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Fragestellung: Profibrotische Störungen, wie z.B. die Bildung von Keloiden oder hypertrophen Wundnarben basieren zumeist auf einer gestörten Regulation der Proliferation und/oder Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten. In früheren Studien konnten wir zeigen, dass Bestrahlung mit blauem Licht (453 und 474 nm) bereits in subletalen Dosen eine signifikante Erniedrigung der TGF-beta-induzierten Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten bewirkte. Der Untersuchungsschwerpunkt der aktuellen Studie war die Rolle des Flavin-haltigen Proteins NADPH-Oxidase 4 (NOX4), welches auf der Basis der Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) eine zentrale Schaltstelle des für die Fibroblastendifferenzierung essenziellen TGF-beta-Signalwegs darstellt.

Methodik: Verwendet wurden humane dermale Fibroblasten (FB) sowie Fibrosarkomzellen der Zelllinie HT1080. Bestrahlungen erfolgten unter Verwendung eines hochintensiven LED-Arrays (453 nm in subletalen Dosen von max. 80 J/cm²). Mit zellbiologischen Methoden (Immunproteinchemie) sowie molekularen Methoden (Western, RT-PCR) untersuchten wir die Photoeffekte der verwendeten Lichtquelle auf den molekularen Mechanismus der Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wurden mittels Durchflusszytometrie und Fluorometrie detektiert. Als Parameter der NADPH-Oxidase-Aktivität haben wir photometrisch die Konzentrationen von NADP+ und NADPH quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In Folge einer Differenzierungsinduktion von Fibroblasten mittels TGF-beta beobachteten wir eine leicht erhöhte intrazelluläre Produktion von ROS. Durch eine Bestrahlung der Zellen mit blauem Licht (max. 80 J/cm²) konnten wir eine wesentlich stärkere und über sechs Stunden anhaltende Erhöhung der intrazellulären ROS-Generierung beobachten. Diese starke Erhöhung der ROS-Produktion korrelierte zugleich mit einer mehr als 80%igen Hemmung der TGF-beta-abhängigen Fibroblastendifferenzierung. Die oben erwähnte intrazelluläre ROS-Produktion konnte aufgrund des langen Zeitintervalls nicht das primäre Ergebnis der Lichtexposition sein, sondern spiegelt vielmehr einen induzierten intrazellulären enzymatischen Prozess wider. Parallel zu der beschriebenen ROS-Produktion beobachteten wir in TGF-beta-aktivierten FB-Kulturen eine langandauernd erhöhte NOX4-Aktivität, wohingegen in den zusätzlich bestrahlten FB-Kulturen die NOX4-Aktivität über den beobachteten Zeitraum von sechs Stunden weit unter der Ausgangsaktivität lag. Da Flavinproteine, wie z.B. die NOX4, ein Absorptionsmaximum bei etwa 453 nm haben, postulieren wir hier einen Mechanismus, der eine Licht-induzierte Strukturveränderung des Flavin-haltigen Enzyms beinhaltet und dadurch zu einer Unterbrechung der TGF-beta-induzierten Differenzierungskaskade führt.

Durch die hier erwähnte lichtspektrumspezifische Modulation von Schlüsselenzymen der Fibroblastendifferenzierung sind wir in der Lage ein fibrotisches Ereignis effektiv, spezifisch sowie nebenwirkungs- und pharmafrei zu hemmen.