Tag Archives: Diagnosis

Level 3, Level 4

‘WOUND’ – Multi-omics translational research for delayed-healing wounds

Comment

We applied for a NWO perspectief research grant in order to bring wound care to this century.

In the Netherlands over 400.000 patients suffer from delayed-healing wounds. This creates a personal, but also societal burden, of 3.2 billion Euros. This will grow due to increase of elderly individuals in the Netherlands, likewise in the rest of the world.

In 2013, the National Health Care Institute classified complex wounds as a separate condition (or self-contained process). However, wound care didn’t advance much last century. Current focus is on fighting symptoms, like pain and infections. The right challenge however is to elucidate the underlying pathology and find key parameters that make the wound refrain from healing and can function as (bio)markers to control the quality of selected care. They are a starting point for discovering new treatment modalities and the direct application of available, but not yet applied, treatment modalities.

This program breaks away from the conventional approach by combining leading scientific institutes, key clinical wound care professionals and the relevant users in one consortium. We will harness the latest developments from the fields of systems biology, metabolomics, proteomics, genomics, medical- and data analysis. This enables quick implementation and valorisation of the outcomes towards predictive analysis & diagnosis, personalised interventions and innovative tools for clinicians and patients. Such as point of care diagnostic tools and direct application of a novel wound treatment approach, like anti-biofilm or complement modulation therapies.

We identified three R&D lines:

1.Predictive personalized diagnosis; Multiplex omics- and data analysis strategies will reveal early determinators of patient’s wound healing and starting points for development of personalized treatment modalities.

2. Evaluation and quantification of treatment efficiency; Identify biomolecules through a.o. omics that predict treatment efficiency and disclose key factors for improved healing.

3. Identification, research and demonstrations of new interventions and treatments; Interplay between microbiome and immunomodulation will enable novel treatments such as anti-biofilm or anti-complement therapy.

 

Societal challenges (MU)

This program has a perfect fit with the MU ‘Health and healthcare’. It will deliver predictive tools for clinicians, to be continued in targeted personal treatments which can be either preventive, either curative or both. This enables patients to re-participate sooner, or at all, in our society. Since the consortium also consists of a large group of clinicians and users, we can guarantee a fast implementation trajectory for the tools and outcome of this program. This also makes this program an export generator; since the largest amount of e.g. diabetes patients is to be found in the Americas.

Initiators

  • University of Amsterdam (UvA), Swammerdam Institute for Life Sciences – main applicant
  • ErasmusMC, Research Unit Plastic Surgery
  • University of Twente, Medical Cell Biophysics
  • Amsterdam UMC, Plastic Surgery
  • TUDelft, Chemical engineering

OTHER INSTITUTES and USERS  

  • MeanderMC, Surgery
  • IsalaMC, Surgery
  • IkaziaMC, Surgery
  • AlrijneMC, Wound centre
  • Assocation of Dutch Burns Centres
  • MST, Surgery
  • Davinci clinics
  • TNO
  • Dutch Optics Centre

COMPANIES:

  • BioMedServ BV
  • ICap BV
  • VyCAP BV
  • Biocrates Life Sciences AG
  • CZ
  • Zilveren Kruis
  • Menzis
  • VGZ

Key Enabling Technologies (KET)

The KET’s this program addresses are 1) BioTechnology 2) Quantum- and Nanotechnology and 3) Photonics, both with strong links to 4) ICT. For BioTechnology, the chemistry of (complex) wound care is on large parts terra incognita. The program is an example of an integral system biological approach for health where we explicitly use the ‘Omics’ part.

Digital technologies will enable us to harvest, classify and interpret the data from analysis and for diagnosis, as well as for further development of tools and products. Enriched with quantum- and nanotechnologies, one of the proposed outcomes will be an analytic technique for rapid medical analysis of small blood, fluid and tissue samples.

For Photonics, the program will deliver techniques to perform diagnosis with non-invasive photonic hand held devices and advanced image capturing techniques for early diagnostics, such as novel light therapies for wound treatment with a digital therapy assistant.

Public meeting:  

A public meeting will be held on November 18, at the UV

A. Please contact us for more information.

Contact information:  

Drs. Harm Jaap Smit,  nlhjs@biomedserv.com,  +31 6 45444310

(Prof. dr. A.K. (Age) Smilde, A.K.Smilde@uva.nl, 0205255062)

Level 0, Level 1, Level 2, Level 3, Level 4

The Harm Scale

Comment

Caroline Fife suggested I should publish a simple scale for tissue damage and call it the “Harm Scale”.

Here it is.

Analysing wounds requires to have a look at it at five levels, from the molecule up to the social environment of the patient. To understand events in wounded cells and tissue, it is important to realise that cells and tissues have a range of states related to damage. The linguistic problem is that damage is considered as, well, damage but in reality, cell and tissue damage ranges from no damage to death. Therefore, perhaps, we may refer to the scale as loss of homeostasis. Here the normal state means there is no loss of homeostasis, and the dead state means there is a maximum loss of homeostasis. This also makes sense because the body considers homeostasis the optimum and any loss of homeostasis will evoke a reaction. But the easiest option is, as Caroline pointed out, to use the word harm, which can be seen as a measure of loss of homeostasis.

What is harm?

Harm stands for how much problems a cell or a tissue has in its normal function.

Logically a cell or tissue can be in six states of harm:

  1. Normal,
  2. Adapted,
  3. Stressed,
  4. Injured,
  5. Damaged,
  6. Dead.

 

Normal is the normal state, where the cell or a tissue is well adapted to the circumstances and it is able to fulfil its required role. Here, the cell and tissue are in a state homoeostasis.

Adapted, if there are changes in the environment, cells or tissue adapt by changing its anatomy, physiology or behaviour. Adaptation causes cells and tissues to communicate their changed state with their environment, and the body detects those signals (Pakos‐Zebrucka et al. 2016; Erguler, Pieri, and Deltas 2013)

Stressed, when the changes lead to problems in the cells or tissue’s anatomy, physiology or behaviour becomes stressed. Here it is no longer able to fulfil all its activities normally. Stressed cells and tissues start sending out distress signals like reactive oxygen species, HIF-1a and other signals (Andreeva et al. 2015; Bohovych and Khalimonchuk 2016). These signals are not only detected by the body but some signals can also be detected in laboratory analysis (Görlach et al. 2015; Pichu et al. 2018).

