3 farm vestn 2022; 73 UČINKI SLOVENSKE TERMALNE VODE NA KOŽNE CELICE, GOJENE IN VITRO THE INFLUENCE OF THERMAL WATER FROM SLOVENIA ON IN VITRO CULTURED SKIN CELLS AVTORJI / AUTHORS: asist. Lidija Gradišnik, mag. soc. gerontol., ing. živ. teh.1, 2 prof. dr. Danica Železnik, prof. zdr. vzg.2, 3 Boštjan Krajnc, mag. farm.1 prof. dr. Uroš Maver, mag. farm.1 Andrej Eržen, univ. dipl. prav.4 Asist. Marko Milojević, mag. lab. biomed.1 prof. dr. Tomaž Velnar, dr. med.5 1 Medicinska fakulteta Maribor, Taborska 8, 2000 Maribor 2 AMEU Maribor, Slovenska 17, 2000 Maribor 3 Visoka šola za zdravstvene vede Slovenj Gradec, Glavni trg 1, 2380 Slovenj Gradec 4 IARMR Terme Dobrna, Dobrna 50, 3204 Dobrna 5 Univerzitetni klinični center Ljubljana, Klinika za nevrokirurgijo, Zaloška 7, 1000 Ljubljana NASLOV ZA DOPISOVANJE / CORRESPONDENCE: E-mail: tvelnar@hotmail.com POVZETEK Termalna voda ima zdravilne učinke na različne ko- žne bolezni, kot so protibolečinski, protivnetni in re- generativni učinki. V raziskavi smo testirali učinke slovenske termalne vode iz Term Dobrna na gojenih kožnih celicah in vitro, in sicer neobdelano termalno vodo, z UV-svetlobo sterilizirano termalno vodo, fil- trirano termalno vodo ter ultračisto vodo in vodo- vodno vodo kot kontroli. Živost oz. viabilnost celic v celičnih kulturah smo določali s kolorimetričnim testom MTT. Termalna voda je rast keratinocitov statistično značilno najbolj spodbudila pri redčitvah 1 : 8 in 1 : 16. Rast fibroblastov je spodbudila pri vseh redčitvah (1 : 2, 1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16), vendar učinki niso dosegli meje statistično značilnih vred- nosti. Pri obeh celičnih kulturah in pri vseh redčitvah je bil vpliv termalne vode na rast celic in vitro podo- ben vplivu termalne vode, predhodno sterilizirane z UV-svetlobo. Ugotovili smo, da ima termalna voda iz Dobrne koristne učinke na rast in regeneracijo človeških kožnih celic in vitro, zato menimo, da je priporočljiva za preventivno in terapevtsko uporabo pri določenih kožnih boleznih. KLJUČNE BESEDE: celične kulture, fibroblasti, keratinociti, koža, ter- malna voda ABSTRACT Thermal water exerts healing effects on various skin diseases such as antinociceptive, anti-inflam- matory and regenerative effects. The effects of ther- mal water from Dobrna springs, Slovenia, were tested in in vitro skin cell models, including un- treated thermal water, UV-sterilised thermal water, filtered thermal water, and ultrapure water and tap water as controls. Cell viability in cell cultures was determined using the MTT test. Thermal water stim- ulated the growth of keratinocytes statistically sig- nificantly, at 1:8 and 1:16 dilutions. At all dilutions (1:2, 1:4, 1:8 and 1:16), it stimulated the growth of fibroblasts, however, values were not statistically significant. In both cell cultures and at all dilutions, the effects of thermal water and UV-sterilised ther- mal water on the cell growth were similar. To con- clude, thermal water from Dobrna has a beneficial effect on the growth and regeneration of skin cells IZ V IR N I Z N A N S TV E N I Č LA N K I pogosto v kombinaciji z morskim zrakom oz. morsko klimo in soncem, na kožo bolnikov z luskavico, atopijskim der- matitisom in revmatoidnim artritisom s prizadetostjo kože ter različnimi vrstami alergij (3–5). Pri vnetnih kožnih boleznih, ki kožo okvarijo na mikroskop- ski in makroskopski ravni, so patogenetski procesi, ki se izražajo v kožnih plasteh in vplivajo tako na celice kot na druge organske sisteme, posledica imunskih interakcij, v katerih sodelujejo keratinociti, celice vezivnega tkiva (fibro- blasti), celice prirojene in pridobljene imunosti ter številni topni mediatorji (3, 6). Za blaženje in zdravljenje tovrstnih bolezni pogosto uporabljamo balneoterapijo oz. kopanje v termalni izvirski ali morski vodi, kar kombiniramo z ustrez- nimi zdravili in drugimi vrstami naravnih snovi (7). Mehanizem delovanja mineralne in morske vode na kožne celice je podoben, a specifičen, glede na sestavo topljen- cev, hitrost učinkovanja, indikacije za zdravljenje in tera- pevtske učinke. Pri tovrstnem zdravljenju prevladujejo lo- kalni učinki številnih ionov, npr. natrijevih in kloridnih (4). Voda in ioni, ki pridejo v stik z vrhnjimi plastmi kože, prodi- rajo skoznje in nato v kožnih celicah spremenijo osmozni tlak, preko celičnih membranskih ionskih kanalčkov pa sti- mulirajo živčne receptorje. Zdravilno delovanje mineralnih vod je torej posledica mehanizma, ki ga pogojujeta kon- centracija in vrsta soli, ki jih vsebujejo. V kožnih celicah se s pomočjo celične osmoze sproži bodisi aktivacija ali zavi- ranje celičnih apoptoznih ali nekroznih procesov. Osmozni mehanizem nato vpliva tudi na mehansko občutljive celične transmembranske kanalčke oz. proteine, ki so vključeni v proces signalizacije. V osnovi gre torej predvsem za učinke adsorpcije/absorpcije in penetracije v mineralnih vodah raztopljenih ionov skozi kožo (8). Proliferacija in migracija keratinocitov in fibroblastov sta bi- stveni za popravilo in obnovo kožne bariere po različnih poškodbah