pre clinical evaluation of amphiphilic silicone...

184
| i PRECLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION By Emily C Lynam Bachelor of Applied Science (Hons), QUT Cell and Molecular Biosciences Discipline Faculty and Science and Technology Queensland University of technology Brisbane, Australia A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy of the Queensland University of Technology 2011

Upload: others

Post on 31-Aug-2019

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| i 

 

PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE 

OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION 

 

 

 

 

By 

Emily C Lynam 

Bachelor of Applied Science (Hons), QUT 

 

 

 

 

 

Cell and Molecular Biosciences Discipline 

Faculty and Science and Technology 

Queensland University of technology 

Brisbane, Australia 

 

 

 

 

A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy of the  

Queensland University of Technology 

2011 

Page 2: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| iii 

 

KEY WORDS 

Wound Healing 

Hypertrophic Scar 

Silicone  

Fibroblasts 

Keratinocytes 

Apoptosis 

Gene Expression 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

STATEMENT OF ORIGINALITY 

The  work  contained  in  this  thesis  has  not  been  previously  submitted  for  a  degree  or 

diploma at any other higher education  institution. To  the best of  this authors knowledge 

this  thesis  contains  no material which  has  been  previously  published  or written  by  any 

other person except where due references are made. 

 

SIGNED: 

 

 

DATE: 

Page 5: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| v 

 

ACKNOWLEDGEMENTS 

Firstly,  I  would  like  to  thank  my  wonderful  husband,  Paul.  There  have  been  many 

challenging times over the past few years, but you have always supported me and put my 

studies first. You are my rock and I simply would not have made it through without you. 

 

I  would  also  like  to  thank  Prof.  Zee  Upton  and  Prof.  Graeme  George  for  being  my 

supervisors and for providing endless guidance throughout my PhD. Zee has always been a 

great source of help and wisdom for both experimental and personal needs. I have always 

respected Zee’s drive and passion  for students and  to help others  reach  their own goals. 

This  has  been  evident  in  many  ways  at  different  times  through  the  last  three  years. 

Graeme,  your  input  in our  fortnightly  silicone  group meetings was  invaluable,  especially 

since you have always  left me with questions to think about thereafter.  I always seem to 

understand  subjects  relating  to chemistry better after  talking  to Graeme. The amount of 

respect I have for both Zee and Graeme is immense and it has been a pleasure to be your 

student. 

 

To the silicone group: thank you Tim Dargaville, Marilla Dickfos, Babak Radi, Daniel Keddie 

and Brooke  Farrugia.  It has been a pleasure  to meet with you on a  regular basis and  to 

learn from you. Thank you for your patience  in the small amount of chemistry knowledge 

that I had at the beginning. Thank you also for your diligence in learning and understanding 

the biology side of things. 

 

A  lot of thanks also need to go to Jacqui McGovern, Helen McCosker and Matt Hadaway. 

We  have  been  through  an  undergraduate  degree,  an  honours  year  and  now  a  PhD 

together. While we really only started  to get to know each other towards the end of our 

honours year by eating  lunch  together every day,  it has been great getting  to know you. 

What started small has now grown and I would therefore also like to thank Dan Broszczak, 

Amanda Marks,  Jess Heinemann  and  James Broadbent, our  current  ‘lunch  crew’. You all 

mean  the world to me and  I have a great deal of respect  for you.  It has been a pleasure 

getting to know you and to share all of our IHBI experiences together. I hope our friendship 

lasts beyond our time together at IHBI.    

 

Page 6: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

To all the post‐docs and other PhD students belonging to the TRR team, there are just too 

many to thank but you know who you are. The TRR team is an interactive group and there 

has  always been  someone  to help out  and  answer  any of my questions when  required. 

Furthermore,  the  administration  support  that  has  been  provided  by  Abrona  Bugler  and 

Amanda  Marks,  as  well  as  more  recently  by  Shally  Ho  and  Nicky  Gillott,  has  been 

exceptional.  I know  that you have all helped me with various administration  issues and  I 

genuinely thank you for that.  

 

My  scholarship has been  funded by  an Australian Postgraduate Award with a QUT Vice‐

Chancellor’s top‐up fund. My PhD would have been very difficult to complete without this 

financial  support.  The  project  I  undertook  was  funded  by  an  ARC  Discovery  Grant,  DP 

0877988 and  the  research performed herein would not have been possible without  this. 

Thank you also to the Institute of Health and Biomedical Innovation for providing me space 

in which  I have performed my  research.  I am also particularly grateful  for Zee’s  financial 

support in allowing me to attend a number of conferences, both in Australia and overseas.  

 

Lastly,  I would also  like  to  thank  the  rest of my  family, Mum, Dad,  Lou, Rob, Pam, Dan, 

Sarah, Marty and Thea as well  as  their  respective partners, who have provided me with 

endless  support and encouragement over  the  last  couple of years. While at  times  it has 

been difficult, I thank you for always being there for me, even when you didn’t understand 

why I was stressed out or going crazy. Together with Paul, it has been an absolute privilege 

to share this journey with you. 

Page 7: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| vii 

 

ABSTRACT 

The  formation  of  hypertrophic  scars  is  a  frequent  outcome  of wound  repair  and  often 

requires  further  therapy with  treatments  such  as  silicone gel  sheets  (SGS; Perkins et al., 

1983). Although widely used, knowledge regarding SGS and their mechanism of action on 

hypertrophic scars  is  limited. Furthermore, SGS  require consistent application  for at  least 

twelve  hours  a  day  for  up  to  twelve  consecutive months,  beginning  as  soon  as wound 

reepithelialisation has occurred. Preliminary research at QUT has shown that some species 

of silicone present in SGS have the ability to permeate into collagen gel skin mimetics upon 

exposure.  An  analogue  of  these  species,  GP226,  was  found  to  decrease  both  collagen 

synthesis and the total amount of collagen present following exposure to cultures of cells 

derived  from hypertrophic  scars. This  silicone of  interest was a  crude mixture of  silicone 

species,  which  resolved  into  five  fractions  of  different  molecular  weight.  These  five 

fractions  were  found  to  have  differing  effects  on  collagen  synthesis  and  cell  viability 

following exposure  to  fibroblasts derived  from hypertrophic scars  (HSF), keloid  scars  (KF) 

and normal skin (nHSF and nKF). The research performed herein continues to further assess 

the potential of GP226 and its fractions for scar remediation by determining in more detail 

its effects on HSF, KF, nHSF, nKF and human keratinocytes (HK) in terms of cell viability and 

proliferation at various time points. Through these studies it was revealed that Fraction IV 

was the most active fraction as it induced a reduction in cell viability and proliferation most 

similar to that observed with GP226. Cells undergoing apoptosis were also detected in HSF 

cultures  exposed  to  GP226  and  Fraction  IV  using  the  Tunel  assay  (Roche).  These 

investigations were difficult to pursue further as the fractionation process used for GP226 

was  labour‐intensive  and  time  inefficient.  Therefore  a  number  of  silicones  with  similar 

structure to Fraction IV were synthesised and screened for their effect following application 

to HSF and nHSF. PDMS7‐g‐PEG7, a silicone‐PEG copolymer of low molecular weight and low 

hydrophilic‐lipophilic balance  factor, was  found  to be  the most effective at  reducing  cell 

proliferation  and  inducing  apoptosis  in  cultures  of  HSF,  nHSF  and  HK.  Further  studies 

investigated  gene  expression  through  microarray  and  superarray  techniques  and 

demonstrated that many genes are differentially expressed in HSF following treatment with 

GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7.  In brief, it was demonstrated that genes for TGFβ1 

and TNF are not differentially regulated while genes for AIFM2, IL8, NSMAF, SMAD7, TRAF3 

and IGF2R show  increased expression (>1.8 fold change) following treatment with PDMS7‐

g‐PEG7.  In  addition,  genes  for  αSMA,  TRAF2,  COL1A1  and  COL3A1  have  decreased 

Page 8: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

expression  (>‐1.8  fold change)  following treatment with GP226, Fraction  IV and PDMS7‐g‐

PEG7. The data obtained  suggest  that many different pathways  related  to apoptosis and 

collagen  synthesis  are  affected  in  HSF  following  exposure  to  PDMS7‐g‐PEG7.  The 

significance is that silicone‐PEG copolymers, such as GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7, 

could potentially be a non‐invasive substitute  to apoptosis‐inducing chemical agents  that 

are  currently used as  scar  treatments.  It  is anticipated  that  these  findings will ultimately 

contribute  to  the development of  a novel  scar  therapy with  faster  action  and  improved 

outcomes for patients suffering from hypertrophic scars. 

Page 9: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| ix 

 

TABLE OF CONTENTS 

Key Words  iii

Statement of Originality  iv

Acknowledgements  v

Abstract  vii

Table of Contents  ix

List of Figures  xiv

List of Tables  xvi

List of Abbreviations  xvii

List of Publications and Presentations  xx

 