Injured, if the changes have led to small-scale damage, like a leaking cell membrane or tissue damage, problems can begin to arise. Leaking for instance ATP and calcium through membranes and other forms of damage (DAMPS) are interpreted as unwelcome events (Horn and Jaiswal 2018; Tang and Marshall 2017). This implies that the signals resulting from cell and/or tissue injury may already elicit an inflammatory response (Jagannathan and Tucker-Kellogg 2016; Rathinam and Chan 2018). Often injury may be repaired, allowing for full regeneration.

Damaged, if the resultant harm has led to irreversible, yet non-lethal, damage, there are inevitable consequences. For example, loss of a limb, may not kill you, but it will reduce your functionality. The body will detect damage and respond. It might do so by apoptosis, the controlled killing of damaged cells (Karch and Molkentin 2015). IApart from liver or skin tissue, full regeneration of damage is not an option. Here the negative consequence of fibrotic repair can take place (Whyte, Smith, and Helms 2012; Greaves et al. 2013; Nyström and Bruckner-Tuderman 2018).

Dead, a dead cell is, well … dead. If a dead cell or tissue is not cleaned up properly, but is destructed instead, it’s organelles and DNA function as a danger signal, the so-called DAMP’s (danger associated molecular patterns) invoking inflammation and other tissue repair or regeneration processes (Pandolfi et al. 2016; Maslanik et al. 2013).

The Harm Scale has dimensions of level, size and time. A single cell moving up the Harm Scale, does not imply that the tissue containing that cell is also adapted, injured or damaged. The tissue it is in,  might very well be in perfect homeostasis. However, if more cells in the tissue start to get damaged or die, in time the tissue itself may start moving on the Harm Scale. And similarly, if a tissue is moving up the Harm Scale does not mean your body or parts of it are damaged.

Nevertheless, an inflammatory response is always imminent, inflammation is good but at the price of remaining scars, even at the molecular level (Fulop et al. 2018). Chronic inflammation is a source for age-related disease. (Franceschi et al. 2018)

So, even if harm doesn’t necessarily lead to direct damage, even little harm may cause problems over time in the li=ong run (Ashcroft, Mills, and Ashworth 2002).

 

Why is this important?

The body detects and responds to any deviation from homeostasis and will react to regain homeostasis. If the reaction is insufficient, the tissue damage will increase in size and magnitude and cause serious problems for the patient.

If you consider most non-traumatic wounds result from an underlying condition, the Harm Scale begins to make sense. It draws attention to the pre-clinical events which impact the clinical events to follow. If the harm is not handled properly, you are setting up your topical treatment for failure.

Flatly, if you fail to recognise the obstructed vessel, your dressing is not going to do much.

Even stressed cells may already have an impaired ability to handle harm, this condition may worsen if the harm moves up the scale. If the surrounding cells or tissues are in a grave state, the situation can spiral out of control, like in the case of skin failure at the end of life (Levine 2016).

Recognising the existence of harmed tissue highlights how a patient, who does not yet have a wound, might still suffer enough from harm to develop a wound in the near future. Or even worse, a closed wound does not mean there is no tissue damage, setting the stage for recurrence.

Neglecting the level of harm in tissue, can cause to you take action which may result in an avoidable lesion. (Black et al. 2011)

The Harm Scale also points out that, not only the tissue in the wound but also the cells and tissue surrounding the wound may be harmed, impairing the ability to repair or regenerate tissue. In general, it will be safe to say that processes, like proliferation, will take place outside the wound, even perhaps outside of the inflamed zone (Park et al. 2017). This means that the quality of the surrounding tissue plays an important role in the wound healing process.

Figure 1 Schematic representation of harm in and outside the wound.

In this paper we treat the Harm Scale at level 2 of the Five Level Model for Wound Analysis and Treatment. The five level model is a system to describe factors influencing the cause and resolution of wounds at a normal (0), general (1), local (2), systemic (3) and cellular-molecular (4) level. The levels represent a connection between where problems occur and common clinical and scientific practice. (Smit 2018)

Level 2 is local, the level of the wound. However, the Harm Scale also exists at other levels, examples are:

  • Level 1; inflammaging (Chen et al. 2014),
  • Level 3; organ-system damage (San Miguel-Ruiz and García-Arrarás 2007) and
  • Level 4; (epigenetic) DNA damage (Nanduri, Semenza, and Prabhakar 2017; Jasiulionis 2018).

Using the Harm Scale at all 5 levels opens up the possibility of making use of preventive and curative toolkits used in other types of tissue damage like renal, brain or heart damage. It also allows us to make use of the insights from inflammation research, like inflammaging (Castellani et al. 2016).

 

How the Harm Scale can help.

In today’s wound care we only casually touch on the subject of tissue damage, because the most used solution for a wound is a dressing. The Harm Scale may help us in evaluating tissue in, under and around wounds.

Having some kind of definition of harm will improve communication on the complexities of the state tissues and cells are in. Acquiring a better understanding of the level of harm in tissue allows us for assessment and modalities to maintain homeostasis.

It may be helpful to notice that, though adapted, stressed, injured and damaged cells signal their harm state to their environment, the body can under- or over-react. If the patient is compromised these early signals may be missed, masking what is really happening. On the other hand, if injured, damaged and dead cells invoke a dramatic response, this in itself, may spiral out of control in a compromised patient.

The Harm Scale is also helpful in determining where to inject growth factors, miRNA’s and other interventions. Zones in which cells are barely surviving maybe not the best place for your intervention. You have to locate the proper location in, around and under the wound for a (maximal) effect (Berlanga et al. 2013).