kože (8, 9). Termalne vode, ki vsebujejo številne različne soli in elemente v sledovih, kot sta npr. bor in man- gan (v nekaterih termalnih izvirih sta prisotna v visokih kon- centracijah), lahko pripomorejo k boljšemu in hitrejšemu celjenju ran (9). Z uporabo celičnih modelov in vitro so ugotovili, da imata omenjena mikroelementa pozitivne učinke na kulturo človeških keratinocitov (8). Opazili so na- mreč, da je že po 24-urni inkubaciji kulture keratinocitov v mediju z dodatkom termalne vode, ki je vsebovala borove soli v koncentracijah od 0,5 µg/ml do 10 µg/ml in manga- nove soli v koncentracijah od 0,1 µg/ml do 1,5 µg/ml, prišlo do pospešenega zapiranja oz. preraščanja mehansko povzročene vrzeli (rane) v primerjavi s kontrolno kulturo, kjer je bil prisoten le gojitveni medij. Pri tem pa zaprtje vrzeli oz. rane ni bilo posledica pospešene celične prolife- 1Uvod S staranjem se spreminjajo vsi organski sistemi v telesu, tudi koža, vendar zelo različno (1). Človeški organizem ima različne obrambne in reparativne mehanizme, s katerimi ščiti in obnavlja kožo. Epitelijske kožne celice oz. keratinociti se hitro delijo, rastejo in odpadajo s poroženelih povrhnjih plasti, s čimer se koža obnavlja. Obstajajo pa tudi različni načini, s katerimi lahko vplivamo na zdravje kože od zunaj in jih uporabljamo v preventivne in kurativne namene. Znano je, da ima termalna voda blagodejne učinke na kožo pri različnih kožnih boleznih, kot so alergije, luskavica in der- matitis (2, 3). Zgodovinsko gledano ima voda v medicini zelo pomembno vlogo. Tudi danes je glavna komponenta različnih vrst zdra- vljenj, ki jih imenujemo spa terapije. Ime izhaja iz latinskega jezika in pomeni zdravje skozi vodo (sanus per aquam). Pri spa terapijah uporabljamo vodo enteralno kot vehikel za trdne komponente z zdravilnim učinkom ali pa dermalno v obliki kopeli v vodi z zdravilnimi učinki, kar imenujemo balneoterapija (3, 4). To je starodavna metoda, namenjena preventivi, zdravljenju in rehabilitaciji, saj ima dokazane bla- godejne učinke na človeško telo (2, 5). Tako naj bi tovrstna voda po stiku z obolelo kožo omogočila njeno regeneracijo in izboljšano zaščitno funkcijo ter delovala protibolečinsko in protivnetno (3, 4). 2Pregled dosedanjihraziskav Kljub široki terapevtski uporabi termalnih vod je na voljo le malo raziskav, ki bi proučevale njihove pozitivne učinke in mehanizme delovanja na celičnih modelih in vitro (2, 4). Objavljena so poročila, ki potrjujejo ugodne učinke mine- ralne sladke in morske vode, pa tudi različnih vrst blata, in vitro. It can therefore be recommended for pre- ventive and therapeutic use for various skin dis- eases. KEY WORDS: cell cluture, fibroblasts, keratinocytes, skin, thermal water 4 U Č IN K I S LO V E N S K E T E R M A LN E V O D E N A K O Ž N E C E LI C E , G O JE N E IN V IT R O farm vestn 2022; 73 racije. Opažene učinke hitrejšega preraščanja namerno povzročene vrzeli v kulturi keratinocitov so zato pripisali delovanju bora in mangana, ki ugodno vplivata na celjenje ran tako, da pospešita migracijo kožnih epitelijskih celic, ki rano zato hitreje epitelizirajo in zaprejo (8, 9). Proučevali so tudi vplive drugih ionov, kot so kalcijevi, cinkovi in manga- novi (10, 11). Ti spodbujajo proliferacijo in diferenciacijo keratinocitov ter modulirajo izražanje njihovih integrinskih receptorjev. To so transmembranski proteini, ki so povezani s celičnim citoskeletom. Vključeni so v procese celičnega signaliziranja in omogočajo pritrjevanje celic ter njihovo po- vezovanje z zunajceličnim ogrodjem. Prisotnost integrinov omogoča hiter, spremenljiv in prilagodljiv odziv celice na površinske dražljaje, kar je ključno za celično migracijo in adhezijo v procesih obnove kože in celjenja ran (11–13). O ugodnem delovanju mineralne termalne izvirske vode na človeške keratinocite, gojene in vitro, so poročali tudi Tac- heau in sod. (14). Pokazali so, da se je povečalo izražanje genov, povezanih s homeostazo kože. Pomembne spre- membe so tako opazili na nivoju uravnavanja epidermalne kohezije in medcelične komunikacije, v bolj uravnoteženi celični proliferaciji, v učinkovitejših mehanizmih popravljanja napak dednega zapisa ter v večjem obsegu izražanja an- tioksidantov in posledični odpornosti na oksidativni stres (14, 15). Na celičnem in subceličnem nivoju mineralne vode spodbujajo izražanje genov, ki so vključeni v zaščito celic, delovanje celičnega cikla, dolgoživost in uravnavanje hidra- cije človeških keratinocitov (16). Rezultati raziskav kažejo tudi na to, da lahko termalno vodo uporabljamo kot po- membno sestavino za zmanjševanje ali zaviranje nekaterih škodljivih učinkov, ki povzročajo staranje kože (14, 17–19). Mineralne vode poleg pospeševanja proliferacije in dife- renciacije keratinocitov ugodno učinkujejo tudi na fibrobla- ste, pri čemer različno delujejo na različno zrele celice (20). Ugotovili so, da je dodatek mineralne vode v celično kulturo izzval predvsem množenje mladih, nekoliko manj pa po- večal proliferacijo starih fibroblastov (20, 21). Povečanje celične proliferacije so pripisali