CHAPTER 1.0 LITERATURE REVIEW  1

1.1 Skin Homeostasis  1

1.2 Abnormal Scars   1

1.3 Pathophysiology of Abnormal Scars  3

1.3.1 Dermal Fibroblast Heterogeneity  5

1.3.2 Role of Epidermis in Wound Healing  6

1.3.3 Scarring and Apoptosis  7

1.4 Management of Abnormal Scars  8

1.5 Silicone Gel Treatments  9

1.5.1 Mechanism of Silicone Gel Sheet Action  10

1.5.2 The Role of Silicone in Scar Prevention  12

1.5.3 Adverse Effects of Silicone Treatment  13

1.5.4 Type of Silicone Gel Treatment  13

1.5.5 Comparing other Therapies to Silicone  14

1.5.6 Limitations of Research   15

1.6 Returning to the Beginning  17

1.6.1 Research undertaken at QUT  17

1.6.2 Silicone and Apoptosis?  19

1.6.3 In Vitro to In Vivo  20

1.7 Project Hypothesis and Aims  21

1.7.1 Hypothesis  21

1.7.2 Aims  21

Page 10: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

CHAPTER 2.0 MATERIALS AND METHODS   23 

2.1 Introduction  23 

2.2 Silicone Preparation  23 

2.2.1 Fractionation of GP226  23 

2.2.2 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers  24 

2.3 Cell Culture  25 

2.3.1 Fibroblast Cell Culture  25 

2.3.2 Keratinocyte Cell Culture  25 

2.4 Functional Assays  26 

2.4.1 WST‐1 Assay for Determination of Cell Viability  26 

2.4.2 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation  27 

2.4.3 Analysis of Silicone and Protein Interaction  28 

2.4.4 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy  29 

2.4.5 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis   30 

2.5 Gene Analysis  31 

2.5.1 Extraction of RNA from Silicone‐Treated Fibroblasts  31 

2.5.2 HumanHT‐12 v3 Expression BeadChip Microarray  31 

2.5.3 Microarray Data Analysis using GeneSpring GX 10.0  32 

2.5.4 Gene Ontology and Canonical Pathway Analysis using Ingenuity 

Pathway Analysis Tools 33 

2.5.5 Apoptosis Super Arrays  33 

2.6 Confirmation of Differential Gene Expression using Quantitative RT‐PCR  34 

2.6.1 Standard PCR Conditions  34 

2.6.2 Primer Design  35 

2.6.3 Reverse Transcription (RT) for qRT‐PCR  37 

2.6.4 PCR and Amplicon purification  37 

2.6.5 qRT‐PCR  37 

2.7 Statistical Analysis  38 

   

CHAPTER 3.0 FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF GP226 AND ITS 

FRACTIONS ON DERMAL FIBROBLASTS 

39 

3.1 Introduction  39 

3.2 Experimental Procedures  40 

3.2.1 Fractionation of GP226  40 

3.2.3 Fibroblast Cell Culture  40 

Page 11: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xi 

 

3.2.4 Keratinocyte Cell Culture  40

3.2.5 WST‐1 Assay for Determination of Cell Viability  41

3.2.6 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation  41

3.2.7 Analysis of Silicone and Protein Interaction  41

3.2.8 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy  42

3.2.9 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis  42

3.2.10 Statistical Analysis  42

3.3 Results  43

3.3.1 Analysis of Cell Viability and Proliferation following Treatment 

with Silicone 43

3.3.2 Silicone and Protein Interaction  53

3.3.3 Further Investigation of HSF Morphology following Treatment 

with Fraction IV 57

3.3.4 Investigating the Induction of HSF Apoptosis following 

Treatment with Silicone.  57

3.4 Discussion  60

 

CHAPTER 4.0 FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF SYNTHETIC 

SILICONES, INCLUDING PDMS7‐g‐PEG7, ON DERMAL FIBROBLASTS 

65

4.1 Introduction  65

4.2 Experimental Procedures   68

4.2.1 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers  68

4.2.2 Fibroblast Cell Culture  68

4.2.3 Keratinocyte Cell Culture  68

4.2.4 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation  68

4.2.5 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy  69

4.2.6 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis  69

4.2.7 Statistical Analysis  69

4.3 Results  69

4.3.1 Analysis of Cell Proliferation following Treatment with the 

Synthesised Silicones 

69 

4.3.2 Further Analysis of Cell Proliferation following Treatment with 

PDMS7‐PEG7 

71 

4.3.3 Investigation of Cell Morphology following Treatment with 

PDMS7‐PEG7 

77 

   

Page 12: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

4.3.4 Investigation of the Induction of HSF Apoptosis following 

treatment  

82 

4.4 Discussion  87 

   

CHAPTER 5.0 INVESTIGATIONS INTO THE EFFECT OF AMPHIPHILIC SILICONE‐

PEG COPOLYMERS AT THE GENOMIC LEVEL 

91 

5.1 Introduction  91 

5.2 Experimental Procedures  92 

5.2.1 Fractionation of GP226  92 

5.2.2 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers  92 

5.2.3 Fibroblast Cell Culture  92 

5.2.4 RNA Extraction  92 

5.2.5 Microarray  93 

5.2.6 Gene Ontology, Canonical Pathway and Functional Network 

Analysis 93 

5.2.7 Super Arrays  93 

5.2.8 Confirmation of Differential Gene Expression using Quantitative 

RT‐PCR 93 

5.2.9 Standard PCR Conditions  94 

5.2.10 Primer Design  94 

5.2.11 Reverse Transcription (RT) for qRT‐PCR  94 

5.2.12 PCR and Amplicon Purification  94 

5.2.13 qRT‐PCR  94 

5.2.14 Statistical Analysis  95 

5.3 Results  95 

5.3.1 Identification of Differential Gene Expression  95 

5.3.2 Gene Ontology and Functional Analysis of Microarray  96 

5.3.3 Differentially Expressed Genes as Depicted by Superarray  99 

5.3.4 qRT‐PCR Validation of Differentially Expressed Genes  101 

5.4 Discussion  112 

   

CHAPTER 6.0 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS  121 

6.1 Limitations and Future Directions  132 

6.2 Conclusion  137 

   

Page 13: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xiii 

 

 

CHAPTER 7.0 APPENDICIES  137

Appendix 1  137

Appendix 2  139

Appendix 3  143

Appendix 4  143

 

CHAPTER 8.0 REFERENCES  145

 

 

 

 

Page 14: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

LIST OF FIGURES 

1.1  Hypertrophic and keloid scars  2 

1.2  Histological comparison of a normal scar, hypertrophic scar and keloid 

scar 

1.1  Properties of GP226  18 

3.1  Analysis of HSF viability following treatment with GP226 and its 

fractions. 

44 

3.2  Analysis of nHSF viability following treatment with GP226 and its 

fractions. 

45 

3.3  Analysis of KF viability following treatment with GP226 and its 

fractions 

46 

3.4  Analysis of nKF viability following treatment with GP226 and its 

fractions. 

47 

3.5  Analysis of HSF proliferation  following  treatment with GP226 and  its 

fractions.  

48 

3.6  Analysis of nHSF proliferation following treatment with GP226 and its 

fractions. 

49 

3.7  Analysis of KF proliferation following treatment with GP226 and its 

fractions. 

50 

3.8  Analysis of nKF proliferation following treatment with GP226 and its 

fractions 

51 

3.9  Analysis of HK viability and proliferation following treatment with 

GP226 and its fractions. 

54 

3.10  Investigation of HSF morphology following culture in media containing 

different concentrations of FCS and treatment with GP226. 

55 

3.11  Analysis of protein aggregation in cell culture medium containing 

silicone and varying concentrations of FCS 

56 

3.12  Analysis of HSF morphology following treatment with Fraction IV and 

Tween 20.   

58 

3.13  Investigation of apoptosis in HSF following treatment with GP226, 

Fraction III, Fraction IV and Tween 20. 

59 

4.1  Molecular weight distribution of the crude GP226 and active fraction, 

Fraction IV. 

66 

4.2  Structure of Fraction IV  66 

4.3  Analysis of HSF proliferation following treatment with the synthesised 

silicones. 

70 

4.4  Analysis of nHSF proliferation following treatment with the 

synthesised silicones. 

71 

     

Page 15: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xv 

 

4.5  Analysis of HSF proliferation following treatment with GP226, PDMS7‐

g‐PEG7 and PDMS7. 

72 

4.6  Analysis of nHSF proliferation following treatment with GP226, 

PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7. 

73 

4.7  Analysis of HK proliferation following treatment with GP226, PDMS7‐g‐

PEG7 and PDMS7. 

75 

4.8  Analysis of HK proliferation, grown without an i3T3 feeder layer, 

following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7. 

76 

4.9  Analysis of HSF morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  78 

4.10  Analysis of nHSF morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  79 

4.11  Analysis of HK morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  80 

4.12  Analysis of HK morphology, grown without an i3T3 feeder layer, 

following treatment with PDMS7‐g‐PEG7. 

81 

4.13  Investigation of apoptosis in HSF following treatment with PDMS7‐g‐

PEG7. 

83 

4.14  Investigation of apoptosis in nHSF following treatment with PDMS7‐g‐

PEG7. 

84 

4.15  Investigation of apoptosis in HK following treatment with PDMS7‐g‐

PEG7. 

86 

4.16  Schematic of the stratum corneum and possible permeation pathways  89 

5.1  Validation of up‐regulated target genes in HSF and nHSF following 

treatment with GP226 and Fraction IV. 

104 

5.2  Validation of down‐regulated target genes in HSF and nHSF following 

treatment with GP226 and Fraction IV. 

105 

5.3  Validation of up‐regulated target genes in HSF and nHSF following 

treatment with PDMS7‐g‐PEG7. 

106 

5.4  Validation of down‐regulated target genes in HSF and nHSF following 

treatment with PDMS7‐g‐PEG7. 

107 

5.5  Validation of miscellaneous target genes in HSF and nHSF following 

treatment with GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7. 

108 

5.6  Validation of up‐regulated, down‐regulated and miscellaneous target 

genes in nHSF compared to HSF. 

109 

6.1  Predicted relationships between differentially regulated genes 

identified in HSF and nHSF following treatment with the silicones. 

128 

6.2  Differential gene expression between HSF and nHSF and the effects on 

cellular processes involved in myofibroblast differentiation. 

131 

 

 

 

Page 16: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

LIST OF TABLES 

1.1  Summary of aims and experimental approach  21 

2.1  Summary of the commercially available polymers used as treatments  24 

2.2  Patient data obtained from hypertrophic scar donors   

2.3  Primers used for qRT‐PCR  35 

4.1  Properties of the synthesised amphiphilic silicones used as treatments  67 

5.1  Summary of differential gene expression obtained through microarray 

analyses 

96 

5.2  Ontology of Differentially Expressed Genes in HSF in response to 

GP226. 

97 

5.3  Focus genes identified through microarray analysis to be differentially 

expressed in HSF exposed to GP226. 

98 

5.4  Expression of collagen genes identified through microarray analysis to 

be differentially regulated in HSF exposed to GP226 

99 

5.5  Summary of differential gene expression obtained through superarray 

analyses 

100 

5.6  Focus genes identified through superarray analysis to be differentially 

expressed in HSF and nHSF treated with PDMS7‐g‐PEG7 

101 

5.7  Up‐regulated Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR.    102 

5.8  Down‐regulated Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR.  102 

5.9  Miscellaneous Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR.  103 

6.1  Summary of Results obtained for microarray, superarray and qRT‐PCR 

analyses. 

