institut für Anatomie und Zellbiologie, Universitätsklinikum Aachen Institut für Anatomie und Zellbiologie, Universität Würzburg Institut für Neuropathologie, Universitätsklinikum Aachen Institut für Molekulare Herz-Kreislaufforschung (IMCAR), Universitätsklinikum Aachen Institut für Tierversuchskunde sowie Zentrallaboratorium, Universitätsklinikum Aachen

5 Department of Medicine and Laboratory Medicine, University of California, USA Department of Pharmacology and Molecular Sciences, Johns Hopkins University, USA Department of Biophysics and Institute for Laboratory Animal Science and Experimental Surgery, Suleyman Demirel University, Turkey Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Suleyman Demirel University, Turkey Department of Plastic, Reconstructive, and Hand Surgery, GATA Military Hospital, Turkey