Klinik für Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie

Klinik für Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie Direktor: Prof. Dr. Peter Vogt Tel.: 0511/532-8860 E-Mail: phw@mh-hannover.de www.mhh-phw.de/ Keywords: Plastische Chirurgie, Regenerative Medizin, Mesenchymale Stammzellen, Tissue engineering, Spinnenseide, Axolotl Forschungsprofil Im Mittelpunkt der Forschungsansätze der Abteilung steht die Verbesserung der menschlichen Regenerationskompetenz. Zentraler Gedanke ist dabei die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze, die bisherige Verfahren verbessern und ersetzen können. Um dieses zu ermöglichen, werden Heilungsverläufe untersucht, dokumentiert und die zugrundeliegenden Mechanismen dargestellt. Wichtige Aspekte sind die Untersuchung von Wechselbeziehungen der Zellen untereinander und zu ihrer Umwelt, die Identifikation von Signalübertragungsketten und Folgeprozessen und die Darstellung pathophysiologischer Mechanismen. Dies schließt grundlagenwissenschaftliche experimentelle Ansätze ebenso ein wie die Datenerfassung klinischer Befunde. Die Wiederherstellung defekter Körperstrukturen durch zelltherapeutische Ansätze, biologische und synthetische/teilsynthetische Implantate sowie gezüchteten Gewebeersatz ist ein zentrales Ziel der Forschungsansätze. Dabei soll unter einer möglichst geringen Belastung des Patienten eine Maximierung der erreichten Funktionalität sowie der physiologischen und ästhetischen Gleichwertigkeit erreicht werden. Ein gutes Beispiel für die gegenseitige Befruchtung klinischer und experimenteller Ansätze sind die Untersuchungen zur Steigerung der Regenerationskapazität durch den Transfer von aus dem Fettgewebe isolierten mesenchymalen Stammzellen (ASC). Ihr klinisches Potential wird im einem weiten Spektrum von der Anwendung bei Wundheilungsstörungen zur Verbesserung der Perfusion bis zu grundlagenwissenschaftlichen Studien, ob sich die axonalen Regeneration nach Nervenverletzung fördern lässt, untersucht. In weiteren Forschungsansätzen werden ASC auch innerhalb des Tissue engineering zur Bildung von Knochengewebe eingesetzt. Hier fokussieren sich unsere Arbeiten auf der Optimierung der Stimulation des erzeugten Gewebes im Bioreaktor, auf die Nachverfolgung von Entwicklungsprozessen und auf die Wechselbeziehungen der Zellen und ihrer Umwelt. Die Arbeiten im Ambystoma mexicanum Bioregeneration Center wurden fortgesetzt und weiter ausgebaut. Durch die Aufnahme weiterer Zuchtgruppen und die erfolgreiche Nachzucht des Marmorquerzahnmolches (Ambystoma opacum) konnte der Gedanke, biomedizinische Forschung und Arterhalt miteinander zu verbinden, weiter verfolgt werden. Das Forschungsprofil der Abteilung deckt damit alle Teilbereiche der Plastisch-Rekonstruktiven Chirurgie ab. Die Forschungstätigkeiten sind über zahlreiche internationale und nationale Kooperationen weltweit vernetzt und in große Forschungsverbünde eingebettet. Durch diese Verknüpfung inter- und transdisziplinärer Forschungsansätze sind für die plastisch-chirurgische Therapie in der Zukunft zahlreiche verbesserte Behandlungsmöglichkeiten zu erwarten. Dabei wird auch auf eine fundierte Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses beginnend von Schultagen an, über eine sorgfältige Ausbildung von naturwissenschaftlichen Studenten und Studenten der Medizin hin zu einer gezielten Unterstützung jüngerer Wissenschaftler gesetzt. Forschungsprojekte In-situ Konjugation von Nanopartikeln bei Ultrakurzpulslaserstrahlabtragen in Monomerlösungen für das Elektrospinnen auf Brandwunden In diesem Kooperationsprojekt sollen gemeinsam mit der Universität Duisburg-Essen und der RWTH Aachen bioaktive Wundauflagen zur Therapie von Verbrennungswunden und schlecht heilenden Wunden entwickelt werden. Als Forschungsbericht 2013 247