prisotnosti kalcija in ma- gnezija v testiranih vzorcih vode, saj spodbujata prolifera- tivno aktivnost celic preko aktivacije transmembranskih re- ceptorjev, prenosa znotrajceličnih in medceličnih signalov ter povečanja učinkov topnih rastnih dejavnikov. Za obnovo kože, predvsem po poškodbah, so pomembni predvsem mladi fibroblasti, ki se lahko razrastejo v dermisu (20–22). Mineralne in termalne vode ne učinkujejo ugodno le na kožne, ampak tudi na druge vrste celic, še posebej na vnetne, endotelijske in celo celice respiratornega trakta (7, 16). Termalne vode lahko tako uporabljamo za spodbujanje oz. vzdrževanje zdravja, preprečevanje in zdravljenje ne- katerih vnetnih in degenerativnih bolezni kože in sklepov, pri metabolnih boleznih, boleznih ožilja, dihal ter pri reha- bilitaciji (23–25). Vse pogosteje jih vgrajujejo tudi v kozme- tične izdelke (2, 24). Namen naše raziskave je bil proučiti delovanje termalne vode iz Term Dobrna na kulture kožnih celic in vitro, saj njenih učinkov na človeške keratinocite in kožne fibroblaste do sedaj še niso raziskali. Predpostavili smo, da ima ta termalna voda ugoden učinek na rast obeh vrst celic v ce- ličnih kulturah. 3Materiali in Metode Raziskavo smo izvedli v skladu z uveljavljenimi etičnimi na- čeli, ki veljajo pri delu s celičnimi kulturami. Eksperimentalni del raziskave je potekal na Medicinski fakulteti v Mariboru, v laboratoriju za delo s celičnimi kulturami Inštituta za bio- medicinske vede. 3.1 GOJENJE KERATINOCITOV IN FIBROBLASTOV Celice celičnih linij človeških keratinocitov HaCaT (kerati- nociti) in kožnih fibroblastov Detroit 551 (ATCC CCL-110), smo kupili pri organizaciji ATCC (American Type Culture Collection, ZDA). Celične kulture smo vzpostavili in jih vzdrževali po priporočilih ATCC. Keratinocite HaCaT smo gojili v mediju Advanced DMEM/F12 (Gibco, Thermo Fisher Scientific, ZDA) s 5 % FBS (serum govejega zarodka; Thermo Fisher Scientific, ZDA), 100 E/ml penicilina (Merck, Nemčija), 0,1 mg/mL streptomicina (Merck, Nemčija) in 2 mM L-glutamina (Merck, Nemčija), fibroblaste pa v mediju Advanced DMEM (Gibco, Thermo Fisher Scientific, ZDA) s 5 % FBS (Thermo Fisher Scientific, ZDA), 100 E/ml penici- lina (Merck, Nemčija), 0,1 mg/mL streptomicina (Merck, Nemčija) in 2 mM L-glutamina (Merck, Nemčija). 3.2 TESTNI IN KONTROLNI VZORCI VOD Preiskovali smo termalno vodo iz izvira v Termah Dobrna, kjer smo jo odvzeli v sterilno 500-mililitrsko steklenico in jo takoj prenesli v celični laboratorij. Testirali smo naslednje vzorce: I) naravno termalno vodo, II) termalno vodo, ki smo jo predhodno 30 minut sterilizirali z UV-svetlobo, in III) ter- malno vodo, ki smo jo sterilizirali s filtracijo skozi filter z ve- 5 farm vestn 2022; 73 IZ V IR N I Z N A N S TV E N I Č LA N K I likostjo por 0,22 µm (MF-Millipore, Merck, Nemčija). Za kontrolna vzorca smo uporabili z aparatom Milliq (Millipore, Merck, Nemčija) prečiščeno vodo (ultračisto vodo) in vo- dovodno vodo. Vse omenjene vzorce smo razredčili v raz- merjih 1 : 2, 1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16 v ustreznem mediju, ki smo ga uporabili za gojenje posamezne vrste celic. 3.3 VZPOSTAVITEV CELIČNIH KULTUR IN UGOTAVLJANJE ŽIVOSTI GOJENIH CELIC Keratinocite in kožne fibroblaste smo naselili na mikrotitrsko ploščico P96 (Falcon, Merck, Nemčija), in sicer po 10.000 celic na vdolbinico. Po 24 urah inkubacije v inkubatorju pri 37 °C, 5 % CO2 v zraku ter 95-odstotni vlagi smo v kva- druplikatih k obema vrstama celic dodali različne redčitve posameznega vzorca termalne in kontrolnih vod. Dodatno (pozitivno) kontrolo so predstavljali keratinociti in fibroblasti, ki smo jih gojili izključno v prisotnosti ustreznega medija. Živost kožnih celic v kulturah smo nato po dodatnih 24 urah inkubacije določali s kolorimetričnim testom MTT (3- (4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolijev bromid) (Sigma- Aldrich, Merck, Nemčija). Žive celice s pomočjo mitohon- drijskega NADPH reducirajo tetrazolijevo sol v modro-vijolično obarvan formazan, katerega intenziteto, ki je sorazmerna količini metabolno aktivnih celic, izmerimo s spektrofotometrom pri valovni dolžini 570 nm. Meritve smo opravili s pomočjo spektrofotometra Varioskan Flash (Thermo Fisher Scientific, ZDA) in izračunali in podali re- zultate živosti celic relativno na kontrolne celice, ki so bile gojene samo v ustreznem celičnem mediju. Z invertnim optičnim mikroskopom Axiovert 40 (Zeiss, Nemčija) smo spremljali učinke dodatkov različnih vzorcev in koncentracij termalnih in kontrolnih vod na morfologijo celic v kulturah, posneli mikrofotografije z digitalno kamero Axiocam (Zeiss, Nemčija) ter rezultate kvalitativno ovrednotili in jih primerjali z izsledki meritev testa MTT. 3.4 STATISTIČNA ANALIZA Vse numerične vrednosti so podane kot aritmetična srednja vrednost ± standardni odklon. Normalno porazdelitev po- datkov smo preverili z uporabo testa Shapiro-Wilk, na pod- lagi testa Lavene pa smo ocenili enakost varianc med sku- pinami. Na podlagi tega smo opravili enosmerno analizo variance (ANOVA), ki ji je sledil post-hoc test Bonferroni. P- vrednosti, manjše kot 0,05 (p < 0,05), smo obravnavali kot statistično značilne. Statistično analizo podatkov smo opra- vili s programsko opremo SPSS Statistics 25 (IBM Corp. Armonk, NY, USA). Za izris grafov smo uporabili programsko opremo Excel (Microsoft Corp. Redmon, WA, USA). 