Perhaps, if we start diagnosing and treating issues which reduce the body’s ability to repair or regenerate tissue, we might find better ways to predict and/or prevent wounds. A Harm Scale type assessment can be a useful addition to the toolbox.

And in the process, we will learn how to achieve much better results from our current treatment modalities.

© Harm Smit (2018)

Ps. It is really weird, writing a text like this when your name is … Harm.

 

References

Andreeva, Elena R., Margarita V. Lobanova, Olga O. Udartseva, and Ludmila B. Buravkova. 2015. “Response of Adipose Tissue-Derived Stromal Cells in Tissue-Related O2 Microenvironment to Short-Term Hypoxic Stress.” Cells Tissues Organs 200 (5): 307–15. https://doi.org/10.1159/000438921.

Ashcroft, Gillian S, Stuart J Mills, and Jason J Ashworth. 2002. “Ageing and Wound Healing.” Biogerontology 3 (6): 337–45. https://doi.org/5100237 [pii].

Berlanga, Jorge, D V M Ms, José I Fernández, Ernesto López Ms, Pedro a López, Amaurys Río, Carmen Valenzuela Ms, et al. 2013. “Heberprot-P: A Novel Product for Treating Advanced Diabetic Foot Ulcer.” Medic Review 15: 11–15. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23396236

Black, Joyce M, Laura E Edsberg, Mona M Baharestani, Diane Langemo, Margaret Goldberg, Laurie McNichol, Janet Cuddigan, and National Pressure Ulcer Advisory Panel. 2011. “Pressure Ulcers: Avoidable or Unavoidable? Results of the National Pressure Ulcer Advisory Panel Consensus Conference.” Ostomy/Wound Management 57 (2): 24–37. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21350270.

Bohovych, Iryna, and Oleh Khalimonchuk. 2016. “Sending Out an SOS: Mitochondria as a Signaling Hub.” Frontiers in Cell and Developmental Biology 4 (October): 109. https://doi.org/10.3389/fcell.2016.00109.

Castellani, Gastone C., Giulia Menichetti, Paolo Garagnani, Maria Giulia Bacalini, Chiara Pirazzini, Claudio Franceschi, Sebastiano Collino, et al. 2016. “Systems Medicine of Inflammaging.” Briefings in Bioinformatics 17 (3): 527–40. https://doi.org/10.1093/bib/bbv062.

Chen, Pei-Yu, Lingfeng Qin, Zhen W Zhuang, George Tellides, Irit Lax, Joseph Schlessinger, and Michael Simons. 2014. “The Docking Protein FRS2α Is a Critical Regulator of VEGF Receptors Signaling.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (15): 5514–19. https://doi.org/10.1073/pnas.1404545111.

Erguler, Kamil, Myrtani Pieri, and Constantinos Deltas. 2013. “A Mathematical Model of the Unfolded Protein Stress Response Reveals the Decision Mechanism for Recovery, Adaptation and Apoptosis.” BMC Systems Biology 7: 16. https://doi.org/10.1186/1752-0509-7-16.

Franceschi, Claudio, Paolo Garagnani, Paolo Parini, Cristina Giuliani, and Aurelia Santoro. 2018. “Inflammaging: A New Immune–metabolic Viewpoint for Age-Related Diseases.” Nature Reviews Endocrinology. https://doi.org/10.1038/s41574-018-0059-4.

Fulop, Tamas, Anis Larbi, Gilles Dupuis, Aurélie Le Page, Eric H. Frost, Alan A. Cohen, Jacek M. Witkowski, and Claudio Franceschi. 2018. “Immunosenescence and Inflamm-Aging As Two Sides of the Same Coin: Friends or Foes?” Frontiers in Immunology 8 (January). https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.01960.

Görlach, Agnes, Katharina Bertram, Sona Hudecova, and Olga Krizanova. 2015. “Calcium and ROS: A Mutual Interplay.” Redox Biology 6: 260–71. https://doi.org/10.1016/j.redox.2015.08.010.

Greaves, Nicholas S., Kevin J. Ashcroft, Mohamed Baguneid, and Ardeshir Bayat. 2013. “Current Understanding of Molecular and Cellular Mechanisms in Fibroplasia and Angiogenesis during Acute Wound Healing.” Journal of Dermatological Science 72 (3): 206–17. https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2013.07.008.

Horn, Adam, and Jyoti K. Jaiswal. 2018. “Cellular Mechanisms and Signals That Coordinate Plasma Membrane Repair.” Cellular and Molecular Life Sciences, no. 0123456789. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2888-7.

Jagannathan, N. Suhas, and Lisa Tucker-Kellogg. 2016. “Membrane Permeability during Pressure Ulcer Formation: A Computational Model of Dynamic Competition between Cytoskeletal Damage and Repair.” Journal of Biomechanics 49 (8): 1311–20. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.12.022.

Jasiulionis, Miriam G. 2018. “Abnormal Epigenetic Regulation of Immune System during Aging.” Frontiers in Immunology 9 (FEB): 1–14. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.00197.

Karch, Jason, and Jeffery D. Molkentin. 2015. “Regulated Necrotic Cell Death: The Passive Aggressive Side of Bax and Bak.” Circulation Research 116 (11): 1800–1809. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.305421.

Levine, Jeffrey M. 2016. “Skin Failure: An Emerging Concept.” Journal of the American Medical Directors Association 17 (7): 666–69. https://doi.org/10.1016/j.jamda.2016.03.014.

Maslanik, Thomas, Lucas Mahaffey, Kate Tannura, Lida Beninson, Benjamin N. Greenwood, and Monika Fleshner. 2013. “The Inflammasome and Danger Associated Molecular Patterns (DAMPs) Are Implicated in Cytokine and Chemokine Responses Following Stressor Exposure.” Brain, Behavior, and Immunity 28: 54–62. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2012.10.014.

Nanduri, Jayasri, Gregg L. Semenza, and Nanduri R. Prabhakar. 2017. “Epigenetic Changes by DNA Methylation in Chronic and Intermittent Hypoxia.” American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology 313 (6): L1096–1100. https://doi.org/10.1152/ajplung.00325.2017.