127 

 

Page 17: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xvii 

 

LIST OF ABBREVIATIONS 

 

2D    2‐dimensional 

αSMA    alpha – smooth muscle actin 

AIFM2    Apoptosis‐inducing factor, mitochondrion‐associated, 2 

bFGF    basic Fibroblast growth factor 

BSA    Bovine serum albumin 

cDNA    Complementary deoxyribonucleic acid 

CD70    Cluster of Differentiation 70 

CFLAR    Caspase 8‐like apoptosis regulator 

COL1A1   Collagen type I, alpha I 

COL3A1   Collagen type III, alpha I 

ddH2O    Double distilled water 

dNTP    Deoxyribonucleotide triphosphate 

DAPI    4',6‐diamidino‐2‐phenylindole 

DAPK1    Death‐associated protein kinase 1 

DMEM    Dulbecco’s modified eagle’s medium 

DNA    Deoxyribonucleic acid 

DNase I   Deoxyribonuclease I 

DTT    Dithiothreitol 

ECM    Extracellular matrix 

FADD    Fas‐associating protein with death domain 

FAS     TNF receptor superfamily, member 6 

FCS    Fetal calf serum 

GP    Genesee Polymers 

HK    Human skin keratinocytes 

HLB    Hydrophilic‐lipophilic balance 

HPLC    High performance liquid chromatography 

HSF    Hypertrophic scar‐derived human skin fibroblasts 

i3T3    Irradiated murine feeder layer     

IAP    Inhibitor of apoptosis proteins 

ID    Identification 

IGFII    Insulin‐like growth factor II 

Page 18: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

IGF2R    Insulin‐like growth factor 2 receptor 

IL    Interleukin 

IPA    Ingenuity pathway solutions 

JNK    Jun N‐terminal kinase 

KF    Keloid scar‐derived human skin fibroblasts 

LTβR    Lymphotoxin‐β receptor 

LTA    Lymphotoxin alpha 

mRNA    Messenger ribonucleic acid 

M6P    Mannose‐6‐phosphate 

MALDI    Matrix‐assisted laser desorption/ionization 

MCL1    Myeloid cell leukaemia sequence 1 

nHSF  Normal human skin fibroblasts derived patients suffering from 

hypertrophic scar  

nKF    Normal human skin fibroblasts derived patients suffering from keloid scar 

NF‐κB    Nuclear factor kappa‐light‐chain‐enhancer of activated B cells 

NMR    Nuclear magnetic resonance 

NSMase  Neutral sphingomyelinase 

NSMAF   Neutral sphingomyelinase activation associated factor 

P    Probability 

PBS    Phosphate‐buffered saline 

PCR    Polymerase chain reactions 

PDMS    Polydimethyl siloxane 

PEG    Polyethylene glycol 

Primer‐BLAST  Primer‐basic local alignment software 

PSEC    Preparative size exclusion chromatography    

qRT‐PCR  Quantitative reverse transcription‐polymerase chain reactions 

QUT    Queensland University of Technology 

RNA    Ribonucleic acid 

rRNA    Ribosomal ribonucleic acid 

ROS    Reactive oxygen species 

SEM    Standard error of the mean 

SGS    Silicone gel sheets 

SMAD7   SMAD family member 7 

Page 19: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xix 

 

TGFβ    Transforming growth factor – beta 

THF    Tetrahydrofuran 

TNF    Tumour necrosis factor alpha 

TNFR    Tumour necrosis factor receptor  

TNFR1    Tumour necrosis factor receptor 1 

TNFRSF10A  Tumour necrosis factor receptor superfamily member 10A 

TNFRSF10B  Tumour necrosis factor receptor superfamily member 10B 

TRADD    Tumour necrosis factor receptor‐associated apoptotic signal transducer 

TRAF2    Tumour necrosis factor receptor‐associated factor 2 

TRAF3    Tumour necrosis factor receptor‐associated factor 3 

Trypsin‐EDTA  Trypsin‐ethylenediaminetetraacetic acid

WST-1 4‐[3‐(4‐Iodophenyl)‐2‐(4‐nitrophenyl)‐2H‐5‐tetrazolio]‐1,3‐benzene 

disulfonate 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 20: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

LIST OF PUBLICATIONS AND PRESENTATIONS 

PUBLICATIONS RELATING TO THIS THESIS 

Lynam, E., Xie, Y., Loli, B., Dargaville, T. R., Leavesley, D., George, G. and Upton, Z. (2010) 

The  effect of  amphiphilic  siloxane oligomers on  fibroblast  and  keratinocyte proliferation 

and apoptosis. Journal of Biomedical Materials, Part A; 95(2):620‐31  

 

Lynam, E., Farrugia, B., Keddie, D., Dargaville, T. R., Leavesley, D., George, G. and Upton, Z. 

The effect of amphiphilic siloxane oligomers on fibroblast gene expression. Currently under 

preparation for submission to Journal of Biomedical Materials, Part A. 

 

OTHER PUBLICATIONS 

Xie, Y., Rizzi, S.C., Dawson, R., Lynam, E., Richards, S., Leavesley, D.I. and Upton, Z. (2010) 

Development  of  a  Three‐Dimensional  Human  Skin  Equivalent  Wound  Model  for 

Investigating Novel Wound Healing Therapies. Tissue Eng Part C Methods. 16(5):1111‐23 

 

Lynam, E. And Upton, Z.  (2011) Treatment  Innovations  in Hypertrophic and Keloid Scars. 

Wounds International; 2(1); http://www.woundsinternational.com (Accessed 01/04/2011) 

 

Farrugia, B., Keddie, D., George, G., Lynam, E., Brook, M., Upton, Z. And Dargaville, T. An 

Investigation  into  the  Effect  of  Amphiphilic  Siloxane  Oligomers  on  Dermal  Fibroblasts. 

Currently under review for the Journal of Biomedical Materials, Part A. 

 

PRESENTATIONS 

ASMR  MRW  QLD;  May,  2009;  Brisbane,  Australia;  Poster  Presentation  ‐  Lynam,  E., 

McGrath, B., Dargaville, T., Leavesley, D., George, G. and Upton, Z.; “Development and Pre‐

Clinical Evaluation of a Silicone Dressing for Scar Remediation” 

 

5th Joint Meeting of ETRS and WHS; August, 2009; Limoges, France; Poster Presentation ‐ 

Lynam,  E.,  McGrath,  B.,  Dargaville,  T.,  Leavesley,  D.,  George,  G.  and  Upton,  Z.; 

“Development and Pre‐Clinical Evaluation of a Silicone Dressing for Scar Remediation” 

 

AHTA  ‐  National  Hand  Therapy  Conference;  October,  2009;  Brisbane,  Australia;  Poster 

Presentation – Lynam, E., McGrath, B., Dargaville, T., Leavesley, D., George, G. and Upton, 

Z.; “Development and Pre‐Clinical Evaluation of a Silicone Dressing for Scar Remediation” 

Page 21: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

| xxi 

 

 

IHBI Inspires; November 2009; Brisbane, Australia; Poster Presentation – Lynam, E., Keddie, 

D., Dargaville, T., George, G. and Upton, Z.; “The Effect of Amphiphilic Siloxane Oligomers 

on Fibroblast Proliferation and Apoptosis” 

 

2nd  Meeting  of  AWTRS;  March,  2010;  Perth,  Australia;  Oral  Presentation  ‐  Lynam,  E., 

Keddie, D., Dargaville,  T., George, G.  and Upton,  Z.;  “The  Effect  of Amphiphilic  Siloxane 

Oligomers on Fibroblast Proliferation and Apoptosis” 

 

IHBI  Inspires;  November,  2010;  Gold  Coast,  Australia;  Oral  Presentation  –  Lynam,  E., 

Keddie,  D.,  Dargaville,  T., George, G.  and Upton,  Z.;  “Evaluation  of  a Novel  Silicone  for 

Hypertrophic Scar Remediation: The Effect Observed at Gene Level” 

 

 

 

Page 22: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 23: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 1 

 

CHAPTER 1.0  

LITERATURE REVIEW  

1.1 SKIN HOMEOSTASIS 

The primary functions of skin are to physically protect the body from the environment and 

to mediate  repair  following wounding  (Bouwstra  and  Ponec,  2006).  Tissue  growth  and 

repair occurs through a series of overlapping events involving many cell types, extracellular 

matrix  (ECM)  components,  cytokines  and  soluble  mediators  (Tuan  and  Nichter,  1998). 

Specifically, wound  healing  is  aimed  at  rapidly  restoring  barrier  function  (Martin,  1997). 

While  injuries  in  utero  evoke  embryonic  processes  that  rapidly  re‐establish  natural 

homeostasis  to  the  skin without scarring, healing  in adults  is a much slower process and 

involves  robust  inflammation,  increased  neovascularisation,  as  well  as  increased 

extracellular matrix  deposition  (Mutsaers  et  al.,  1997;  Reish  and  Eriksson,  2008a).  This 

often  does  not  restore  the  normal  structure  of  tissue.  Consequently,  scarring  often 

manifests  as macroscopic  disfigurations  to  the  skin  following  trauma,  surgery,  burns  or 

injury where the normal tissue structure is not remodelled perfectly after healing (Ferguson 

and O'Kane, 2004; Ferguson et al., 1996).  

 

Many processes occur  in  the  skin during  the  formation  and  remediation of  scars.  Three 

particular  stages  of  repair,  which  are  known  as  inflammation,  tissue  formation 

(granulation) and remodelling arise as normal processes  in the adult human body  (Singer 

and Clark, 1999). Of  critical  importance  to  scar  resolution  is  the  final  remodelling  stage, 

involving  the  restoration of collagen equilibrium  following previous over‐synthesis during 

granulation.  This  stage  of  collagen  turnover,  involving  collagenase  activity  and  the 

deposition of new and more organised collagen is vital in scar remediation and may take up 

to 6‐24 months after the initial trauma to the skin (Mutsaers et al., 1997). 