4rezUltati 4.1 VPLIV TERMALNE VODE NA ŽIVOST GOJENIH KERATINOCITOV Rast keratinocitov je naravna termalna voda v mediju Ad- vanced DMEM/F12 statistično značilno najbolj spodbudila pri redčitvi 1 : 16, nekoliko manj (vendar še vedno stastistično značilno bolj kot v primerjavi s kontrolnimi celicami) pa pri redčitvah 1 : 8 in 1 : 4. Od treh testiranih vzorcev termalnih vod (naravna, sterilizirana z UV-svetlobo in sterilizirana s fil- tracijo) sta imeli na rast keratinocitov intaktna naravna ter- malna voda in voda, sterilizirana z UV-svetlobo, pri redčitvah 1 : 16 in 1 : 8 statistično značilno najboljši učinek med vsemi testiranimi vzorci. To kaže tudi na dejstvo, da sterilizacija z UV-svetlobo ne vpliva na pozitivne učinke termalnih vod. Rezultati nakazujejo, da je filtracija manj primerna metoda za sterilizacijo termalnih vod, saj pri redčitvah 1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16 filtrirana termalna voda ni izkazovala statistično zna- čilno boljšega vpliva na rast keratinocitov v primerjavi s kon- trolo. Vodovodna voda je ne glede na redčitev statistično značilno negativno vplivala na živost keratinocitov, medtem ko ultračista voda ni imela značilnega vpliva na živost celic pri redčitvah 1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16. Vse vode so značilno znižale rast celic pri redčitvi 1 : 2, kar je najverjetneje posle- dica prevelike redčitve rastnega medija. Analiza vpliva ter- malnih vod na živost keratinocitov je prikazana na sliki 1. 4.2 VPLIV TERMALNE VODE NA ŽIVOST GOJENIH KOŽNIH FIBROBLASTOV Čeprav rezultati niso dosegli statistično značilne vrednosti, zaznan pozitiven trend nakazuje, da naravna termalna voda in termalna voda, sterilizirana z UV-svetlobo, spodbujata rast fibroblastov. Rezultati, pridobljeni na kožnih fibroblastih, se skladajo z rezultati, pridobljenimi na keratinocitih. Za manj primerno metodo sterilizacije se je ponovno izkazala filtracija termalne vode. Tudi vodovodna voda je negativno vplivala na rast kožnih fibroblastov ne glede na redčitev. Vse vode, razen naravne in z UV-svetlobo sterilizirane ter- 6 U Č IN K I S LO V E N S K E T E R M A LN E V O D E N A K O Ž N E C E LI C E , G O JE N E IN V IT R O farm vestn 2022; 73 malne vode, so zavrle rast kožnih fibroblastov pri redčitvi 1 : 2, vendar je bil učinek manjši kot pri keratinocitih. Prav tako so na kožnih fibroblastih manj izraziti pozitivni učinki termalnih vod, kar kaže na dejstvo, da je ta celična kultura manj občutljiva na dodatek termalnih vod celičnemu mediju. Analiza vpliva termalnih vod na živost kožnih fibroblastov je prikazana na sliki 2. 4.3 MORFOLOŠKE ZNAČILNOSTI KERATINOCITOV IN KOŽNIH FIBROBLASTOV V CELIČNIH KULTURAH Z invertnim optičnim mikroskopom smo pri 50-kratni po- večavi opazovali in posneli keratinocite in kožne fibroblaste po 24-urni inkubaciji s preiskovanimi vzorci vod, ki so bili dodani celičnim kulturam v redčitvi 1 : 16 v ustreznem me- diju za gojenje posamezne vrste celic (sliki 3 in 4). Na mikrofotografijah vidimo, da je bila kultura človeške ke- ratinocitne linije HACAT v vdolbinici mikrotitrske plošče po dodatku neobdelane naravne termalne vode v redčitvi 1 : 16 (slika 3D) po 24 urah inkubacije povsem konfluentna (preraščena). Rast celic je bila torej boljša kot pri pozitivni kontroli, kjer so celice rasle samo v gojitvenem mediju (slika 3A). Tudi dodatek vzorcev termalne vode, predhodno sterilizirane z UV-svetlobo (slika 3E) in sterilizirane s filtracijo (slika 3F), v redčitvi 1 : 16 v gojitvenem mediju, je spodbujal rast keratinocitov v večji meri kot sam medij (pozitivna kon- trola). Nasprotno pa je bila rast celic HaCaT po dodatku ultračiste vode (slika 3B) in vodovodne vode (slika 3C) v redčitvi 1 : 16 slabša kot v kontrolni kulturi (slika 3A). 7 farm vestn 2022; 73 IZ V IR N I Z N A N S TV E N I Č LA N K I Slika 1: Rezultati testa MTT v keratinocitnih kulturah. Prikazane so povprečne vrednosti štirih meritev za vsak vzorec in kontrolo, s pripadajočimi standardnimi odkloni. Živost keratinocitov je podana relativno na kontrolne celice keratinocitov (rdeča črta s pripadajočimi standardnimi odkloni), ki so bile gojene samo v rastnem mediju Advanced DMEM/F12. Zvezdica označuje vzorce, kjer je bila celična živost bodisi statistično značilno (p < 0.05) višja oziroma nižja v primerjavi s kontrolnimi celicami. Figure 1: MTT test results in keratinocyte cell cultures. The mean values of the four measurements for each sample and the control are shown with the corresponding standard deviations. Keratinocyte viability was given relative to the keratinocyte control cells (the red line with the corresponding standard deviations) grown only in the Advanced DMEM/F12 medium. Asterisk indicates samples in which cell viability was either significantly (p < 0.05) higher