Nyström, Alexander, and Leena Bruckner-Tuderman. 2018. “Injury- and Inflammation-Driven Skin Fibrosis: The Paradigm of Epidermolysis Bullosa.” Matrix Biology, no. 2017: 1–14. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2018.01.016.

Pakos‐Zebrucka, Karolina, Izabela Koryga, Katarzyna Mnich, Mila Ljujic, Afshin Samali, and Adrienne M Gorman. 2016. “The Integrated Stress Response.” EMBO Reports 17 (10): 1374–95. https://doi.org/10.15252/embr.201642195.

Pandolfi, Franco, Simona Altamura, Simona Frosali, and Pio Conti. 2016. “Key Role of DAMP in Inflammation, Cancer, and Tissue Repair.” Clinical Therapeutics 38 (5): 1017–28. https://doi.org/10.1016/j.clinthera.2016.02.028.

Park, Sangbum, David G. Gonzalez, Boris Guirao, Jonathan D. Boucher, Katie Cockburn, Edward D. Marsh, Kailin R. Mesa, et al. 2017. “Tissue-Scale Coordination of Cellular Behaviour Promotes Epidermal Wound Repair in Live Mice.” Nature Cell Biology 19 (2): 155–63. https://doi.org/10.1038/ncb3472.

Pichu, Sivakamasundari, Selvaraj Vimalraj, Jayalalitha Sathiyamoorthy, and Vijay Viswanathan. 2018. “Association of Hypoxia Inducible Factor-1 Alpha Exon 12 Mutation in Diabetic Patients with and without Diabetic Foot Ulcer.” International Journal of Biological Macromolecules 119: 833–37. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.011.

Rathinam, Vijay A.K., and Francis Ka Ming Chan. 2018. “Inflammasome, Inflammation, and Tissue Homeostasis.” Trends in Molecular Medicine xx (3): 1–15. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2018.01.004.

San Miguel-Ruiz, José E., and José E. García-Arrarás. 2007. “Common Cellular Events Occur during Wound Healing and Organ Regeneration in the Sea Cucumber Holothuria Glaberrima.” BMC Developmental Biology 7: 1–19. https://doi.org/10.1186/1471-213X-7-115.

Smit, Harm Jaap. 2018. “A Five-Level Model for Wound Analysis and Treatment.” Wounds UK 14 (4): 24–29. https://www.wounds-uk.com/journals/issue/548/article-details/five-level-model-wound-analysis-and-treatment.

Tang, Sindy K Y, and Wallace F Marshall. 2017. “Self-Repairing Cells: How Single Cells Heal Membrane Ruptures and Restore Lost Structures.” Science (New York, N.Y.) 356 (6342): 1022–25. https://doi.org/10.1126/science.aam6496.

Whyte, J. L., a. a. Smith, and J. a. Helms. 2012. “Wnt Signaling and Injury Repair.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 4 (8): a008078–a008078. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a008078.

Ps. It is really weird, writing a text like this when your name is … Harm.

 

Level 1

Waarom je wonddiagnose begint met de postcode.

Comment

Dit is een level 1 dingetje.

Zoals elke dag, komt er iemand je poli op met een wond. Dan moet je vaststellen wat er aan de hand is. Dat betekent dat je mag nagaan wat voor wond het is en wat je behandelmogelijkheden zijn. Gek genoeg bepalen de behandelmogelijkheden in hoeverre je behandeling kans van slagen heeft.

Is de wond überhaupt wel te behandelen?

De reden dat de patiënt naar jou toekomt betekent dat iemand anders denkt dat hij of zij niet de optimale behandeling kan bieden. Het kan zijn dat de diagnose niet klopt. Dit zou in Nederland niet te vaak mogen gebeuren maar helaas is de praktijk nog te vaak anders.

De tweede reden is dat de behandeling niet aanslaat. Waarom slaat de behandeling niet aan?

In Nederland bestaat de initiële behandeling uit het toepassen van een wond / compressie verband. Dat zou in 90% van de gevallen afdoende moeten zijn. Toch gaat de wond, vaker dan zou mogen, niet dicht. Dus als de “normale behandeling”  niet werkt is er iets bijzonders aan de hand. Meer dan je zou verwachten heeft dat te maken met het opvolgen van de adviezen van de professional door de patiënt.

Trekt u goede schoenen aan, beweegt u voldoende, verwisselt u het verband op tijd, slaapt u goed genoeg, eet u goed wel goed, belt u als het niet lukt?

Daar wringt vaak de schoen. Ondanks alle goede bedoelingen lukt het de patiënt niet om de adviezen op de volgen.

Nu wordt het interessant.

Uit recent obesitas onderzoek blijken de te dikke kinderen vaak bij elkaar in de wijk wonen. Het is zelfs zo dat de wijk belangrijker voor het ontstaan van overgewicht is de andere factoren! Niet alleen voor obesitas is dat zo, ook voor diabetes. Dus als iemand te dik is of diabetes heeft kan de omgeving waar je woont een hele belangrijke oorzaak zijn van het ontstaan en in stand houden van obesitas of non-compliance. Helaas zijn dat vaak de achterstandswijken.

Dat betekent dus dat de omgeving veel belangrijker is dan we dachten. Het wordt nu wel heel oneerlijk om tegen iemand te zeggen dat adviezen niet opvolgen, te dik of ziek zijn een keuze is. Dat is hetzelfde als zeggen dat arm zijn een bewuste keuze is. Soms is het niet anders.

Dat geldt dus ook voor jouw patiënt. Doen wat de verpleegkundige of dokter vraagt lijkt een keuze van de patiënt maar is dat dus niet altijd.

Dat betekent dat de postcode heel bepalend kan zijn in wat je van iemand kunt verwachten. En bovendien op een manier die je niet verwacht.

Dat het voor jou makkelijk is om goede schoenen te dragen, voldoende te bewegen en al die andere zaken te doen om de genezing te bespoedigen is geen enkele reden om aan te nemen dat dat voor jouw patiënt ook maar in de buurt komt van een keuze. Compliance, of het gebrek daaraan is, dus veel vaker dan je dacht, geen keuze maar een feit.