 

1.2 ABNORMAL SCARS 

While  in most cases scars recede as a natural part of wound healing, several fail to do so, 

producing  adverse  effects  such  as  undesirable  appearance,  itching,  loss  of  function, 

restriction of tissue movement or growth and psychological effects (Ferguson and O'Kane, 

2004; Mutsaers et al., 1997). These scars can be classified as either keloid or hypertrophic 

and are defined as benign hyperproliferative growths of dense  fibrous tissue  (Robles and 

Page 24: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

Berg, 2007). Clinically,  keloid  scars  grow beyond  the  confines of  the original wound  and 

invade  surrounding  tissue,  generating  a  lesion  that  appears  irregular  and  pendulous 

(O'Brien  and  Pandit,  2006;  Tuan  and Nichter,  1998).  Conversely,  hypertrophic  scars  are 

raised, yet remain within the original wound boundary, and have a tendency to appear and 

regress  spontaneously  (Tuan  and  Nichter,  1998).  Figure  1.1  illustrates  an  example  of 

hypertrophic and keloid scars. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1.1 – Hypertrophic and Keloid Scars (A) Hypertrophic scaring the neck region of a 12 year old female as a result of a chemical burn injury; (B) Ear lobe keloid in a 22 year old female as a result of ear piercing  (Tuan and Nichter, 1998) 

 

Hypertrophic  scars  tend  to  originate  from  surgery  and  thermal  injuries  such  as  burns 

(Carney  et  al.,  1994;  Eisenbeiss  et  al.,  1998;  Shakespeare,  1993),  while  keloids  often 

develop after trivial  injuries  including ear piercing,  insect bites and vaccination (O'Sullivan 

et al., 1996).  Interestingly, while hypertrophic scars are known to develop at any  location, 

keloid scars commonly affect chest, shoulder and ear  lobe regions, which are areas under 

low  skin  tension  (Crockett, 1964; Marneros et al., 2001).  It has been argued  that  skin or 

wound  tension  is  implicated  in  the  formation  and  location  of  abnormal  scars.  Other 

Page 25: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 3 

 

predisposing  conditions  of  both  hypertrophic  and  keloid  scars  appear  to  be  related  to 

prolonged inflammation, such as repeated trauma, continued irradiation from foreign body 

inclusions, excessive wound tension,  infection or delayed reepithelialisation  (Deitch et al., 

1983). Epidemiology  is another  factor  involved  in hypertrophic and keloid scar  formation 

but  research  relating  to  their  relationship  is  limited.  The  data  that  is  available  suggests 

differences  among  racial  groups  (Robles  and  Berg,  2007)  and  it  has  been  reported  that 

higher rates of keloid scar formation occur  in dark‐skinned  individuals compared to those 

who  have  a  lighter  skin  colour  (Brissett  and  Sherris,  2001). While  there  are  no  clearly 

defined genetic loci linked to keloid scars, it is widely accepted that their etiology involves a 

genetic  factor  (Robles  and  Berg,  2007).  Additionally,  a  study  by Marneros  et  al.,  (2001) 

investigated the clinical and inheritance patterns of keloid scar development. Interestingly, 

their data suggested  that a child had a 50% chance of keloid scar development  if one of 

their parents had a keloid scar. No such studies have  investigated this genetic association 

with hypertrophic scar formation as yet (Brown and Bayat, 2009). 

 

1.3 PATHOPHYSIOLOGY OF ABNORMAL SCARS 

Both  hypertrophic  and  keloid  scars  develop  from  an  exaggerated  fibroproliferative 

response within the dermis, which creates an imbalance of matrix production and collagen 

synthesis  and  results  in  an  excessive  accumulation  of  dermal  collagen,  fibronectin  and 

glycosaminoglycan  content  (Babu  et  al.,  1989;  Reish  and  Eriksson,  2008a).  The  most 

prominent of these factors in scar formation is the excessive deposition of collagen types I 

and  III  (Abergel et al., 1985; Rockwell et al., 1989). Even after many years, equilibration, 

and hence elasticity,  is not restored to the skin  (Alster and Tanzi, 2003; Haukipuro et al., 

1991). One underlying reason is that wound fibroblasts undergo phenotypic change within 

the granulation tissue to become more proliferative myofibroblasts. These cells up‐regulate 

collagen production, resulting in scar development (Darby and Hewitson, 2007; Gabbiani et 

al., 1971). Some data also suggests that reduced collagen degradation of newly synthesised 

procollagen polypeptides may possibly contribute  to  the  increased collagen deposition  in 

keloid and hypertrophic scars (Abergel et al., 1985; Arakawa et al., 1996). The alignment of 

collagen is also considered to be different when comparing hypertrophic and keloid scars to 

normal  skin. Whorls  of  closely  packed,  thickened  hyalinised  collagen  bundles  classically 

appear  in  keloid  scars,  while  hypertrophic  scars  exhibit  modular  structures  in  which 

fibroblastic  cells,  small  vessels,  and  fine,  randomly organised  collagen  fibres  are present 

(Ehrlich et al., 1994; Lee et al., 2004). The compacted accumulations of collagen as well as 

Page 26: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

the excess of myofibroblasts  in hypertrophic and keloid scars compared  to a normal scar 

are depicted in Figure 1.2.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1.2 ‐ Histological comparison of a normal scar, hypertrophic scar and keloid scar. Histology of a (A) normal scar, (B) hypertrophic scar and (C) keloid scar, stained with haematoxylin and  eosin.  Collagen  bundles  in  the  dermis  of  normal  scar  tissue  appear  relaxed  and  arranged randomly. By contrast, collagen bundles  in hypertrophic scars and keloid scars are thicker and are aligned in the same plane as the epidermis. Collagen bundles within keloid scars are also formed in acellular  node‐like  structures.  The  presence  of  cells  within  the  epidermis  and  dermis  of  the hypertrophic  scar  and  keloid  scar  is much more  dense  than when  compared  to  the  normal  scar (Tuan and Nichter, 1998). 

 

Recent  studies of human  fetal wound healing have  further  suggested  that high  levels of 

inflammation, which occurs in adult but not in embryonic wound healing processes, may be 

a major  cause of  abnormal  scar  formation  (Reish  and Eriksson, 2008a).  Furthermore,  an 

increased number of macrophages, epidermal Langerhans’  cells and mast cells, all which 

are  involved  in  inflammatory  processes,  have  been  reported  in  hypertrophic  and  keloid 

scars,  although  their  contribution  to  scar  formation  is  not  known  (Smith  et  al.,  1987; 

Tanaka et al., 2004). It is evident that further research in this area is required. 

 

Page 27: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 5 

 

It is clear that cellular events must be altered in order for hypertrophic and keloid scars to 

develop.  Many  have  investigated  this  area  and  thus  far  it  has  been  illustrated  that 

fibroblasts derived from abnormal scars not only overproduce collagen but express higher 

levels of  interleukin  (IL)6, vascular endothelial growth  factor,  transforming growth  factor 

beta  (TGFβ)  and  platelet  derived  growth‐factor‐α  receptors  as  well  (Ghazizadeh  et  al., 

2007; Marneros et al., 2001). Cytokines  such as TGFβ1 and TGFβ2 are  central  to wound 

repair as they are potent activators of extracellular matrix gene expression and stimulate 

collagen and fibronectin synthesis by dermal fibroblasts (Beanes et al., 2003). Evidently, the 

regulation of  these  cytokines  is of major  importance  in  the etiology of hypertrophic and 

keloid scars (Bettinger et al., 1996; Ghahary et al., 1993).  

 

1.3.1 Dermal Fibroblast Heterogeneity 

It  has  been  widely  reported  that  the  composition  of  connective  tissue  is  altered  in 

hypertrophic  and  keloid  scars.  For  instance,  myofibroblast  number  is  increased  in 

hypertrophic scars (Nedelec et al., 2001) and the differentiation of wound fibroblasts  into 

myofibroblasts  represents  a  key element  in wound healing  and  tissue  repair  (Darby  and 

Hewitson, 2007; Desmouliere et al., 2005; Ehrlich et al., 1994; Gabbiani et al., 1971; Hinz, 

2007;  Tiede  et  al.,  2009). Myofibroblasts  are  characterized  by  the  expression  of  alpha‐

smooth muscle actin (αSMA) and are thought to derive from fibroblast populations under 

stimulation of profibrotic growth factors such as TGFβ1 (Desmouliere et al., 2005; Narine et 

al., 2006; Wang et al., 2008). Tiede et al. (2009) demonstrated that basic fibroblast growth 

factor  (bFGF) efficiently  inhibited  the  terminal differentiation of mesodermal progenitors 

into myofibroblasts with a reduction in the level of αSMA positive cells being detected and 

a subsequent decrease in αSMA expression at the ribonucleic acid (RNA) and protein level 

following  treatment. Furthermore,  this  inhibitory effect of bFGF was accompanied by an 

inhibition  of  TGFβ  receptor  I  and  II  expression.  These  results  are  significant  as  up  until 

recently,  little had been  reported  regarding  the  influence of growth  factors on excessive 

myofibroblast  formation  and  the  associated  development  of  hypertrophic  scars,  keloids 

and fibrosis (Tiede et al., 2009). 

   

It has also been demonstrated that normal adult human skin contains at least three distinct 

subpopulations  of  fibroblasts  that  occupy  unique  niches  in  the  dermis.  Furthermore 

fibroblasts  from  each  of  these  niches  exhibit  distinctive  differences  when  cultured 

separately  in  vitro  (Sorrell  and  Caplan,  2004; Wang  et  al.,  2008).  For  example,  it  was 

Page 28: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

observed by Wang et al. (2008) that fibroblasts  isolated from deeper  layers of the dermis 

were  morphologically  larger  than  those  of  the  superficial  layers.  These  deep  layer 

fibroblasts were  also demonstrated  to proliferate more  slowly, produce  less  collagenase 

but generate more collagen, TGFβ1 and αSMA. From these results,  it was suggested that 

fibroblasts  isolated  from  deep  layers  in  the  dermis  may  play  a  critical  role  in  the 

development of hypertrophic scars (Wang et al., 2008). Another area of  interest has been 

uncovered  in  blood‐born  fibroblast‐like  cells  called  fibrocytes  (Bucala  et  al.,  1994). 