or lower than that of the control cells. Izsledki, ki smo jih razbrali iz mikrofotografij kultur kožnih fibroblastov celične linije Detroit 551, so sovpadali z rezultati meritev živosti celic. Po dodatku neobdelane naravne ter- malne vode v redčitvi 1 : 16 v gojitvenem mediju so celice v kulturi po 24 urah inkubacije dosegle 100-odstotno konf- luenco (slika 4D), kar je bil boljši rezultat od tistega, ki smo ga opazili pri pozitivni kontroli, kjer smo fibroblaste gojili iz- ključno v mediju (slika 4A). Dodatek ultračiste vode v redčitvi 1 : 16 (slika 4B) je izzval celično rast, ki je bila primerljiva s pozitivno kontrolo (slika 4B). Nekoliko slabšo rast fibrobla- stov kot v pozitivni kontroli smo opazili po dodatku termalne vode v redčitvi 1 : 16, ki smo jo predhodno sterilizirali z UV-svetlobo (slika 4E). Dodatka vodovodne vode (slika 4C) in filtrirane termalne vode (slika 4F) v redčitvi 1 : 16 v gojit- venem mediju sta celično rast v primerjavi s pozitivno kon- trolo (slika 4A) zmanjšala. 4.4 POVZETEK EKSPERIMENTALNIH REZULTATOV Z merjenjem živosti gojenih keratinocitov in kožnih fibro- blastov s testom MTT smo pokazali, da ima termalna voda iz Term Dobrna statistično značilno pozitiven učinek na rast keratinocitov in kožnih fibroblastov in vitro. Ugotovili smo, da sta imeli intaktna naravna termalna voda in voda, sterilizirana z UV-svetlobo, statistično značilno največji po- zitiven učinek na rast obeh vrst kožnih celic glede na ustre- zno kontrolo, pri čemer je bil učinek odvisen od koncen- tracije vode v gojitvenem mediju in od vrste celic. Rast keratinocitov v kulturi je intaktna termalna voda, ki smo jo dodali gojitvenemu mediju, statistično značilno naj- bolj spodbudila pri redčitvah 1 : 8 in 1 : 16, nekoliko manj, vendar še vedno statistično značilno, pa pri redčitvi 1 : 4 v 8 U Č IN K I S LO V E N S K E T E R M A LN E V O D E N A K O Ž N E C E LI C E , G O JE N E IN V IT R O farm vestn 2022; 73 Slika 2: Rezultati testa MTT v kulturah kožnih fibroblastov. Prikazane so povprečne vrednosti štirih meritev za vsak vzorec in kontrolo, s pripadajočimi standardinimi odkloni. Živost kožnih fibroblastov je podana relativno na kontrolne celice kožnih fibroblastov (rdeča črta s pripadajočimi standardnimi odkloni), ki so bile gojene samo v rastnem mediju Advanced DMEM. Zvezdica označuje vzorce, kjer je bila celična živost bodisi statistično značilno (p < 0.05) višja oziroma nižja v primerjavi s kontrolnimi celicami. Figure 2: MTT test results in skin fibroblast cultures. The mean values of the four measurements for each sample and the control are shown with the corresponding standard deviations. The viability of skin fibroblasts is given relative to the skin fibroblast control cells (the red line with the corresponding standard deviations) grown only in the Advanced DMEM growth medium. Asterisk indicates samples where cell viability was either significantly (p < 0.05) higher or lower compared to the control cells. primerjavi s kontrolnimi celicami, gojenimi samo v ustrez- nem rastnem mediju. V kulturah kožnih fibroblastov je imela največji spodbujevalni učinek na celično rast, glede na kontrolne fibroblaste, redčitev naravne termalne vode v gojitvenem mediju v razmerju 1 : 16, vendar rezultat ni do- segel stastistično značilne vrednosti. Tudi pri ostalih red- čitvah (1 : 2, 1 : 4 in 1 : 8) je zaznaven trend pozitivnega vpliva intaktne termalne vode na rast fibroblastov, vendar rezultati niso presegli meje statistične značilnosti v primerjavi s kontrolnimi celicami, gojenimi v ustreznem mediju brez dodatka vod. Vzorec termalne vode, ki smo ga predhodno sterilizirali z UV-svetlobo, je izkazoval statistično značilne pozitivne učinke na rast keratinocitov, medtem ko trend pozitivnega učinka na živost kožnih fibroblastov ni dosegel meje stati- stične značilnosti. Med vzorcema naravne termalne vode in vode, obdelane z UV-svetlobo, glede na redčitev in vrsto celic ni bilo značilnih razlik. Oba vzorca sta na živost celic najbolje vplivala pri večjih redčitvah (1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16). Za manj primernega se je izkazal vzorec termalne vode, ki je bil filtriran skozi filter z velikostjo por 0,22 µm, saj je zna- čilno negativno vplival na rast kožnih fibroblastov pri vseh redčitvah. Statistična primerjava obeh obdelanih vzorcev vode je pokazala, da je bila rast keratinocitov in kožnih fi- broblastov značilno boljša po dodatku termalne vode, ob- sevane z UV-svetlobo. Vodovodna voda je značilno nega- tivno vplivala na živost obeh celičnih kultur ne glede na redčitev. Ultračista voda ni izkazovala značilnega vpliva na rast keratinocitov in fibroblastov v primerjavi s kontrolnimi celicami, razen pri redčitvi 1 : 2. Rast obeh vrst celic je bila 9 farm vestn 2022; 73 IZ V IR N I Z N A N S TV E N I Č LA N K I Slika 3: Digitalne mikrofotografije kultur kožnih keratinocitov HaCaT po 24-urni inkubaciji z različnimi vzorci vod, dodanih k mediju v redčitvi 1 : 16; invertni optični mikroskop Axiovert 40 Zeiss, opremljen z digitalno kamero Axiocam Zeiss. Vse slike so bile posnete