Daarmee geeft de postcode een belangrijke aanwijzing over de mogelijkheden tot compliance. Vaak bepaald compliance je behandelmogelijkheden, soms meer dan de wond.

Uiteraard is dit maar één aspect van alle zaken waar je mee te maken hebt. Het maakt wel duidelijk dat een, op het eerste gezicht logische, redenatie wel eens niet kan kloppen. Iets om rekening mee te houden.

Zo zijn er nog een paar zaken om rekening mee te houden in een (level 1) diagnose.

 

Referenties:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28164370

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28445431

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2789291/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28510620

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27319322

Level 4

Zenuwen en wondgenezing

Comment

Tijdens de Buurtzorg training werd gevraagd naar de relatie tussen wondgenezing en innervatie.

Uiteraard kom ik daar graag op terug.

Het is een hele goede vraag die voor velen een heel nieuw gebied in de wondgenezing blootlegt.

Het lijkt erop dat angiopathie leidt tot neuropathie. En we weten dat zenuwen en neuropathie een rol hebben in het ontstaan van wonden. (zie onder)

neuropathie

Maar de rol bij de genezing van wonden is minder bekend. Het verhaal begint bij de amfibie. Bij amfibieën is volledige regeneratie mogelijk. Maar alleen met goede innervatie. Zonder zenuwen en geen  nieuwe ledematen.1

Foetaal weefsel kan ook goed regenereren.  Bij ongeboren lammetjes is een normaal wondje na enkele dagen  al 14% kleiner. Als je bij een ongeboren lammetjes de zenuwen doorsnijdt is de wond in dezelfde tijd dan juist 60% groter geworden. Ergens is dit wel logisch omdat je voor wondcontractie spiercellen (myofibroblasten) gebruikt en spiercellen worden nu eenmaal vaak aangestuurd door zenuwen.2

Het zijn echter niet alleen de myofibroblasten die niet goed functioneren als een (gevoels)zenuw niet functioneert. De regulatie van celdeling en celdood wordt voor een deel ook door zenuwen uitgevoerd. Bij neuropathie kan teveel granulatie weefsel ontstaat wat leidt tot een vergrote wond en een groter litteken.

Het gaat nog verder, zoals bekend regenereren nagels en vingertopjes wel, ook bij mensen. Dwz afhankelijk van je leeftijd en hoeveel weefsel er weg is. Bij muizen is ontdekt dat dat gebeurt omdat er een blastema wordt gevormd, een soort groeikern van mesenchym cellen.4 Deze groeikern komt heel veel voor in de natuur, zowel bij planten als dieren.

Deze blastema groeit alleen maar als hij voorzien is van zenuwen, als dat niet lukt zal de nagel niet regenereren bij de muis en mogelijk ook bij de mens, maar daar kon ik geen verslag van vinden.5  Wel dit plaatje.eh50341a54

In de diabetische huid zijn de zenuwen soms ook beschadigd, dit is een van de redenen waarom “diabetische” wondgenezing minder goed verloopt6 Zo’n huid is vaak droog en schilferig en re-epithelialiseerd sub-optimaal.

Een ander gevolg is het niet of minder optreden van vasodilatatie.

Bij een bepaalde groep patiënten is het heel duidelijk dat zenuwen een rol hebben in de wondgenezing. Alle onderzoeken kwamen op gang toen zag dat dwarslaesiepatiënten veel slechtere wondgenezing hadden “voorbij” de laesie in het ruggenmerg.7

Bij deze groep patiënten werd dus snel duidelijk dat zenuwen een rol hebben in de wondgenezing.

Al met al lijkt het zo te zijn dat de zogenaamde C-zenuwvezels (waarmee ook pijnprikkels worden getransporteerd) belangrijk te zijn voor een goed verloop van de wondgenezing. Ze spelen een rol in de directe aansturing van cellen maar zijn ook organisatorisch belangrijk omdat de neuromediatoren een aantal rollen in de regeneratie van weefsel spelen. Ook hebben de zenuwvezels een effect op proliferatie van bijvoorbeeld myofibroblasten.8

neuromediators

Bij zenuwdegeneratie ontstaan dus grotere littekens,  wordt meer granulatie weefsel aangemaakt, ontstaat vertraagde re-epithelialisatie, verminderde contractie, minder vasodilatatie en langzamere proliferatie. Dat los je niet op met een verband.  Het goede nieuws is dat de aanmaak van dit type zenuwweefsel mogelijk met behulp van geneesmiddelen en elektriciteit gestimuleerd kan worden.9

Dus ja, de innervatie van het wondbed heeft invloed op de wondgenezing. Meer dan je zou denken.

  • s je een opmerking hebt hoor ik het graag, dan kan ik weer wat leren.
  • Als je een vraag hebt hoor ik het graag, kan ik weer wat uitzoeken.
  • Als je het oneens bent kunnen we discussieren, komen we allebei verder.

#proudtobeabiologist

referenties:

  1. Cannata, S. M., Bagni, C., Bernardini, S., Christen, B. & Filoni, S. Nerve-independence of limb regeneration in larval Xenopus laevis is correlated to the level of fgf-2 mRNA expression in limb tissues. Dev. Biol. 231, 436–446 (2001).
  2. Stelnicki, E. J. et al. Nerve dependency in scarless fetal wound healing. Plast. Reconstr. Surg. 105, 140–7 (2000).
  3. Smith, P. G. & Liu, M. Impaired cutaneous wound healing after sensory denervation in developing rats: Effects on cell proliferation and apoptosis. Cell Tissue Res. 307, 281–291 (2002).
  4. Neufeld, D. A. Partial blastema formation after amputation in adult mice. J. Exp. Zool. 212, 31–36 (1980).
  5. Takeo, M. et al. Wnt activation in nail epithelium couples nail growth to digit regeneration. Nature 499, 228–232 (2013).
  6. Spenny, M. L. et al. Neutral endopeptidase inhibition in diabetic wound repair. Wound Repair Regen. 10, 295–301 (2002).
  7. Basson, M. D. & Burney, R. E. Defective wound healing in patients with paraplegia and quadriplegia. Surg. Gynecol. Obstet. 155, 9–12 (1982).
  8. Ashrafi, M., Baguneid, M. & Bayat, A. The Role of Neuromediators and Innervation in Cutaneous Wound Healing. Acta Derm. Venereol. (2014). doi:10.2340/00015555-2321
  9. Kao, C. H. et al. High-frequency electrical stimulation can be a complementary therapy to promote nerve regeneration in diabetic rats. PLoS One 8, (2013).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Level 0, Level 3

Peeking at the neighbours… translating findings in other fields to wound care.