Circulating fibrocytes migrate to wound sites during the inflammation phase of wounds and 

are  capable  of  producing  proinflammatory  cytokines,  chemokines,  growth  factors  and 

extracellular matrix  (Chesney  et  al.,  1998;  van  der  Veer  et  al.,  2009).  It  is  thought  that 

fibrocytes may be a precursor of myofibroblasts and several  studies have suggested  that 

fibrocytes are  implicated  in wound healing and hypertrophic  scar  formation  (Mori et al., 

2005; Yang et al., 2005). 

 

1.3.2 Role of Epidermis in Wound Healing 

As mentioned previously, tissue growth and repair occurs through a series of overlapping 

events involving many cell types, ECM components, cytokines and soluble mediators (Tuan 

and Nichter, 1998). As wound healing is a complex process, it is logical that close paracrine 

relationships exist between the epidermis and dermis  (Maas‐Szabowski et al., 1999; Tuan 

and Nichter, 1998). It has been extensively reported that wound healing is aimed at rapidly 

restoring barrier function through the formation of a functional epidermis (Martin, 1997). 

However,  it has also been  reported that keratinocytes are dependent on signals  received 

from dermal fibroblasts to re‐establish the functional epidermal barrier required during the 

reepithelialisation  phase  of  wound  healing  (El  Ghalbzouri  et  al.,  2002;  Ghahary  and 

Ghaffari, 2007). Additionally,  it has recently been reported that delays of greater than 21 

days  in  reepithelialisation  during  healing  increases  the  likelihood  of  developing  fibrotic 

conditions,  such  as  a  hypertrophic  or  keloid  scar,  to  78%  (El  Ghalbzouri  et  al.,  2002; 

Ghahary and Ghaffari, 2007).  Furthermore, keratinocyte‐derived growth factors have been 

suggested  to  play  a  role  in  the  formation  of  abnormal  scars  (Katz  and  Taichman,  1994; 

Niessen et al., 2001) and a study by Funayama et al. (2003) demonstrated that a co‐culture 

of normal  fibroblasts with  keloid  keratinocytes  resulted  in  collagen being  produced  in  a 

keloid‐like manner. It is clear that the cross‐talk of cells between the epidermis and dermis 

plays an important role within wound healing.  

 

Page 29: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 7 

 

1.3.3 Scarring and Apoptosis 

Apoptosis is another process known to play a significant role in wound healing. The number 

of apoptotic cells sharply  increases as  the wound closes, suggesting  that apoptosis  is  the 

mechanism  responsible  for  the  evolution  of  granulation  tissue  into  a  scar  (Darby  et  al., 

1990;  Desmouliere  et  al.,  1995).  Failure  of  apoptosis  has  often  been  postulated  in  the 

pathogenesis  of  abnormal  scars  but  the  evidence  presented  in  the  literature  is 

controversial and often contradictory (Linge et al., 2005). For example,  levels of apoptotic 

cells  were  relatively  low  in  tissue  sections  of  normal  and  hypertrophic  scars  but  were 

significantly higher in keloid scar tissue sections (Akasaka et al., 2001). However, a study by 

Messadi  et  al.  (1999)  demonstrated  that  fibroblasts  derived  from  keloid  scars  showed 

lower rates of apoptosis than normal fibroblasts.  

 

Despite  these  controversial  results,  decreased  apoptosis  is  postulated  to  cause  the 

hypercellularity  and  excess  scar  tissue  formation  of  hypertrophic  scars. Not  surprisingly, 

lower  rates  of  apoptosis  and  a  down‐regulation  of  apoptosis‐related  genes  have  been 

demonstrated by fibroblasts derived from hypertrophic, as well as keloid scars (Appleton et 

al.,  1996; Nedelec  et  al.,  2001;  Sayah  et  al.,  1999).  In  fact,  gene  expression  profiling  of 

normal skin derived from keloid‐prone and keloid‐resistant patients revealed differences in 

levels of  two  caspases,  6  and  14  (Nassiri  et al., 2009).  It has been widely  reported  that 

caspases,  a  family  of  cysteine  proteases,  play  an  important  part  in  apoptosis  and  the 

activation of these caspases is required for apoptosis to be executed (Lamkanfi et al., 2007; 

Nassiri et al., 2009). It was suggested by Nassiri et al. (2009) that the distinct gene profile of 

keloid‐prone patients could be important in their susceptibility as the familial clustering of 

patients  suffering  from  keloid  scars  has  long  been  attributed  to  an  underlying  genetic 

predisposition  (Alhady  and  Sivanantharajah,  1969). However,  the molecular mechanisms 

behind this genetic  involvement have not been well understood. Moreover, as caspase 14 

is expressed by keratinocytes, but not fibroblasts, the hypothesis that dermal scarring may 

be regulated by factors produced in the epidermis is strengthened (Nassiri et al., 2009). 

 

A study by Linge et al.,  (2005)  illustrated that reducing tissue transglutaminase activity  in 

collagen gels containing  fibroblasts derived  from hypertrophic  scars allowed  induction of 

apoptosis  on  gel  contraction.  In  contrast,  increasing  enzymatic  activity  of  collagen  gels 

containing fibroblasts derived from normal skin completely abrogated collagen contraction‐

induced  apoptosis. Newly  formed extracellular matrix  is  stabilized by  the enzyme,  tissue 

Page 30: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

transglutaminase, which  has  been  demonstrated  to  be  over  expressed  by  hypertrophic 

scar‐derived fibroblasts in vivo and in vitro (Linge et al., 2005). It was suggested from these 

results that hypertrophic scar‐derived fibroblasts may exhibit resistance to a specific form 

of apoptosis that is dependent on the excess activity of cell surface tissue transglutaminase 

(Linge et al., 2005). Furthermore, transglutaminase has been implicated in the activation of 

TGF‐β1 via the cross‐linking of latent TGF‐β‐binding protein‐1 (Nunes et al., 1997; Verderio 

et al., 1999). TGF‐β mediated  apoptosis has been demonstrated during  tissue  formation 

and  remodelling  in  cutaneous wound healing  (Crowe  et al., 2000).  It  is  evident  that  the 

potential  involvement of  transglutaminase  in  activation of  such  an  important profibrotic 

protein  as  TGF‐β,  combined  with  its  overexpression  in  hypertrophic  scars,  has  obvious 

implications for the pathology of abnormal scars (Linge et al., 2005). 

 

Understanding  the  relationships between  scarring  and  apoptosis  also extends  to  include 

the  investigation  of  mechanical  stress  as  an  in  vitro  model  of  granulation  tissue.  For 

example  Aarabi  et  al.,  (2007)  demonstrated  that  mechanical  stress  applied  to  healing 

wounds in p53‐null mice was sufficient to produce hypertrophic scars. The model resulted 

in  scars  that  were  structurally  similar  to  human  hypertrophic  scars,  showing  dramatic 

increases in volume (20‐fold) and cellular density (20‐fold), which was accompanied by a 4‐

fold decrease  in cellular apoptosis and  increased activation of the prosurvival marker Akt. 

Furthermore, scar hypertrophy and cell density was significantly  reduced  in proapoptotic 

Bc/II‐nt null mice (Aarabi et al., 2007). In addition, it was illustrated by Grinnell et al. (1999) 

that  fibroblasts under mechanical  tension  showed  little or no apoptosis. However, when 

mechanical tension was released, an apoptotic response was triggered within 3‐6 hours.    

 

1.4 MANAGEMENT OF ABNORMAL SCARS 

As  current  aesthetic  surgical  techniques  become  more  standardised  and  results  more 

predictable,  a  fine  scar  is  becoming  the  demarcating  line  between  acceptable  and 

unacceptable  results  (Widgerow  et  al.,  2000).  Consequently,  current  management  of 

hypertrophic and keloid scars include a wide range of techniques, from traditional invasive 

methods  to  intralesional  and  topical  application  of  agents  designed  to  take  effect  on  a 

cellular  level  (Reish  and  Eriksson,  2008a).  Some  of  these  techniques, which  have  been 

reported  as  being  beneficial  in  the  management  of  abnormal  scars,  include  surgery, 

corticosteroid  injections  (Darzi et al., 1992), pressure  therapy  (Staley and Richard, 1997), 

Page 31: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 9 

 

radiotherapy  (Ogawa  et  al.,  2003),  laser  therapy  (Goldman  and  Fitzpatrick,  1995), 

cryotherapy (Zouboulis et al., 1993) and silicone gel therapy (Perkins et al., 1983). 

 

Many researchers have also believed for some time that efforts at controlling scar outcome 

should be  initiated at the time of wounding, when the trigger  for the sequence of events 

essential for healing begins (Ono et al., 2007; Shah et al., 1994; Widgerow et al., 2009). It 

has  been widely  reported  that  the  prevention  of  hypertrophic  and  keloid  scars  is much 

more  effective  than  their  later  treatment,  especially  in  patients  predisposed  to  scarring 

(Alster  and  Tanzi,  2003;  Katz,  1995).  However,  until  now,  treatment  is  routinely 

commenced when the wound has reepithelialised, rather than at the time of injury. 

 

1.5 SILICONE GEL TREATMENTS 

Silicone gel sheets (SGS) have been used as a topical treatment for hypertrophic and keloid 

scars since 1983 (Perkins et al., 1983). These commercially available sheets consist of lightly 

crosslinked polydimethyl siloxane (PDMS) (Van den Kerckhove et al., 2001) and reportedly 

reduce  the size,  redness, pain and  itching of scars  (Berman and Flores, 1999; Eishi et al., 

2003), as well as promote increased skin elasticity (Ahn et al., 1989), softness (Quinn et al., 

1985) and even prevent scar formation (Gold et al., 2001). The flexible  ‐Si‐O‐Si‐ backbone 

structure, along with  surrounding hydrophobic methyl groups  that  is attributed  to PDMS 

polymers,  confer  the  strong  and  flexible  properties  of  SGS  as  well  as  high  oxygen 

permeability, low surface energy and resistance to hydrolytic scission (LeVier et al., 1993). 

Furthermore, PDMS oligomers of  lower chain  length are also trapped  into the crosslinked 

network (LeVier et al., 1993).  