pri 50-kratni povečavi. Figure 3: Micrographs of the HaCaT skin keratinocyte cultures after 24 hours of incubation with various water samples added to the medium at a dilution of 1:16; Axiovert 40 Zeiss invert optical microscope equipped with the Axiocam Zeiss digital camera. All images were taken at a 50x magnification. Slika 4: Digitalne mikrofotografije kultur kožnih fibroblastov po 24- urni inkubaciji z različnimi vzorci vod, dodanih k mediju v redčitvi 1 : 16; invertni optični mikroskop Axiovert 40 Zeiss, opremljen z digitalno kamero Axiocam Zeiss: Vse slike so bile posnete pri 50- kratni povečavi. Figure 4: The micrographs of the skin fibroblast cultures after 24- hours of incubation with various water samples added to the medium at a dilution of 1:16; Axiovert 40 Zeiss invert optical microscope equipped with the Axiocam Zeiss digital camera. All images were taken at a 50x magnification. tako v prisotnosti ultračiste vode in vodovodne vode slabša v primerjavi z dodatkom naravne in z UV-svetlobo sterilizi- rane termalne vode. Značilnih razlik med filtrirano termalno vodo in ultračisto vodo pri keratinocitih ni bilo, medtem ko je imela filtrirana termalna voda značilno slabši vpliv na rast kožnih fibroblastov kot ultračista voda. 5razPrava Zaradi številnih blagodejnih učinkov na organizem je voda že od nekdaj neločljivo povezana s človekovim življenjem (3). S številnimi raziskavami so potrdili koristne učinke ra- zličnih mineralnih in termalnih vod na izboljšanje delovanja posameznih organskih sistemov pri ljudeh (16, 26). Med objavljenimi rezultati raziskav pa je takih, ki bi vsebovali podatke o neposrednem delovanju termalnih in mineralnih vod na celične modele in vitro, razmeroma malo, in to kljub dejstvu, da so zdraviliške vode zelo pomembne za zravlje- nje različnih kožnih bolezni (2, 4). Predpostavili smo, da ima termalna voda iz Term Dobrna ugoden učinek na rast celic človeških celičnih linij HaCaT (keratinociti) in Detroit 551 (dermalni fibroblasti), gojenih in vitro, s čimer bi potrdili njene ugodne vplive na regeneracijo kože in podprli pripo- ročila za njeno uporabo pri podpornem zdravljenju kožnih bolezni (14–16). Poleg tega pa je izraba koristnih učinkov posameznih zdraviliških mineralnih in termalnih vod eden od načinov, s katerimi lahko ugodno vplivamo na zaviranje starostnih sprememb v koži, ki so poleg samega procesa staranja organizma tudi posledica številnih škodljivih vlivov okolja in sprememb oz. okvar genetskega materiala v kož- nih celicah (27–29). 5.1 IZBIRA TERMALNE VODE ZA TESTIRANJE Termalnih izvirov je na geografskem območju Slovenije ve- liko, vode iz njih pa se med seboj razlikujejo glede na svoje značilnosti (30). Te so odvisne od zemeljskih plasti, kjer se voda nahaja, njihove globine in sestave. Pomembni dejav- niki, ki vplivajo na lastnosti tovrstnih vod, so temperatura in vrste raztopljenih snovi, ki opredeljujejo njihove fizikalne in kemijske značilnosti (16, 31). Termalno vodo iz Term Dobrna smo izbrali iz več razlogov, med katerimi je najpo- membnejši ta, da ima specifično sestavo. Je alkalna in vse- buje primerne količine kalcija, magnezija in hidrogenkarbo- nata. Deluje protivnetno ter proti alergijam (30, 31). Glede na to, da jo uporabljamo v balneoterapiji, se nam je zdelo smiselno proučiti njeno delovanje na epidermalne in der- malne kožne celice. Poleg tega so Terme Dobrna najstarejše zdravilišče na Slovenskem, kjer do sedaj še ni bilo opravljenih nobenih raziskav termalne vode v pogojih in vitro na način, kot smo ga načrtovali (30). V prihodnostibi bilo smiselno ra- ziskati tudi ostale termalne vode v naši državi in rezultate primerjati med seboj. 5.2 UPORABA FUNKCIONALNIH KULTUR ČLOVEŠKIH KERATINOCITOV IN KOŽNIH FIBROBLASTOV ZA PROUČEVANJE UČINKOV TERMALNE VODE IN VITRO Celične kulture smo izbrali skladno z naravo načrtovanih eksperimentov in fiziološkim pomenom uporabljenih kožnih celic. Za testiranje smo pripravili štiri zaporedne dvakratne razredčitve vzorcev izbranih vod, ki smo jih nato dodajali ustreznemu gojitvenemu mediju, ki je nujno potreben za normalno rast celic v kulturi. Redčitve vzorcev testiranih vod smo pripravili tako, da smo jih dodajali ustreznemu mediju za gojenje celic v naslednjih razmerjih: 1 : 2, 1 : 4, 1 : 8 in 1 : 16. Opažena slabša rast obeh vrst kožnih celic pri visokih začetnih koncentracijah testiranih vzorcev vod je bila najverjetneje posledica pomanjkanja potrebnih hra- nilnih substanc zaradi manjšega deleža gojitvenega medija v kulturah ter vplivov neustrezne osmolarnosti. Z določanjem živosti celic, gojenih v prisotnosti in odsot- nosti različnih koncentracij testiranih vzorcev vod, smo po- trdili naše raziskovalne hipoteze, kjer smo predpostavili, da ima termalna voda ugoden učinek na rast obeh izbranih vrst kožnih celic. Termalna voda iz Term Dobrna je značilno pospešila rast keratinocitov in pozitivno vplivala na viabilnost kožnih fibroblastov v kulturah, pri čemer je bil ta učinek koncentracijsko odvisen. Tudi izsledki drugih raziskav po- trjujejo, da termalne vode različno učinkujejo na različne vrste celic, kar je najverjetneje posledica občutljivosti po- sameznih celičnih vrst in njihovih osnovnih fizioloških zna- čilnosti (14, 16, 32). Keratinociti in fibroblasti potrebujejo za rast v kulturah in vitro poleg hranil tudi določene mi- kroelemente, katerih koncentracija se ob dodatku termalnih vod v gojitveni medij zviša (9, 10, 11). Mehanizmi pozitivnih učinkov termalnih vod na celice so kompleksni in potekajo preko spreminjanja transmembranske propustnosti, urav- navanja delovanja celičnih kanalčkov in signalnih molekul ter vplivov na celični cikel z izražanjem genov, ki so vključeni v zaščito in dolgoživost celic (8, 12, 16). 