Comment

To close a wound new tissue has to be formed guided and shaped. Let’s have a look at how adjacent fields of life-sciences handle the issue. One of the problems of new tissue is you need specific cell types at the wound site. This means that cells have to be transported to the wound bed, they have to multiply and/or have to change function, proliferate.

In heart regeneration they have the same issue, how to regrow damaged tissue. But cardiologists have an extra problem, we can do without a significant portion of tissue, as long as it is not heart tissue or another vital piece of human hardware! They can not wait for nature to do its thing. Therefore, they targeted this subject by means of in vivo cardiac reprogramming. This is also called transdifferentiation, or direct reprogramming. It is a potentially compelling regenerative strategy where reprogramming factors are delivered directly to the damaged organ or tissue to induce regeneration in vivo. Wouldn’t that be nice for wound care?

Why heart regeneration? To grow new tissue the body needs to develop the “tissue-infrastructure” to support regeneration, this means neoangiogenesis. That is where the cardiologists come in. They know how to get from an endothelial cell to a capillary. So even if the subject is not similar, there are things to learn.

Another, much overlooked, piece of infrastructure is innervation. Damaged nerves have a negative impact on wound healing, so new nerves also have to be formed. Luckily even skin fibroblasts theoretically can morph into neurons. So here the same applies.

But even if you are able to produce tissue infrastructure at the wound site we still need some kind of information to get the right tissue at the right place. What phenomena guide the architecture of the new tissue? The obvious targets are of course other cells and growth factors. But we tend to overlook that a cell actually has dimensions so it cannot fit in every part of the tissue. There are also not many “open spots” in a wound, it is actually quite a crowded place. This can mean not only cells and growth factors play a role. Also extracellular matrix plays a role it also determines the available space which not only guides cells in where to go, but the cell also gets information on how to change its role in the tissue.

In adjacent fields like cardiology and neurology, we may learn how to influence the formation of new tissue beyond a generic level. Some day we may be able to steer the formation of vessels and nerves.

So a lot of exiting developments in adjacent fields of life sciences. Of course the usual warning, a heart is is not a wound. Plus, even in these fields, they have the level 0 and 1 problem. What you see in a young lab animal might be a very different thing in a real patient.

Nevertheless, keep watching; you never know what you learn.

Refs:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejhf.446/abstract

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140212132903.htm and its original article http://www.nature.com/articles/srep03474

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4699832/

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26613613 and http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25513718

#proudtobeabiologist

Level 4

Wond en wetenschap

Comment

Dit eenvoudige overzicht van belangrijke reviews uit Cell magazine, geeft aan wat zij de belangrijke onderwerpen in de “life sciences” vinden. Het is aardig om deze indeling eens te gebruiken als een soort landkaart voor de wetenschap van de wondbehandeling.  Het verbinden van wond-wetenschap met deze, blijkbaar, belangrijke wetenschappelijke gebieden is een aardige oefening.

Landmark cell reviews

Laten we per gebied eens kijken of er een relatie met wonden, het ontstaan of genezen daarvan is.

Veroudering (Aging); het toekomstig zwaartepunt in de wetenschap van wonden zal liggen in de veroudering. Iedereen kan zien dat de meeste “wondeigenaren” wat ouder zijn. Helaas is de precieze relatie tussen leeftijd en regeneratiesnelheid onduidelijk. Toch zal onderzoek naar de verouderende mens een sterke relatie met vertraagde wondgenezing opleveren. Zo zal bijvoorbeeld het, ook in Nederland uitgevoerde, onderzoek naar “inflammaging”  en de bijbehorende wiskundige modellen gaan in de toekomst veel  informatie voor wondwetenschap opleveren.

Kanker (Cancer); hoewel wetenschappelijk niet direct relevant, is kanker, als we het beschouwen als een uit de hand gelopen regeneratie misschien toch relevant. Al was het maar om de hoeveelheid tijd en geld die wordt gestoken in hetonderzoek. Juist in kankeronderzoek kunnen we veel leren van de processen die een rol spelen in weefsel regeneratie en neoangiogenese. (overigens is het duidelijk aan het worden dat het hebben van een wond een behoorlijke risicofactor is.)

Celbiologie (Cell biology); onderzoekt hoe iedere cel en groepen van cellen functioneren.  Hoewel de hoofrolspelers in de genezende wond bekend zijn, weten we niet hoe ze reageren in een complexe situatie of in een stressrijke omgeving. Hier moeten we de stap van  wondgenezing in een gezond jong proefdier naar een kwetsbare oudere maken. Die stap is vooralsnog nog te groot zoals blijkt uit de vele meta-analyses.

Immunologie (Immunology); hoewel ons immuunsysteem evolutionair gezien jonger is dan ons weefselherstel systeem speelt het desalniettemin een belangrijke rol in de wondgenezing.  In de genezende wond zorg het immuunsysteem niet alleen voor het verwijderen van bacteriën, maar heeft het een complexe regulerende rol. Helaas is het immuunsysteem niet onfeilbaar en kan het zowel een oorzaak als een symptoom zijn van een niet genezende wond zijn.