 

The use of  SGS  is well documented  in  the  literature  and  an  early uncontrolled  study by 

Quinn  (1987)  reported  an  improvement  of  scars  in  81%  of  the  125  treated  patients. 

Another uncontrolled analysis was performed by Katz (1995), who evaluated the use of SGS 

on  both  newly  formed  and  chronic  hypertrophic  and  keloid  scars,  and  reported 

improvement rates of 79% and 56% respectively. Subsequent controlled studies by Ahn et 

al. (1991), Sproat et al. (1992), Carney et al. (1994), Gold (1994), Fulton (1995) and Lee et 

al. (1996) have yielded similar results. More recently, Momeni et al. (2009) demonstrated 

that  silicone gel was an effective  treatment  for hypertrophic burn  scars. The  significance 

behind this  is that the surface of burn wounds differs from other wounds  in that they are 

characterised by  coagulation of  the  superficial blood  vessels  and usually do not  tend  to 

Page 32: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

bleed excessively, whereas normal wounds do (van der Veer et al., 2009). This finding was 

important  as  the majority  of  reported  literature  has  investigated  the  effect  of  SGS  on 

hypertrophic scars resulting from injuries other than burns.  

 

1.5.1 Mechanism of Silicone Gel Sheet Action 

Despite considerable research effort worldwide, the mechanism of SGS action  is yet to be 

completely elucidated  (Borgognoni, 2002). The early  study by Quinn  (1987)  showed  that 

the outcomes of SGS were not due  to pressure, temperature or oxygen tension. This has 

led other  investigators to hypothesise that SGS action results from  increased temperature 

(Krieger  et  al.,  1993),  improved  hydration,  higher  mechanical  and  bacterial  protection 

(Chang et al., 1995), electrostatic changes  (Hirshowitz et al., 1998) and  the movement of 

chemical species into the skin (Shigeki et al., 1999).    

 

In  reviewing  SGS  literature  it  has  been  stated  that  the  occlusion  and  hydration  of 

hypertrophic and keloid  scars  is  therapeutic and  that  these effects can be obtained with 

both  silicone  and  non‐silicone  dressings  (De  Oliveira  et  al.,  2001;  Ricketts  et  al.,  1996; 

Sawada and Sone, 1992; Wittenberg et al., 1999). For example, it has been illustrated that 

the  exposure  of  keratinocytes  to  hydrated  conditions  causes  significant  inhibition  of 

fibroblast  proliferation  and  their  production  of  collagen  and  glycosaminoglycans,  while 

exposure  of  keratinocytes  to  silicone  oil  or  liquid  paraffin  does  not  influence  fibroblast 

behaviour (Chang et al., 1995). Furthermore, Sawada and Sone (1992) successfully treated 

hypertrophic scars and keloids with an occlusive dressing technique using cream which did 

not contain silicone oil. Conversely, Suetake et al. (2000) demonstrated that the magnitude 

of SGS hydration was  less  than  that of plastic  film occlusion, with SGS producing a more 

favourable skin condition similar to the natural stratum corneum state and also providing 

mechanical  protection  to  the  area.  A  subsequent  study  using  a  rabbit  model  of 

hypertrophic scarring illustrated that a polyurethane dressing, of similar occlusive nature to 

SGS, or Tegaderm (3M Healthcare), a dressing approximately five times  less occlusive, did 

not have the same beneficial effects as SGS on abnormal scarring (Saulis et al., 2002). It was 

concluded  from  this study  that while occlusion and hydration were essential  to minimise 

scarring, they were not sufficient to explain SGS action.  

 

Quinn  et  al.  (1985)  reported  that  the presence of  silicone oil,  continually  released  from 

SGS, was the important factor, rather than hydration, in its mechanism of action. However, 

Page 33: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 11 

 

Sawada and  Sone  (1990)  found  that a  cream  containing 70%  silicone oil was  statistically 

successful  in treating 82% of hypertrophic and keloid scars only when used  in conjunction 

with an occlusive dressing. This suggested that the dressing itself was still important in the 

healing  process.  The  same  study  also  showed  that  earlier  treatments  produced  better 

outcomes, suggesting that silicone materials have a much  less dramatic effect on mature 

scars (Niessen et al., 1998; Sawada and Sone, 1990).  

 

Another  interesting potential mechanism by which SGS could  reduce scars  is  through  the 

regulation  of  fibrogenic  cytokines  (Reish  and  Eriksson,  2008b).  Kuhn  et  al.  (2001) 

demonstrated  that  hypertrophic  scar  fibroblasts  in  a  populated  collagen  lattice  showed 

decreased  contraction  and  TGF‐β2  expression  when  exposed  to  silicone  sheeting  than 

when compared to an unexposed control. Furthermore, an earlier study examining dermal 

cytokine messenger  RNA  (mRNA)  levels  in  silicone  gel‐treated  hypertrophic  scars  found 

that  treatment  of  hypertrophic  scars  with  silicone  or  occlusive  dressings  resulted  in 

increased mean levels of bFGF, IL8 and granulocyte‐macrophage colony‐stimulating factor, 

as well  as  decreased  levels  of  TGF‐β  and  fibronectin mRNA  (Ricketts  et  al.,  1996).  The 

isoform of TGF‐β analysed  in this study was not specifically  identified by the authors. This 

result  was  confirmed  by  Hanasono  et  al.  (2004),  who  also  illustrated  that  bFGF  was 

increased  in  fibroblast  cell  cultures  of  normal,  keloid  and  fetal  skin  after  exposure  to 

silicone gel. While Hanasono et al. (2004) did not compare their results with a non‐silicone 

treatment,  the  findings  by  Ricketts  et  al.  (1996)  agree with  other  literature  stating  that 

silicone  is  not  a  necessary  component  of  occlusive  scar  dressings.  Nevertheless,  as 

Hanasono  et  al.  (2004)  hypothesized,  it  is  quite  possible  that  substances  favourably 

influencing wound  healing  do  so  by  correcting  a  deficiency,  or  over‐abundance,  of  the 

growth factors that orchestrate tissue repair processes.  

 

Additional studies have also proposed that static electricity generated by friction‐activated 

silicone  sheeting  could  be  the  reason  for  the  effects  of  SGS  (Amicucci  et  al.,  2005; 

Hirshowitz  et  al.,  1998).  Berman  and  Flores  (1999)  investigated  this  hypothesis  but  no 

difference between hypertrophic  and  keloid  scar  improvement was demonstrated when 

treated  with  a  silicone  gel‐filled  cushion  of  high  static  electricity  and  traditional  SGS. 

Nevertheless, analysis of reports reveals in all cases poor methodology with no placebo or 

control treatments, scar categorization or randomization evident. Consequently, there is no 

Page 34: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

current evidence supporting  the concept that static electricity causes higher  rates of scar 

involution. 

 

Increased perfusion and  temperature are other mechanisms being  investigated as having 

important  roles  in  the  treatment  of  abnormal  scars with  silicone  gel.   Musgrave  et  al. 

(2002)  reported  that hypertrophic  scars displayed higher  levels of perfusion  than normal 

skin  but  no  change was  found  after  treatment with  silicone  gel. Despite  this,  the  same 

analysis demonstrated that the application of SGS significantly increases the mean baseline 

surface temperature of hypertrophic scars from 29 ± 0.8 oC to 30.7 ± 0.6  oC (Musgrave et 

al., 2002). While  the magnitude of  this  result seems minimal,  temperature differences of 

less than 1 oC have been reported to cause significant effects on collagenase kinetics, which 

in  turn may alter scarring  (Krieger et al., 1993; Lyle, 2001).  It should be noted, however, 

that Musgrave et al.  (2002) did not  include any control scar  treatments  in  the study and 

whether an occlusive dressing containing no silicone could have  the same effect was not 

investigated. No further research has been reported examining the role of temperature on 

abnormal scarring and  thus,  it has not yet been proven  to be  the primary mechanism of 

SGS action. 

 

1.5.2 The Role of Silicone in Scar Prevention 

As  stated previously, preventing hypertrophic and  keloid  scar  formation  is  a much more 

effective  strategy  than  their  later  treatment  (Alster  and  Tanzi,  2003;  Katz,  1995). 

Consequently,  a  large  body  of  research  has  been  directed  at  investigating  the  use  of 

silicone  in scar prophylaxis. For example,  it was claimed by Fulton (1995) that young scars 

of less than three months duration did not develop abnormally when treated with silicone 

as soon as reepithelialisation had occurred. Another report demonstrated that SGS applied 

to wounds 2 weeks post‐operatively for 12 hours per day resulted in significantly decreased 

scar volume after 2 months, compared to controls treated without silicone; this result was 

confirmed with a 6 month follow‐up study (Cruz‐Korchin, 1996). However, this investigation 

included only 20 patients, and a  larger but similar controlled study  involving 96 patients, 

who were divided  into groups of  low and high  risk, was performed by Gold et al.  (2001). 

This  latter  study  showed  no  difference  between  treatments  in  the  low  risk  groups,  but 

larger differences between  treatments  in  the high  risk groups and even more  significant 

improvements in those undergoing scar revision surgeries. In contrast, an additional study 

of 129 breast  reduction patients demonstrated no  improvement  in  scar prevention with 

Page 35: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 13 

 

the use of SGS at a 1 year assessment (Niessen et al., 1998). Reasons for these results were 

suggested  by  the  authors  as  due  to  early  initiation  of  SGS  treatment,  with  therapy 

commencing immediately after surgery before the wound had reepithelialised. 

 

1.5.3 Adverse Effects of Silicone Treatment 

Although the safety, effectiveness and ease of SGS use are generally accepted  (Shigeki et 

al., 1999), it is a treatment with many limitations. For example, SGS require consistent and 

hygienic application  for at  least twelve hours a day  for up to twelve consecutive months, 

beginning as soon as reepithelialisation has occurred (Ahn et al., 1991).  In addition, some 

parts of  the body, such as  joints or  large areas suffering  from abnormal scarring, are not 

suitable  for SGS use. Furthermore,  taping  is often required to secure SGS  to the skin and 

patients may be reluctant to use the treatment on unclothed areas during the day (Mustoe, 

2008).  