10 U Č IN K I S LO V E N S K E T E R M A LN E V O D E N A K O Ž N E C E LI C E , G O JE N E IN V IT R O farm vestn 2022; 73 Zanimiva je bila tudi ugotovitev, da je od vseh testiranih vzorcev vod na gojene kožne celice najbolje delovala nara- vna, neobdelana termalna voda. Statistično značilno pri- merljiv učinek izkazuje tudi voda, predhodno sterilizirana z UV-svetlobo, medtem ko voda, filtrirana skozi 0,22 µm mi- krobiološki filter, na celično rast ni imela dobrega učinka. Uporaba termalne vode, obsevane z UV-svetlobo, je za rast keratinocitov in fibroblastov značilno boljša kot dodatek filtrirane termalne vode, pri čemer je bila ta razlika največja pri največji redčitvi 1 : 16. Tudi vzorca vodovodne in ultrači- ste vode, v primerjavi z neobdelano in obdelano (sterilizirano z UV-svetlobo) termalno vodo, nista pokazala tako ugod- nega učinka na rast celic. Sestavo vode lahko namreč spre- menimo z različnimi kemijskimi in fizikalnimi postopki (2). Na ta način vplivamo tudi na vsebnost snovi, kot so različni ioni, ki jih celice potrebujejo za normalne fiziološke procese, to pa se negativno odraža tudi v celičnih kulturah in vitro (9, 20). Podobno je tudi v pogojih in vivo, kjer se koža ob po- vršinski uporabi neobdelane termalne vode hitreje obnavlja, tudi celjenje ran je boljše, poleg tega pa se opazno upo- časnijo procesi staranja v povezavi z genskimi okvarami in različnimi bolezenskimi spremembami (7, 33). Makroskop- sko je to vidno kot zmanjševanje ali zaviranje določenih zu- nanjih škodljivih učinkov na kožo, hitrejše celjenje ran in ugodni kozmetični učinki (12, 13, 20, 22). Glede na rezultate naših eksperimentov lahko zaključimo podobno: delovanje termalne vode iz Term Dobrna na keratinocite in kožne fi- broblaste, gojene in vitro, je bilo pozitivno, saj je ta pospešila njihovo rast pri vseh testiranih redčitvah, še posebej pa pri največji (1 : 16). Vpliv termalne vode je na živost in rast ke- ratinocitov statitistično značilno pozitiven, medtem ko opa- žen pozitiven trend ni dosegel statistično značilne vrednosti pri kožnih fibroblastih. Z izsledki naše raziskave se tako pri- družujemo ugotovitvam do sedaj sicer redkih raziskav, ki so v celičnih kulturah in vivo podobno potrdili ugodne učinke različnih termalnih vod (23, 24). Uporaba celičnih kultur v laboratorijskih pogojih je eden iz- med najuporabnejših, najzanesljivejših in ekonomičnih na- činov testiranja različnih snovi in vitro (34, 35). Celične kulture, ki smo jih vzpostavili, so dobro uspevale, poleg tega pa smo z njihovo uporabo nadzorovali eksperimen- talne pogoje. Pri nadaljnjih raziskavah in vitro na področju uporabnosti termalnih vod bi lahko uporabili tudi druge vrste celic ali tkiv, različne vrste celičnih modelov, drugačne eksperimentalne pogoje in dodajanje znanih rastnih dejav- nikov. Poleg tega pa bi lahko v prihodnje na gojenih celicah primerjalno preizkusili učinke delovanja različnih termalnih in mineralnih vod, morske vode in tudi vodnih ekstraktov zdravilnega blata. 6skleP V raziskavi smo potrdili, da je delovanje termalne vode iz Term Dobrna na keratinocite in kožne fibroblaste v pogojih in vitro ugodno, saj pospešuje rast obeh vrst celic. Na os- novi teh ugotovitev sklepamo, da ima pozitiven učinek na rast in regeneracijo poglavitnih tipov kožnih celic, zato me- nimo, da je njena uporaba priporočljiva tudi za preventivno in terapevtsko uporabo pri kožnih boleznih. 7literatUra 1. Hubbard RE, Lang IA, Llewellyn DJ, Rockwood K. Frailty, body mass index, and abdominal obesity in older people. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2010 Apr;65(4):377-81. 2. Morer C, Roques CF, Françon A, Forestier R, Maraver F. The role of mineral elements and other chemical compounds used in balneology: data from double-blind randomized clinical trials. Int J Biometeorol. 2017 Dec;61(12):2159-73. 3. Riyaz N, Arakkal FR. Spa therapy in dermatology. Indian J Dermatol Venereol Leprol. 2011 Mar-Apr;77(2):128-34. 4. Zöller N, Valesky E, Hofmann M, Bereiter-Hahn J, Bernd A1, Kaufmann R, et al. Impact of Different Spa Waters on Inflammation Parameters in Human Keratinocyte HaCaT Cells. Ann Dermatol. 2015 Dec;27(6):709-14. 5. Burns E, Nair S. New horizons in care home medicine. Age Ageing. 2014 Jan;43(1):2-7. 6. Messinger-Rapport B. What's new in treating older adults? Cleve Clin J Med. 2010 Nov;77(11):770-90. 