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Connective tissue response to fractionated thermo-ablative Erbium: YAG skin laser treatment

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Synopsis Indications for and prevalence of laser therapies with a fractionated laser beam have risen significantly. However, as of yet, little is known about the underlying molecular changes, especially with respect to dermal extracellular-matrix remodelling, wound healing and inflammation. This study aimed at the investigation of the connective tissue response of sun-damaged skin following fractionated laser treatment. Seven patients received a laser therapy on the lateral side of the neck of wrinkles grade III–IV (Glogau scale) using a fractionated thermo-ablative erbium yttrium aluminium garnet (Er:YAG) laser (2940 nm, BURANE XL; Quantel Derma, Erlangen, Germany). Skin biopsies were taken at baseline from untreated skin, 1 and 6 weeks after laser intervention to investigate hyaluronan (HA), collagen-I (Coll-I) and collagen-III (Coll-III) remodelling as well as alteration of matrix metalloproteinase 1 expression (MMP-1). To address this issue, HA synthesizing (HA synthetases, HAS) and degrading (hyaluronidases, HYAL) enzymes were measured at mRNA-level using a real-time PCR. Furthermore, immunohistochemical staining for HA was performed by using the HA binding protein (HAbP) and for Coll-I, Coll-III and MMP-1 by using monoclonal antibodies. The degree of inflammation was correlated descriptively. Our findings were that at the two examined read out points, HAS and HYAL showed a slight response alluding to HA synthesis under minimal signs of inflammatory reaction. Concordantly, although to a varying degree, an increase in the HA content of the skin after laser treatment could be detected by immunhistochemistry. During remodelling, Coll-I, Coll-III and MMP-1 showed a cyclic course with a peak after 1 week. Conclusively, our results indicate a light alteration of the HA metabolism towards synthesis and a transient collagen neogenesis caused by a single fractionated thermo-ablative laser skin intervention. Clinical improvement might be attributed to synergistic effects between collagen neogenesis and the water binding capacities of HA and its influence on skin contraction and remodelling.

French
Résumé

Les indications et les traitements réalisés avec des lasers fractionnés sont en phase croissante significative. Cependant, à ce jour, on connaît peu les modifications induites au niveau moléculaire, notamment pendant les phases d’inflammation, de guérison et de remodelage du derme. Cette étude a pour but d’examiner la réaction des tissus conjonctifs à un traitement par laser fractionné sur peaux heliodermiques. Sept patients ont été traités sur la face latérale du coup montrant des rides de grade III à IV (échelle Glogau) avec un laser fractionné thermo-ablatif Er:YAG (2940 nm, BURANE XL; Quantel Derma, Erlangen, Allemagne).

Des biopsies ont été effectuées avant traitement, 1 semaine et 6 semaines après l’intervention laser pour évaluer la synthèse d’acide hyaluronique (HA), de collagène I (Coll-I) et de collagène-III (Coll-III), ainsi que le changement d’expression des métalloprotéinases matricielles 1 (MMP-1). Pour cela les quantités d’enzymes synthétisants (HAS) et d’enzymes détruisants (HYAL) l’acide hyaluronique ont été mesurées en utilisant un PCR en temps réel au niveau des mRNA. Par ailleurs, un marquage immunohistochimique pour l’HA a été effectué en utilisant l’ HAbP et en utilisant des anticorps monoclonaux pour Coll-I, Coll-III et MMP-1. Le degré d’inflammation a été mis en corrélation avec les mesures. Une légère réponse de HAS et HYAL sur l’HA, avec des signes minimaux de réaction inflammatoire, a été observée lors de nos mesures. De même, une augmentation d’HA dans le derme a pu être détectée par immunohistochimie après traitement laser. Durant le remodelage, Coll-I, Coll-III et MMP-1 ont montré une évolution en coche avec un pic après une semaine. En conclusion, après un seul traitement par laser fractionné thermo-ablatif, nos résultats indiquent une légère synthèse d’HA et la création temporaire de néo-collagène. L’amélioration clinique pourrait être due aux effets combinés entre la collagenèse et les propriétés de rétention d’eau de l’acide hyaluronique et son influence sur la contraction de la peau et le remodelage.
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Keywords: Erbium:YAG-laser; MMP; collagen; hyaluronan; rejuvenation

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2010

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