 

Many reports have demonstrated adverse effects of utilising SGS on scars. It was reported 

by Nikkonen et al.  (2001)  that high  frequency problems were associated with SGS when 

used to remediate scars in Saudi Arabia, an area of characteristically high temperatures and 

aridity. Patients  in  this study suffered persistent pruritus, skin breakdown, skin  rash, skin 

maceration and even foul smells arising from the gel. Nevertheless, all patients except one 

were able to continue treatment with temporary cessation or improved hygiene measures. 

Other reports have also documented rash, skin breakdown, problems with application and 

poor gel durability, especially when SGS is used in paediatric care (Gibbons et al., 1994). It 

is estimated  that  the  complication  rate  is higher  than  reported  in  the  literature and  the 

reasons behind  these  adverse  effects  are numerous,  including poor patient hygiene  and 

often inappropriate application, especially when involving children (Rayatt et al., 2006).  

 

1.5.4 Type of Silicone Gel Treatment 

Numerous silicone treatments are currently available for scar remediation but there is little 

information in the literature comparing their efficacy. One study of interest was performed 

by Carney et al. (1994), who compared the efficacy and safety of two commonly used SGS 

treatments, Cica‐Care (Smith and Nephew) and Silastic Gel Sheeting (Dow Corning). It was 

demonstrated  that  there  was  no  difference  in  scar  improvement  between  the  two 

treatments, although  it was suggested that patients tolerated Cica‐Care better because of 

its  improved  comfort  and  adhesiveness.  Furthermore,  Lee  et  al.  (1996)  compared  Sil‐K 

Page 36: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

(Degania  Silicone  Ltd)  and  Epiderm  (Biodermis)  in  the  treatment  of  abnormal  scars  and 

reported that both performed equally, with each having different optimal factors, including 

cost,  durability,  conformity  and  hygiene,  that  should  be  taken  into  consideration when 

choosing treatment.   

 

Until the adverse effects of SGS began to be publicised, the physical structure of SGS had 

rarely been  investigated and preliminary studies  into the use of cushions, spreadable and 

self‐drying  products,  as  well  as  controlled‐release,  silicone‐based  emulsions  have  only 

recently  begun  to  be published  (Bott  et  al.,  2007; Hirshowitz  et  al.,  1998;  Signorini  and 

Clementoni, 2006). A  recent evaluation of a new  spreadable,  self‐drying  silicone gel was 

performed by Signorini and Clementoni (2006) and it was reported that fresh surgical scars 

treated  with  a  spreadable,  self‐drying  silicone  gel  fared  better  than  those  which  were 

untreated  in a study of 160 patients.  It was noted that patient compliance was  improved 

because, unlike traditional SGS, the silicone gel was transparent and did not need fixation. 

These are two advantageous factors when scars are  located on exposed areas such as the 

face. Chan et al. (2005) performed a similar study comparing the use of Dermatix (Valeant 

Pharmaceuticals  International),  a  commercially  available  spreadable  silicone  gel,  to  a 

placebo gel. The results from this analysis revealed that the scars developed during silicone 

gel  treatment, 3 months after  surgery, were  significantly  flatter, more pliable, as well as 

less itchy and painful than the control scars. Furthermore, another study evaluated the use 

of Dermatix and SGS in scar remediation, with comparable results being reported between 

the  two  treatments  and  both  showing  higher  scar  resolution  compared  to  non‐treated 

control scars. Once again, patients rated Dermatix as easier to use than the conventional 

SGS (Chernoff et al., 2007).   

 

1.5.5 Comparing other Therapies to Silicone 

As  noted  previously, many  therapies  other  than  SGS  are  available  for  hypertrophic  and 

keloid  scar  remediation.  Indeed, many  reports  exist  comparing  the  use  of  SGS  to  these 

other  treatments.  One  such  study  by  Tan  et  al.  (1999)  compared  SGS  to  intralesional 

injections of  triamcinolone acetonide  in  the  treatment of  keloid  scars  and  reported  that 

SGS did not perform as well. The study, however, only  investigated keloid scars that were 

more than 2 years old. Early therapy of scars, especially with SGS, produces more optimal 

results  compared  to  scars which  are  treated with  SGS  later.  Furthermore,  Sproat  et  al. 

(1992) compared  the  same  treatments  in hypertrophic  scars and demonstrated  that SGS 

Page 37: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 15 

 

provided earlier  symptomatic  relief and more aesthetic  scars, compared  to  scars  treated 

with  intralesional  injections  only.  Comparisons  have  also  been made  between  SGS  and 

laser therapy  for the treatment of abnormal scars (Paquet et al., 2001; Wittenberg et al., 

1999). Although Wittenburg et al. (1999) investigated hypertrophic scars and Paquet et al. 

(2001)  evaluated  keloid  scars,  neither  study  found  any  significant  improvement  after 

treatment with either SGS or 585 nm flashlamp‐pumped pulsed dye lasers compared to the 

control scars.  

 

The  idea of combining therapies has also been postulated by clinicians. One such analysis 

demonstrated  that  the  addition  of  vitamin  E  to  silicone  gel  treatments  improved  scar 

remediation  to a greater extent  than SGS  itself  in a simple‐blinded study  (Palmieri et al., 

1995).  Moreover,  Li‐Tsang  et  al.  (2006)  found  that  SGS  along  with  deep  massage 

significantly  reduced  the  thickness  and  improved  the  pliability  of  hypertrophic  scars 

compared with massage alone for six months.  

 

1.5.6 Limitations of Research  

While a great deal of evidence concerning the efficacy of SGS is available, no specific factor 

has  been  proven  to  be  the  major  contributor  or  inducer  of  the  optimal  conditions 

attributable  to  SGS.  Although  the mode  of  SGS  action  is most  likely  a  combination  of 

chemical and mechanical effects, this is a significant knowledge gap in this field of research. 

Moreover,  differences  among  the  studies  are  apparent  and  the  various  brands  of  SGS, 

subjective  analysis methods  used,  along with  the  lack  of  acceptable  controls  are  some 

factors  requiring  further  consideration.  One  report  admitted  that  regardless  of  the 

inclusion of controlled groups, it is still difficult to evaluate scar treatment results because 

non‐objective methods  for measurements,  such  as  scar  colour  and  induration,  both  of 

which  are  subjective  classifications,  are  used  (De  Oliveira  et  al.,  2001).  Furthermore,  a 

recent  review  performed  by  O’Brien  and  Pandit  (2006)  found  that  only  two  studies, 

performed  by  Sproat  et  al.  (1992)  and  Wittenburg  et  al.  (1999),  out  of  all  published 

controlled silicone gel trials, met four or more of the seven quality criteria of methodology. 

An  example  of  the  quality  criteria  included:  was  the  assessor  of  the  primary  outcome 

masked to treatment allocation; were data from all randomised participants included in the 

analysis; and was there a valid assessment of comparability of the study groups at baseline 

(O'Brien and Pandit, 2006)? It was also made clear by O’Brien and Pandit (2006) that only 

three studies (De Oliveira et al., 2001; Gold, 1994; Niessen et al., 1998) distinctly classified 

Page 38: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

patients suffering from hypertrophic or keloid scars and hence subsequently discussed the 

results  separately.  The  literature  examined  in  this  review  has  not  revealed  any  other 

controlled trials that have met these criteria.   

 

Another aspect is that the follow‐up of silicone gel trials should ideally continue for at least 

one year after  treatment because  the processes of wound healing and  scarring are  long‐

term events (Shaffer et al., 2002). The current literature shows that six studies (Ahn et al., 

1989; Cruz‐Korchin, 1996; Gold et al., 2001; Palmieri et al., 1995; Sproat et al., 1992; Tan et 

al.,  1999)  have  followed  patients  for  less  than  six months  post  treatment  and only  two 

(Carney  et  al.,  1994; Niessen  et  al.,  1998)  have  reported  follow‐up  examinations  twelve 

months post  treatment. Furthermore, due  to  the  large variety of commercial silicone gel 

treatments available  for scar remediation, there  is a  lack of uniformity between the trials 

performed. Taking these facts into account, it is clearly evident that there remains a great 

need for additional clinical studies using well‐designed, double‐blinded, placebo‐controlled, 

multicenter  randomized  trials  with  objective  and  standardized  evaluation  measures  to 

assess SGS efficacy (Reish and Eriksson, 2008a). 

 

With  respect  to  studies  investigating  the  role  of  apoptosis  in  wound  healing  only, 

discrepant  findings  have  been  discussed  as  resulting  from  differences  in  experimental 

procedures, such as whether cultured cells or tissue were examined, the maturity of scar 

tissue  and methods  used  to  induce  apoptosis,  some  of  which  bear  no  relation  to  the 

physiological processes within the maturing wound  (Linge et al., 2005). These differences 

are also evident in other areas, such as SGS treatment of abnormal scars. 

 

Progress to minimise the limitations of clinical scar assessments are being made, however. 

For  example,  elements  of  different  scales  were  combined  by  Widgerow  et  al.  (2009). 

Specifically,  they  investigated  a  multimodal  approach  to  scar  management  aimed  at 

controlling  scar  tension,  hydration,  collagen  maturation  and  inflammation,  and 

incorporated these aspects  into the assessment parameters of their study. Thus elements 

of  the  Vancouver  Scar  Scale  (Baryza  and  Baryza,  1995)  and  the  Scale  of  Morphologic 

Features  (Signorini  and  Clementoni,  2006)  were  combined  with  additional  patient  and                  

observer assessments  to give a more complete measurement of outcomes  (Widgerow et 

al., 2009).  