7. Lee HP, Choi YJ, Cho KA, Woo SY, Yun ST, Lee JT, et al. Effect of Spa Spring Water on Cytokine Expression in Human Keratinocyte HaCaT Cells and on Differentiation of CD4(+) T Cells. Ann Dermatol. 2012 Aug;24(3):324-36. 8. Carbajo JM, Maraver F. Salt water and skin interactions: new lines of evidence. Int J Biometeorol. 2018 Aug;62(8):1345-60. 9. Chebassier N, Ouijja el H, Viegas I, Dreno B. Stimulatory effect of boron and manganese salts on keratinocyte migration. Acta Derm Venereol. 2004;84(3):191-4. 10. Tenaud I, Leroy S, Chebassier N, Dreno B. Zinc, copper and manganese enhanced keratinocyte migration through a functional modulation of keratinocyte integrins. Exp Dermatol. 2000 Dec;9(6):407-16. 11. Tenaud I, Saiagh I, Dreno B. Addition of zinc and manganese to a biological dressing. J Dermatolog Treat. 2009;20(2):90-3. 12. Grinnell F. Wound repair, keratinocyte activation and integrin modulation. J Cell Sci. 1992 Jan;101 ( Pt 1):1-5. 13. Tenaud I, Leroy S, Chebassier N, Dreno B. Modulation in vitro of keratinocyte integrins by interferon-alpha and interferon- gamma. Int J Dermatol. 2002 Dec;41(12):836-40. 14. Tacheau C, Weisgerber F, Fagot D, Bastien P, Verdier MP, Liboutet M, et al. Vichy Thermal Spring Water (VTSW), a cosmetic ingredient of potential interest in the frame of skin 11 farm vestn 2022; 73 IZ V IR N I Z N A N S TV E N I Č LA N K I ageing exposome: an in vitro study. Int J Cosmet Sci. 2018 Aug;40(4):377-87. 15. Karagülle MZ, Karagülle M, Kılıç S, Sevinç H, Dündar C, Türkoğlu M. In vitro evaluation of natural thermal mineral waters in human keratinocyte cells: a preliminary study. Int J Biometeorol. 2018 Sep;62(9):1657-61. 16. Spilioti E, Vargiami M, Letsiou S, Gardikis K, Sygouni V, Koutsoukos P, et al. Biological properties of mud extracts derived from various spa resorts. Environ Geochem Health. 2017 Aug;39(4):821-33. 17. Birch-Machin MA, Bowman A. Oxidative stress and ageing. Br J Dermatol. 2016 Oct;175 Suppl 2:26-9. 18. Krutmann J, Bouloc A, Sore G, Bernard BA, Passeron T. The skin aging exposome. J Dermatol Sci. 2017 Mar;85(3):152-61. 19. Labarrade F, Bergeron L, Serre C, Lebleu A, Busuttil V, Botto JM, et al. Modulating the expression of survivin and other basal epidermal proteins protects human skin from UVB damage and oxidative stress. J Cosmet Dermatol. 2015 Sep;14(3):191-203. 20. Collober I, Noel-Hudson MS, Wepierre J, Montastier C. Activity of Vittel water on proliferation of human fibroblasts, proliferation and differentiation of human keratinocytes. Int J Cosmet Sci. 1994 Aug;16(4):149-60. 21. Bikle DD, Pillai S. Vitamin D, calcium, and epidermal differentiation. Endocr Rev. 1993 Feb;14(1):3-19. 22. Sasaki H, Itoh T, Akamatsu H, Okamoto H, Horio T. Effects of calcium concentration on the SOD activity and UVB-induced cytotoxicity in cultured human keratinocytes. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2005 Feb;21(1):9-14. 23. Elkhyat A, Courderot-Masuyer C, Mac-Mary S, Courau S, Gharbi T, Humbert P. Assessment of spray application of Saint GERVAIS water effects on skin wettability by contact angle measurement comparison with bidistilled water. Skin Res Technol. 2004 Nov;10(4):283-6. 24. Ghersetich I, Brazzini B, Hercogova J, Lotti TM. Mineral waters: instead of cosmetics or better than cosmetics? Clin Dermatol. 2001 Jul-Aug;19(4):478-82. 25. Gin H, Demeaux JL, Grelaud A, Grolleau A, Droz-Perroteau C, Robinson P, et al. Observation of the long-term effects of lifestyle intervention during balneotherapy in metabolic syndrome. Therapie. 2013 May-Jun;68(3):163-7. 26. Maeda T, Kudo Y, Horiuchi T, Makino N. Clinical and anti-aging effect of mud-bathing therapy for patients with fibromyalgia. Mol Cell Biochem. 2018 Jul;444(1-2):87-92. 27. Hanson MA, Cooper C, Aihie Sayer A, Eendebak RJ, Clough GF, Beard JR. Developmental aspects of a life course approach to healthy ageing. J Physiol. 2016 Apr 15;594(8):2147-60. 28. McLeod RP, Horowitz P, Fowler JF Jr, Eichenfield LF, Elias PM. The basics of skin care: cleanse, moisturize, protect. Semin Cutan Med Surg. 2013 Jun;32(2 Suppl 2):30-2. 29. Ramos-e-Silva M, Carneiro SC. Cosmetics for the elderly. Clin Dermatol. 2001 Jul-Aug;19(4):413-23. 30. Terme Dobrna: Zdravilna termalna voda. 2019. Dostopno na: http://www.terme-dobrna.si/wellness-zdravje/zdravilna- termalna-voda (14. marec 2019). 31. Matheson-Shedrick K. Spas unwrapped. J Med Pract Manage. 2008 Nov-Dec;24(3):166-9. 32. Tagami H. Location-related differences in structure and function of the stratum corneum with special emphasis on those of the facial skin. Int J Cosmet Sci. 2008 Dec;30(6):413-34. 33. Huang A, Seité S, Adar T. The use of balneotherapy in dermatology. Clin Dermatol. 2018 May - Jun;36(3):363-8. 34. Soo JY, Jansen J, Masereeuw R, Little MH. Advances in predictive in vitro models of drug-induced nephrotoxicity. Nat Rev Nephrol. 2018 Jun;14(6):378-93. 35. Truskey GA. Human Microphysiological Systems and Organoids as in Vitro Models for Toxicological Studies. Front Public Health. 2018 Jul 10;6:185. 12 U Č IN K I S LO V E N S K E T E R M A LN E V O D E N A K O Ž N E C E LI C E , G O JE N E IN V IT R O farm vestn 2022; 73