bioaktives Element wurden Metallnanopartikel ausgewählt, die über einen kontrollierten Drug-Release aus einem an Nanofasern gekoppeltes Mikrogel in den Wunden aktiv werden sollen. Das aus Polycaprolacton bestehende Mikrogel kann durch seine Polymerisierung die durch Laser-Ablation generierten Nanopartikel einschließen, durch electrospinning werden dann bioaktive Mikrofasern generiert [Abbildung. 1]. Abb. 1: Herstellungsprozess der Nanopartikel-beladenen Mikrofasern Durch das Schwellen der Gele im wässrigen Milieu der Wunde kommt es zu einer Freisetzung der bioaktiven Ionen aus den Nanopartikeln, welche auf der Oberfläche der Wundauflage immobilisiert sind. Die Wundheilung ist ein komplexer Prozess, der hunderte von verschiedenen enzymatischen Reaktionen erfordert. Die enzymatische Aktivität hängt dabei häufig von der Anwesenheit von Metallionen, wie z.b. von Zink, ab, so dass eine geeignete Supplementierung eine positive Stimulation des Wundheilungsverlaufs bewirken kann. Darüber hinaus besteht eine antibakterielle Wirkung, die ebenfalls einen günstigen Einfluss auf die Heilung der komplexen, häufig infizierten Wunden hat. In der ersten Projektphase beschäftigten wir uns dabei mit der Frage, ob die Komponenten der bioaktiven Wundauflage zytokompatibel mit den beiden häufigsten Zelltypen der Haut, den dermalen Fibroblasten und den Keratinocyten sind. Dabei wurden die Bestandteile einzeln und im Verbund getestet. Die Viabilität der Zellen wurde mit dem LIVE/ DEAD Assay (Invitrogen) überprüft, außerdem wurde die Stoffwechselaktivität im CellTiterblue Assay bestimmt und eine mögliche LDH Freisetzung mit dem CytoTox-One Assay (beide Promega) ermittelt. Der Einfluss auf die Zellmigration wurde im Scratchassay untersucht und durch Aufsäen der Zellen auf Mikrofasern und deren fluoreszenzmikroskopische Untersuchung nach einer Inkubationszeit von vier Tagen. Aus Zinkoxid bestehende Nanopartikel wurden dafür durch Laserablation erzeugt. Das als biokompatibel bekannte Polycaprolacton grundlegend die In situ-konjugation von lasergenerierten Nanopartikeln mit Monomeren untersucht werden, die als reaktive Bausteine in hybride Nanogele polymerisiert werden können. Eine Untersuchung des Elektrospinnens von Polycaprolacton in Anwesenheit poröser, nanopartikelgefüllter Nanogele soll dabei die Synthese von nanopartikelbeladenen Fasern mit Anwendung als Brandwundenabdeckung ermöglichen. Eine Material- und Prozessoptimierung soll anschließend eine kontrollierte Zinkionenfreisetzung in die Wunde und somit deren Heilung ermöglichen. Abschließend werden biologische Tests der nanofunktionalisierten Fasern mit In vivo- und Ex vivo-methoden durchgeführt, um einen wundheilenden Effekt und die Biokompatibilität zu zeigen. 248 Forschungsbericht 2013

Da die Komponenten der Mikrogele bei höhere Konzentrationen cytotoxische Effekte auf humane Keratinocyten [Abbildung 2] und humane dermale Fibroblasten [Abbildung 3] zeigten, wurde die Zusammensetzung der Mikrogele zu einer höheren Cytokompatibiltät adaptiert. In einem Migrationsassay, bei dem in ein Kollagengel eingebettete Abb. 2: LIVE/DEAD Assay mit humanen Keratinocyten. A unbehandelte Kontrollkultur, B Kultur nach Zusatz von 0,1% VCL, C Kultur nach Zusatz von 0,1% AAEM, Kultur nach Zusatz von 1% AAEM. Vitale Zellen fluoreszieren bei diesem Assay in grün, tote Zellen sind an den rot fluoreszierenden Zellkernen zu erkennen. Messbalken: 200µm Abb. 3: LIVE/DEAD Assay mit humanen Fibroblasten. A unbehandelte Kontrollkultur, B Kultur nach Zusatz von 0,1% VCL, C Kultur nach Zusatz von 0,1% AAEM, Kultur nach Zusatz von 1% AAEM. Vitale Zellen fluoreszieren bei diesem Assay in grün, tote Zellen sind an den rot fluoreszierenden Zellkernen zu erkennen. Messbalken: 200µm Forschungsbericht 2013 249