Neurowetenschappen (Neuroscience); behalve door het waarnemen van ischemie en de waarschuwende functie van pijn vraag ik me af welke rol het neurale stelsel heeft bij de genezing van wonden. Desalniettemin weet ik zeker dat ook net neurale systeem een belangrijke rol speelt in de regulatie van wondgenezing. (zie Goethe)

Niet-coderend RNA (Noncoding RNA’s); deze tak van sport is nu niet relevant voor wondgenezing. Niet omdat het niet belangrijk is,  maar omdat we deze rol pas over ongeveer 5 jaar gaan ontdekken.

Metabolisme (Metabolism) is als het ware de tegenhanger van de anatomie en beschrijft de processen van wondgenezing. Metabolisme is het sturend mechanisme van de wondgenezing. Ieder fysiologisch of anatomisch probleem zal uiteindelijk van invloed zijn op het celmetabolisme wat leidt tot een wijziging in functie, proliferatie en/of apoptose.

Transcriptie en epigenetica (Transcription and epigenetics); De genetica van wond genezing wordt al sporadisch onderzocht, al was het maar door te kijken naar het verband tussen telomeer lengte en wond incidentie bij diabeten. Hoe de genen worden afgelezen in diverse omstandigheden blijft nog gissen. Ook kijk ik uit naar de eerste artikelen die beschrijven hoe de DNA-methylering de stofwisseling in chronische wonden beïnvloedt.

Signalen (Signaling); het onderzoek naar groeifactoren en andere signalen die verband houden met het reguleren van weefsel(re)generatie zal nog wel even voortduren. Vooral de wijzigende rol van kleine moleculen in de diverse stadia van wondgenezing zal voor verassingen zorgen.

Stamcellen (Stem cells); wondgenezing en regeneratie is gebaseerd op het vormen van nieuw weefsel. Dit kan gebeuren door eenvoudige deling van epidermale cellen, door het prolifereren van cel soorten of door het aanvoeren van nieuwe (stam) cellen in het wondbed.

Ontwikkelingsbiologie (Development); dit veld zal, samen met stamcelonderzoek duidelijk maken waarom en hoe iedere specifieke cel en funtie op de juiste plaats in het nieuwe weefsel terecht komt. Deze kennis zal ons ook leren hoe en waar dit proces ontspoort bij een verstoorde wondgenezing.

Microbiologie (Microbiology); de rol van microorganismen in het lichaam wordt met de dag duidelijker maar ook ingewikkelder.  En ze zijn niet allemaal slecht. Wat we leren over de bewoners van onze ingewanden zal op de wonden toegepast moeten worden. Misschien leren we ooit wel dat de snelheid van wondgenezing voor een groot deel afhankelijk is van wat er in die wond leeft.  En dan blijft de vraag bestaan of die bacterien nu een oorzaak of een gevolg zijn van een vertraagde genezing, en hoe weet je wat wat is. In ieder geval zal Armand aanstaande vrijdag duidelijk maken dat het nemen van swabs geen toegevoegde waarde heeft.

 

Nu alle blokjes besproken zijn is het natuurlijk verleidelijk om na te gaan hoe een “blokkendoos” voor wond wetenschap eruit zou kunnen zien.

We kunnen nadenken over de volgende blokjes
Anatomie en fysiologie; medische klassiekers die nog steeds te vaak over het hoofd worden gezien in de wondgenezing. (Angiosoom!) Een onderbelicht gedeelte van de fysiologie is de medicamenteuze behandeling van wonden, al was het maar het verbeteren van de epitheelfunctie in haarvaten. (vraag maar na bij de plaatselijke cardioloog)

Systems biology; daar is geen goede Nederlandse term voor, deze integrale benadering van de levende natuur gaat door haar “wetenschappelijk slagkracht” veel opleveren, de huidige stand van de wetenschap en interesse in het vakgebied staat ons voorlopig niet toe dit in te zetten voor de wondgenezing.

Genetica; rechttoe rechtaan genetisch onderzoek heeft de wond wetenschap nog veel te bieden. Al was het maar om de genetische fatoren achter het ulcus cruris op te helderen. Het is onderzoek wat al jaren geleden uitgevoerd had moeten zijn.

Wiskundige modellen; als de hoeveelheid  informatie die per keer onderzocht kan worden exponentieel toeneemt. Bijvoorbeeld door de inzet van genomics, proteomics, metabolomics en lipidomics ontsluiten zich enorme onderzoeksgebieden in zowel kwalitatieve als kwantitatieve zin. Deze informatie is alleen nog te behappen met wiskundige modellen uit het netwerk onderzoek. Als men zich realiseert dat een wond niet alleen een fysiek contact tussen verschillende weefsels is maar ook op (abstract) netwerkniveau een verbinding is kunnen we een grote sprong maken.

Al met al een leuke vingeroefening om wond wetenschap te verbinden met “mainstream”  wetenschap. Hopelijk valt ook op dat we volledig voorbij gaan aan de oorzaak van de wond. 

Het goede nieuws is dat de wetenschap van wondgenezing nog volop kan profiteren van de vooruitgang op andere gebieden. Het slechte nieuws is dat dat bijna niet gebeurt.

Laten we eindigen met een citaat:

In der lebendigen Natur geschieht nichts, was nicht in einer Verbindung mit dem Ganzen stehe, und wenn uns  die Erfahrungen nur isoliert erscheinen, wenn wir die Versuchen nur als isolierte Fakta anzusehen haben, so wird dadurch nicht gesagt, daß sie isoliert sein, es ist nur die Frage: wie finden wir die Verbindung dieser Phänomene, dieser Begebenheiten?

Johann Wolfgang von Goethe

(Zeer vrij vertaald” alle levende zaken zijn verbonden, als je het verband niet ziet moet je nog even verder zoeken.)

#proudtobeabiologist

Level 2

Everything you always wanted to know about biofilms but …

Comment

The question: “Is there a biofilm in the wound?” reveals it is still hard to understand biofilms for wound care professionals.

To ask this simple question is uncovering a knowledge gap.

There is no such thing as A biofilm. Her are two thoughts which may enlighten you.

