The effects of EPO on cutaneous wound healing, dermal stem cell marker activation, and gene expression patterns

Abstract

Scars often have a negative impact on an individual’s self-perception of beauty, quality of life, and self-confidence. In order to reduce these negative impacts, researchers are attempting to better understand the biological mechanisms that lead to scar formation, so that more effective clinical treatments can be developed. A long-term goal is to accelerate skin regeneration and facilitate scarless healing of wound injuries. In previous studies, researchers have shown that low dose erythropoietin (EPO) has regenerative and cytoprotective effects in preclinical animal models, and even in clinical patients presenting with burns or diabetic wounds. However, the molecular mechanisms through which EPO affects scar formation and/or wound healing in human skin tissue remains unclear. Therefore, in this research project, the effect of EPO on skin-graft donor site wound healing in human patients is evaluated using immunohistochemical methods, and then additional in vitro experiments are conducted to test how the effects of EPO may be impacted by the presence of other small molecules called pro-inflammatory cytokines. Specifically, in one study: (i) the effect of systemic application of EPO on immunohistochemical indicators of wound healing is tested using skin samples from a clinical trial that compared EPO-treated to placebo-treated groups. In a second in vitro study: (ii) the effect of EPO administration (alone and in combination with different cytokines, e.g., IL-6, TNF-α) on expression levels of genes linked to wound healing was tested. In the first study, immunohistochemical analyses failed to uncover any strong patterns that differentiated treatment and control groups, with the exception of von Willebrand factor, which showed signs of decreased expression in the EPO-treated group. In the second study, EPO administration, and co-administration of EPO with TNF-α and IL-6 cytokines, led to some changes in gene expression levels in foreskin-derived mesenchymal stem cells. However, treatment with EPO alone, and co-administration of EPO with TNF-α and IL-6, did not lead to statistically significant differences in GO or KEGG signaling pathways.

Narben wirken sich oft negativ auf die individuelle Selbstwahrnehmung von Schönheit, Lebensqualität und Selbstvertrauen aus. Um diese negativen Auswirkungen zu verringern, versuchen Forscher die biologischen Mechanismen, die zur Narbenbildung führen, besser zu verstehen, damit wirksamere klinische Behandlungen entwickelt werden können. Langfristige Ziele sind die Hautregeneration zu beschleunigen und die narbenlose Heilung von Wundverletzungen. In früheren Studien haben Forscher gezeigt, dass niedrig dosiertes Erythropoietin (EPO) regenerative und zytoprotektive Wirkungen in präklinischen Tiermodellen und sogar bei klinischen Patienten mit Verbrennungen oder diabetischen Wunden hat. Allerdings sind die molekularen Mechanismen, durch die EPO die Narbenbildung und/oder Wundheilung im menschlichen Hautgewebe beeinflusst, unklar. Daher werden in diesem Forschungsprojekt die Wirkung von EPO auf die Wundheilung von Hauttransplantaten beim menschlichen Patienten mit immunhistochemischen Methoden untersucht, und dann zusätzliche In-vitro-Experimente durchgeführt, um zu prüfen, wie die Wirkung von EPO durch das Vorhandensein anderer kleiner Moleküle, sogenannter proinflammatorischer Zytokine, beeinflusst wird. Im Einzelnen wurde in einer Studie (i) die Wirkung einer systemischen Anwendung von EPO auf immunhistochemische Indikatoren der Wundheilung anhand von Hautproben aus einer klinischen Studie untersucht, bei der EPO-behandelte Gruppen mit Placebo-behandelten Gruppen verglichen wurden. In einer zweiten In-vitro Studie wurde: (ii) die Wirkung der EPO-Verabreichung (allein und in Kombination mit verschiedenen Zytokinen, z. B. IL-6, TNF-a) auf die Expressionsniveaus von Genen, die mit der Wundheilung in Verbindung stehen, getestet. In der ersten Studie ergaben die immunhistochemischen Analysen keine eindeutigen Muster, die die Behandlungs- und Kontrollgruppen unterschieden, mit Ausnahme des von-Willebrand-Faktor, der Anzeichen einer verringerten Expression in der der EPO-behandelten Gruppe zeigte. In der zweiten Studie führte die Verabreichung von EPO und die gleichzeitige Verabreichung von EPO mit den Zytokinen TNF-a und IL-6 zu einigen Veränderungen der Genexpression in den Mesenchymalen Stammzellen die aus der Vorhaut gewonnen wurden. Die Behandlung mit EPO allein und die gleichzeitige Verabreichung von EPO mit TNF-a und IL-6 führte jedoch nicht zu statistisch signifikanten Unterschieden in GO- oder KEGG-Signalwegen.