humane Fibroblasten auf eine gewebe aus Mikrofasern gegeben wurden, konnte dann eine Migration der Zellen auf die Fasern demonstriert werden [Abbildung 4]. Abb. 4: Nachweis der Zellmigration auf Mikrofasern. A Schematischer Versuchsaufbau B Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme nach Anfärbung der Zellkerne mit DAPI (blau). Die Mikrofasern zeigen eine gelbe Eigenfluoreszenz. In der rechten oberen Bildecke ist das Collagengel zu erkennen. Projektleitung: Vogt, Peter M. (Prof. Dr. med.), Coger, Vincent (M.Sc.); Kooperationspartner: Pich, Andrij (Prof. Dr), DWI-Aachen Barcikowski, Stefan (Prof. Dr.), Universität Duisburg-Essen; Förderung: SPP-1327 der DFG Weitere Forschungsprojekte Biofabrication for NIFE Modul: Tissue Engieering Projektleitung: Vogt, Peter (Prof. Dr.), Strauß, Sarah (Dr.); Kooperationspartner: Wilhelmi, Mathias (Prof. Dr.), HTTG, Gellrich, Nils-Claudius (Prof. Dr.), MKG; Förderung: Land Niedersachsen und Volkswagen-Stiftung Translationale Anwendung von Spinnenseide in der peripheren Nervenrekonstruktion Projektleitung: Vogt, Peter (Prof. Dr.), Radtke, Christine (PD Dr.), Bucan, Vensa (Dr.); Förderung: Fritz-Behrens Stiftung Einrichtung einer Hautbank für kryokonservierte Haut Projektleitung: Vogt, Peter (Prof. Dr.), Krezdorn, Nicco (Dr.), Bucan, Vesna (Dr.); Kooperationspartner: Börgel, Martin (Dr.), Deutsche Gesellschaft für Gewebetransplantation mbh; Köhl, Ulrike (Prof. Dr.), Institut für Zelltherapeutika, MHH; Förderung: Fritz-Behrens Stiftung Narbenbehandlung durch transdermale Lasertherapie Projektleitung: Vogt, Peter (Prof. Dr.), Hiller, Michael (Dr.); Förderung: PANTEC Biosolutions Zelltransplantation bei traumatischen Rückenmarkserkrankungen und Epilepsien im Hund Projektleitung: Radtke, Christine (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Tierärztliche Hochschule im Rahmen der FOR 1103; Förderung: DFG Intravenous transplantation of mesenchymal stem cells to enhance peripheral nerve regeneration Projektleitung: Radtke, Christine (Prof. Dr.); Förderung: Plus 3 der Boehringer Ingelheim Stiftung Alterations in the expression and localization of NaV 1.7 after injection of keratinocytes into transected nerve Projektleitung: Radtke, Christine (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Neuroradiologie MHH; Förderung: MHH Laserinduzierter Vorwärtstransfer (LIFT) von Biomaterialien zur Herstellung von Hautersatz für Verbrennungspatienten Projektleitung: Reimers, Kerstin (Prof. Dr.), Vogt, Peter (Prof. Dr.), Michael, Stefanie (Dr.); Kooperationspartner: 250 Forschungsbericht 2013

Chichkov, Boris (Prof. Dr.), LZH, Steinhoff, Gustav (Prof. Dr.), Universität Rostock, Stripecke, Renata (Prof. Dr.), Hämatologie-Onkologie, MHH, Schambach, Axel (PD Dr. Dr.), Experimentelle Hämatologie, MHH; Förderung: MWK Characterization of complement activation in cutaneous ischemia-reperfusion (CI/R) injury: the role of MBL and C1q in CI/R, and the mechanism of CI/R related injury Projektleitung: Busche, Marc (PD Dr.), Peck, Claas-Tido (Dipl.