  1. most microbes are able to produce biofilms.
  2. If a biofilm will increase their chance of survival they will produce one, if it does not they will not.

This immediately implies that every imaginable combination of species and numbers of each species will have an influence on the biofilm.

This also implies no two biofilms are the same, stay the same or that there is only one biofilm in the wound. There will be deep tissue biofilms and superficial biofilms. The whole combination of microbes and biofilms may be more comparable to a city than a glass house. Its appearance will depend on the size of the city and the number of different inhabitants and their needs.

Luckily even biofilms will have to follow some natural or mathematical rules and therefore the number of clinical relevant biofilms may be not infinite.

Not all biofilms are bad either. As we know, every nine out of ten cells in your body are not really you. There are biofilms in the intestine which are essential for a proper functioning body. They are so important the appendix functions as a special reservoir for spare biofilms in the case something goes wrong.

In the wound it is very well imaginable that a biofilm has a ECM like function. So presumably not all biofilms are bad.

So in the end, the question is not if there is a biofilm in the wound, the question is if there is a (good or bad) clinical relevant microbiome in the wound.

For more information: Elisabeth Bik has a nice blog on biofilms and the microbiome. Here you may find this nice example of biofilm dynamics.

https://npjbiofilmscommunity.nature.com/users/6679-elisabeth-m-bik/posts/3967-the-biofilm-hunger-games

 

Level 4

Op zoek naar wonddiagnose methoden

Comment

Bij het doorlopen van de posters van WoundsUk 2015  blijkt dat de meest gebruikte-inclusie criteria om een bepaalde behandeling voor een patiënt te kiezen zijn: A vertraagt de wondgenezing en B geschiktheid van de patiënt. Dit zijn nu niet bepaald nauwkeurige criteria.

Uiteraard hebben we Time Wagner etcetera etcetera. Maar deze zijn gebaseerd op oppervlakkige waarneming. Zelfs na beoordeling van de wond zijn er patiënten die zich niet aan de verwachtingen wensen te houden. De oorzaak ligt erin dat de huidige diagnose systemen de toestand van de wond maar gedeeltelijk kunnen beschrijven. Zij beschrijven niet volledig  waarom de wond nu vertraagd is.    Iat zou het fijn zijn om onder de motorkap te kunnen kijken en meer informatie te krijgen over wat er nu precies aan de hand is in het wondgenezingsproces. Eigenlijk is het verbazingwekkend dat we nog steeds niet een standaardset van gegevens hebben die informatie opleveren over het te verwachten beloop van de wondgenezing.

Gelukkig is de medische wetenschap meer dan alleen wondbehandeling waarmee de mogelijkheid bestaat om in andere vakgebieden te zoeken naar vooruitgang. Hier zijn een paar ideeën.

 

m_coverDe eerste gedachte is om een immuno essay uit te voeren. In de arthroplastiek heeft men ontdekt dat een postoperatieve analyse van het bloed een sterke aanwijzing geeft over de duur van het herstel. In de studie hieronder wordt aangetoond dat ook analyse van de bloed voor de operatie een aanwijzing kan geven van de te verwachte hersteltijd. Dit houdt automatisch in dat men op basis van het onderzoek kan besluiten om een operatie nog even uit te stellen om de patiënt in een betere conditie te brengen. http://anesthesiology.pubs.asahq.org/Article.aspx?articleid=2470768 Een wond uitstellen is onmogelijk maar het is natuurlijk wel interessant om na te gaan of deze bevindingen zijn door te vertalen naar de wondgenezing.

Er zijn nog meer factoren de moeite waard om eens nader te bekijken. Bijvoorbeeld kan zijn serum albumine. Dit is niet alleen een maat voor de voedingstoestand van de patiënt maar heeft ook een relatie met IL6 and TNFα. Zie http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25782627 Bij de behandeling van de diabetische voet wordt het al toegepast http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26554804 en ook in de distale bypass chirurgie heeft het een toepassing.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26482994. 

Daarnaast kan het bijhouden van een aantal eenvoudige basale parameters al de nodige aanwijzingen opleveren.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26246260

En dit zijn dan nog de wat oudere technieken, wat zouden we kunnen vinden met de  modernere analytische technieken.

Al met al, het vinden van aanwijzingen over het te verwachten beloop is niet heel moeilijk maar tot op heden nog niet gebeurd.

Level 4

Discovering tools for wound assessment

Comment

Evaluating the 2015 WoundsUk posters  revealed that the most used inclusion criteria to match a patient to any intervention were A. “stalled” wound healing or B “suitability” of the patient; not exactly an exact approach.

Of course we have Time, Wagner etc etc. But these are based upon “superficial” examination. Even after assessment there are patients who do not follow expectations. This is because they describe the current state of the wound but only partially. They do not describe what is causing a delay in healing. I would love to have the possibility to look under the hood and  have some more clues about what is happening in the wound healing process. It is amazing we do not have a standard set of parameters which will help us assess the gravity of the wound.

Luckily medical science is more than wound care so it makes sense to look for progress in other fields.  Here are some thoughts.

The first idea is to do an immuno assay. Recently, application of mass cytometry in patients undergoing hip arthroplasty revealed strong immune correlatesm_cover of surgical recovery in blood samples collected shortly after surgery. In the study below it is shown that the Immune correlates identified in presurgical blood samples mirrored correlates identified in postsurgical blood samples. Hence the immune status can predict the recovery. http://anesthesiology.pubs.asahq.org/Article.aspx?articleid=2470768 I think it is worth while to see if this also has an effect on wound healing.

And there are more factors worth investigating to assess the chronicity of a given wound. Another example may be serum albumin. Which not only reflects the nutritional status of a patient but also has a link to IL6 and TNFα. See http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25782627 and it already has an application in DFU http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26554804 and in and distal bypass surgery http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26482994. 

or as we see here, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26246260 simply collecting basic parameters may already provide some clues.

And this is all old techniques, imagine what we may find with some of the newer analytic techniques.

All in all, discovering parameters is not rocket science but we have not done it yet so it is time to do it.