-Biol.); Förderung: DFG Lymphangiogenic action of biological scaffolds in a minipig model for lymphedema Projektleitung: Hadamitzky, Catarina, (Dr.); Kooperationspartner: Zaitseva, Tatiana (Dr.), Fibralign Inc., CA, USA; Förderung: United States Department of Defense elymph - European School of Lymphatic Diseases Projektleitung: Hadamitzky, Catarina, (Dr.); Kooperationspartner: Derby Hospitals NHS Foundation Trust, Derby, UK, The Royal Marsden NHS Foundation Trust, London, UK, Clinique Jouvenet, Paris, France, Hospital de la Santa Creu I San Pau, Barcelona, Spain, Scanias University Hospital, Malmö, Sweden, Helsinki University Hospital, Helsinki, Finland, Seeklinik Zechlin, Zechlin, Germany, Földi Klinik, Hinterzarten, Germany, Instituto Português de Oncologia de Lisboa, Lisbon, Portugal, Federal Medical Association of Lower Saxony, Hannover, Germany; Förderung: Lifelong Learning Programme, Erasmus Multilateral Projects Prospektive Multi-Center-Studie der DAM (Deutschsprachige Arbeitsgemeinschaft für Mikrochirurgie) zum perioperativen Antikoagulationsregime in der autologen mikrochirurgischen Brustrekonstruktion mittels mikrovaskulärem Abdominallappen Projektleitung: Jokuszies, Andreas (Dr.); Kooperationspartner: Harder, Yves (PD Dr.), Plastische Chirurgie/TUM; Förderung: Deutschsprachige Arbeitsgemeinschaft für Mikrochirurgie (DAM) Evaluation eines Konzeptes zur Antitumortherapie durch Expressionsblockade Apoptoseinhibitorischer Proteine durch RNA Interferenz Projektleitung: Bucan, Vesna (Dr.); Förderung: Arndt-Stiftung Sensibilisierung resistenter Tumoren für klassische Therapien durch Herunterregulierung apoptosehemmender Gene. Projektleitung: Bucan, Vesna (Dr.); Kooperationspartner: Hass, Ralf (Prof. Dr.), Gynäkologie/MHH; Förderung: MHH Schwanzregeneration nach Totalamputation - Darstellung des Transcriptoms von Blastemzellen durch serielle Analyse der Genexpression Projektleitung: Reimers, Kerstin (Prof. Dr.), Liebsch, Christina; Förderung: Jung Stiftung für Wissenschaft und Forschung Schule und Forschung - Spinnenseide in der Medizin (Bionik) Projektleitung: Liebsch, Christina, Reimers, Kerstin (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Ökogarten, IGS Peine; Förderung: Robert Bosch Preis Schule trifft Wissenschaft Spinnenseide als Wundverschluss Projektleitung: Liebsch, Christina, Reimers, Kerstin (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Kasper, Cornelia (Prof. Dr.), Universität Wien, Waldmann, Karl-Heinz (Prof. Dr.), TiHo; Förderung: TUI Stiftung Hat der frühe Startzeitpunkt des Danglings Einfluss auf das Outcome freier Lappentransplantate zur unteren Extremität? Untersuchung mittels in situ Mikrodialyse im Rahmen einer prospektiv randomisierten Studie Projektleitung: Vogt, Peter (Prof. Dr.), Jokuszies, Andreas (Dr.); Kooperationspartner: Klinische Pharmakologie, MHH; Förderung: MHH Forschungsbericht 2013 251

Linking cytology with regenerative research and amphibian conservation Projektleitung: Strauß, Sarah (Dr.); Förderung: Ziegler, Thomas (PD Dr.), Zooaquarium Köln, Seutnjens, Robert, Zoo-Aquarium Berlin; Vences, Miguel (Prof. Dr.), TU Braunschweig, Miller, Konstantin (Prof. Dr.), Humangenetik, MHH Vergleichende Outcome-Analyse der Lappenplastiken am Unterschenkel Projektleitung: Ipaktchi, Ramin (Dr.) Genderforschung in der plastischen Chirurgie Projektleitung: Reinke, Julia (Dr.); Kooperationspartner: Falk, Christine (Prof.Dr.); Melk, Anette (Prof. Dr.) Passage- und mediumabhängige Veränderungen von Stammzelleigenschaften bei humanen ASCs Projektleitung: Kuhbier, Jörn Postoperative Komplikationen von freien Lappenplastiken in Abhängigkeit intraoperativer Parameter Projektleitung: Sorg,Heiko (PD. Dr.); Vogt, Peter (Prof. Dr.) Originalpublikationen Altintas B, Altintas AA, Kraemer R, Sorg H, Vogt PM, Altintas MA. Acute effects of local cold therapy in superficial burns on pain, in vivo microcirculation, edema formation and histomorphology. Burns 2013; Altintas MA, Vogt PM. Postbariatrische plastische Chirurgie. Chirurg 2013;84(6):527-540 Ebel C, Brandes G, Radtke C, Rohn K, Wewetzer K. Clonal in vitro analysis of neurotrophin receptor p75-immunofluorescent cells reveals phenotypic plasticity of primary rat olfactory ensheathing cells. Neurochem Res 2013;38(5):1078-1087 Ennker IC, Ennker J. Advantages and Pitfalls of Opcab Surgery. 2013;333-228 Ennker IC, Ennker J. Die Koronarchirurgie-aktueller Stand und Ausblick. CHAZ 2013;14(1):37-41 Ennker J, Bauer S, Ennker IC. Revascularization surgery as a treatment concept for heart failure. HSR Proc Intensive Care Cardiovasc Anesth 2013;5(2):89-97 Föll DA, Jokuszies A, Radtke C, Vogt PM. Successful closure of persistent oro-cutaneous fistulas by injection of autologous adiposederived stem cells: a case report. GMS Ger Plast Reconstr Aesthet Surg 2013;3:Doc05 Hennecke K, Redeker J, Kuhbier JW, Strauss S, Allmeling C, Kasper C, Reimers K, Vogt PM. Bundles of spider silk, braided into sutures, resist basic cyclic tests: potential use for flexor tendon repair. PLoS One 2013;8(4):e61100 Herold C, Gohritz A, Redeker J, Vogt PM. Die Transposition des Musculus biceps femoris zum Ersatz des Kniegelenkstreckers nach Resektion des Musculus quadriceps. Oper Orthop Traumatol 2013;25(4):381-387 Horch RE, Vogt PM, Schaller HE, Stark GB, Lehnhardt M, Kneser U, Giunta RE. Strategien zur Sicherung des wissenschaftlichen Nachwuchses in der Plastischen Chirurgie - Eine Standortbestimmung und Zukunftsaussichten. Handchir Mikrochir Plast Chir 2013;45(4):193-199 252 Jokuszies A, Neubert N, Herold C, Vogt PM. Early start of the dangling procedure in lower extremity free flap reconstruction does not affect the clinical outcome. J Reconstr Microsurg 2013;29(1):27-32 Jokuszies A, Radtke C, Betzler C, Branski L, Krämer R, Vogt PM. Is tamoxifen associated with an increased risk for thromboembolic complications in patients undergoing microvascular breast reconstruction? Ger Med Sci 2013;11:Doc05 Kabbani M, Rotter R, Busche M, Wuerfel W, Jokuszies A, Knobloch K, Vogt PM, Kraemer R. Impact of diabetes and peripheral arterial occlusive disease on the functional microcirculation at the plantar foot. Plast Reconstr Surg Global Open 2013;1(7):e48 Killat J, Reimers K, Choi CY, Jahn S, Vogt PM, Radtke C. Cultivation of keratinocytes and fibroblasts in a three-dimensional bovine collagen-elastin matrix (Matriderm(R)) and application for full thickness wound coverage in vivo. Int J Mol Sci 2013;14(7):14460-14474 Knobloch K, Joest B, Krämer R, Vogt PM. Cellulite and focused extracorporeal shockwave therapy for non-invasive body contouring: a randomized trial. Dermatol Ther (Heidelb) 2013;3(2):143-155 Kokemüller H, Jehn P, Spalthoff S, Essig H, Tavassol F, Schumann P, Andreae A, Nolte I, Jagodzinski M, Gellrich NC. En bloc prefabrication of vascularized bioartificial bone grafts in sheep and complete workflow for custom-made transplants. Int J Oral Maxillofac Surg 2014;43(2):163-172 Kram L, Grambow E, Mueller-Graf F, Sorg H, Vollmar B. The antithrombotic effect of hydrogen sulfide is partly mediated by an upregulation of nitric oxide synthases. Thromb Res 2013;132(2):e112-7 Krüger M, Zinne N, Zhang R, Schneider JP, Heckmann A, Haverich A, Petersen C. Multidirectional thoracic wall stabilization: a new device on the scene. Ann Thorac Surg 2013;96(5):1846-1849 Liebsch C, Reimers K, Vogt PM. Tissue Engineering mit Spinnenseide in der plastischen Chirurgie. VBIO 2013;20:5-7 Liebsch C, Strauß S, Vogt PM, Reimers K. Axolotl (Ambystoma mexicanum) Haltungsbedingungen, Aufzucht sowie haltungsbedingte Erkrankungen. Amphibia 2013;12(1):5-8 Forschungsbericht 2013

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