 

Page 39: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 17 

 

1.6 RETURNING TO THE BEGINNING 

The  volume  of  inconsistent  information  indicates  that  current  studies  should  perhaps 

return  to  hypotheses made  early  in  SGS  history,  specifically Quinn’s  claim  in  1987  that 

SGS’s action must  involve a  chemical  factor.  It was determined at  that  time  that  further 

research was essential to investigate whether silicone species could penetrate the stratum 

corneum,  interact  with  the  dermal  fibroblasts  present  and  critically  alter  the  chemical 

composition of scars (Quinn, 1987). A study performed soon after this hypothesis by Ahn et 

al.  (1989)  found no histological evidence of silicone  in biopsies of SGS‐treated scars. This 

result was  strengthened by  Fulton who published  in 1995  that while  SGS  (Epi‐derm) did 

improve 85% of hypertrophic and keloid  scar cases, no  silicone was  found at  the wound 

site. However, an  investigation by Shigeki et al.  (1999) measured  the amount of  silicone 

distributed  from  SGS  (Cica‐Care)  into  a  phosphate  buffer  solution  and  found  that 

concentration  increased  with  time,  depending  on  the  pH  of  the  medium.  In  addition, 

silicone was detected in all skin samples after application of SGS (Cica‐Care) to excised rat 

skin,  human  axilla  skin  and  hypertrophic  scars  in  vitro.  It was  concluded  from  this  that 

pharmacological effects could possibly result  from silicone migration, affecting  fibroblasts 

and  subsequent  scar  tissue  formation  (Shigeki  et al., 1999).  In  spite of  this,  it has never 

actually  been  proven  that  silicones  have  a  functional  influence  on  scar  development, 

further illustrating the lack of knowledge in the area. 

 

1.6.1 Research undertaken at QUT 

Research  undertaken  by  our  laboratory  has  re‐investigated  the  chemical  role  of  SGS  on 

scarring.  It has been demonstrated that small amounts of  linear, oligomeric silicones with 

low molecular weight have the ability to migrate from commercially available SGS into the 

human stratum corneum (Sanchez et al., 2005).  It was hypothesized from these data that 

the  slow  rate  of  silicone  diffusion  from  SGS  into  the  skin may  explain  why  such  long 

treatment  times  are  required  to  achieve  the desired  results on  scars using  the products 

currently  available  commercially.  In  view  of  this,  our  research  team  screened  a  large 

number of  commercially  available oligomeric  silicones  (sourced  from Genesee Polymers) 

for  their  ability  to  attenuate  collagen  synthesis  in  human  skin  fibroblasts  derived  from 

hypertrophic  scars  (HSF).  The most  effective  species were  found  to  be  amphiphilic,  low 

molecular weight  polyether  surfactants  of  approximately  3000 Daltons,  encompassing  a 

rake PDMS structure with side branches of polyethylene glycol (PEG). The product codes of 

these are Genesee Polymers (GP)218 and GP226 (Figure 1.3A), as well as a silicone carbinol, 

Page 40: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

GP507. Interestingly, these species were not found in the original SGS analysed (Sanchez et 

al., 2003).  

 

                  A 

Si

Me

Me

Me

O Si

Me

Me

O Si

MeO Si

Me

Me

MeCH2

CH2

CH2

(OCH2CH2)

x

y

ORn  

                  B 

 

 

           Figure 1.3 ‐ Properties of GP226.  (A) Chemical structure of GP226 showing the rake structure comprised of a silicone backbone and PEG  sidechains.  (B)  Molecular  weight  distribution  of  crude  GP226  obtained  by  PSEC  and  the chromatographs  of  four  of  the  separate  fractions.  Note  that  fractions  III  and  IV  were  further separated into two fractions (Radi, 2010).  

 

Analyses  of  collagen  synthesis,  as  measured  by  [3H]‐proline  incorporation,  and  total 

collagen,  as  determined  by  Sirius  Red  staining,  revealed  that  only  GP226  decreased 

collagen  synthesis  in  HSF,  while  both  GP226  and  GP218  reduced  the  total  amount  of 

collagen present (McGrath, 2006).  It  is hypothesised that the combination of hydrophobic 

and hydrophilic domains, being  the PDMS  and PEG  structures  incorporated  respectively, 

contributes to the action of these silicones. Furthermore, the low molecular weight of the 

species is also thought to be another factor adding to their novel abilities (Hirshowitz et al., 

1993). Taken together, these data has led us to propose that once penetrating the stratum 

corneum,  these  silicones  are  able  to  interact with dermal  fibroblast  cells  and  affect  key 

Page 41: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 19 

 

cellular mechanisms  pertinent  to  scarring,  such  as  collagen  formation.  However,  there 

were  several  limitations  to  these early  studies,  including  the  fact  that only hypertrophic 

skin‐derived cells were  investigated and commercial GP226 samples used,  in which purity 

and  identity was never explored. This  is of  importance as the use of poorly characterised 

samples with unknown structure‐property characteristics can be  the source of erroneous 

and often conflicting results due to sample  inconsistencies (Moss et al., 2002). Moreover, 

as  is  illustrated  in  Figure  1.3B,  analysis  via  preparative  size  exclusion  chromatography 

(PSEC) illustrated that GP226 was a crude polymer mixture containing different fractions of 

varying molecular weights (Radi, 2010). Of note, each fraction represented 40% (I), 35% (II), 

9% (III), 5% (IV) and 8% (V) of the total crude GP226 respectively (Gardoni, M. pers. comm.).  

 

In view of this, the potential of each fraction for scar remediation was assessed in a range 

of assays  (2007). This  included characterising  the effect of  the  fractions on both HSF and 

keloid scar‐derived human skin fibroblasts (KF), as well as non‐scar fibroblasts derived from 

the same patients (nHSF and nKF respectively). Investigating cells derived from keloid scars 

was particularly significant as GP226 had only ever previously been tested on cells derived 

from hypertrophic scars.  It was revealed that fraction  III, further resolved  into fractions III 

and  IV,  was  the most  active  fraction  of  GP226,  demonstrating  dose‐dependent  effects 

similar  to  the crude silicone mixture  in cell viability, collagen synthesis and  total collagen 

assays.  In particular, GP226 was found to reduce the total number of viable cells present, 

thereby reducing collagen production and total collagen. It was also demonstrated that the 

effect of GP226 was similar  in both HSF and KF. Moreover, additional studies undertaken 

by  our  laboratory  have  demonstrated  fractions  III  and  IV  of  GP226  to  be  capable  of 

penetrating the stratum corneum (Gardoni, 2007). 

 

1.6.2 Silicone and Apoptosis? 

Our data  indicating significant decreases  in cell viability  following exposure  to GP226 and 

its  fractions  make  sense  in  many  respects  as  tissue  homeostasis,  which  is maintained 

through a balance between cell proliferation and death,  is a key element  in hypertrophic 

and  keloid  scar  formation  (Bellemare  et  al.,  2005;  Moulin  et  al.,  2004).  Interestingly, 

decreased  apoptosis  of  fibroblasts  has  been  reported  as  a  major  factor  in  the 

etiopathogenesis of hypertrophic and keloid scars (Appleton et al., 1996; Saray and Gulec, 

2005; Sayah et al., 1999). Thus, our preliminary results demonstrate that the development 

of a therapy containing active fractions (eg. III and IV) of GP226 has the potential to remove 

Page 42: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

the  tissue bulk associated with abnormal  scars and eliminate excess  collagen present by 

removing the cells that produce it. 

 

Interestingly,  the  role  of  silicone  on  dermal  fibroblast  apoptosis  has  not  yet  been 

investigated.  It  is  evident  that  the  cell  viability  assays  performed  in  our  laboratory  only 

determined  the  viability  of  dermal  fibroblasts  but  not  the  mode  of  death.  Therefore, 

further  investigations  into  this  issue  are  pertinent  to  determine  whether  GP226,  and 

particularly  the  active  fractions  (eg.  III  and  IV),  cause  death  of  dermal  fibroblasts  by 

apoptosis or necrosis.  It has also become evident through the  literature that a treatment 

time  of  48  hours with  silicone,  as was  performed  in  our  studies, may  not  be  enough. 

Hanasono et al. (2004) found many differences in cell growth curves between days 2 and 5 

with application of silicone  to dermal  fibroblasts. From  this,  it has become clear  that our 

cells treated with silicone need to be analysed at different time points of up to one or two 

weeks.  This  is  another  knowledge  gap  that  is  required  to  be  investigated  through  this 

doctoral degree. 

 

1.6.3 In Vitro to In Vivo 

Clearly  the complete data were generated  in vitro, which may not  truly  represent  the  in 

vivo  situation.  Firstly,  only  fibroblasts were  investigated  in  the  preliminary  analyses.  As 

there  is a close paracrine relationship between the dermis and epidermis within the skin, 

responses of keratinocytes as well as fibroblasts to GP226 need to be assessed (Werner et 

al., 2007).  Secondly, differences  in  fibroblast behaviour  following exposure  to  silicone  in 

vitro have been reported by McCauley et al. (1990) and Sank et al. (1993), but Chang et al. 

(1995)  claimed  that  the  same  outcomes would  not  likely  be  observed  in  vivo.  This was 

based on the presumption that silicone oil has difficulty penetrating the stratum corneum 

and gaining access to dermal fibroblasts when applied topically to skin surfaces because  it 

consists  of  hydrophobic  inert  macromolecules  (Chang  et  al.,  1995)  which  are  based 

primarily on  lower molecular weight PDMS oligomers (Van den Kerckhove et al., 2001).  In 

spite of  this, our  laboratory  (Sanchez et al., 2005)  and others  (Shigeki et al., 1999) have 

successfully demonstrated that the combination of hydrophilic and hydrophobic qualities, 

as well as  the  low molecular weight of various  silicone  species,  like GP226, can  facilitate 

this permeation.  Interestingly, of all  fractions  investigated within  the preliminary studies, 

the most active,  III and  IV, were those of  low molecular weight. While  fractions  III and  IV 

were not the smallest fractions tested, the results obtained indicate that they are the most 

Page 43: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   1 . 0  | 21 

 

effective and thereby have the greatest potential to modulate dermal fibroblasts activity in 

vivo. Further investigation of active fractions (e.g. III and IV) is therefore clearly warranted.  

 

1.7 PROJECT HYPOTHESIS AND AIMS 

Although SGS are widely used,  there clearly exists a need  for  further  research within  the 

area. Thus, the research conducted for this doctoral degree was designed to investigate the 

knowledge gaps present in current literature and extend on our preliminary findings. 

 

1.7.1 Hypothesis 

The  underlying  hypothesis  of  this  project  was  that  low  molecular  weight  amphiphilic 

silicones, such as GP226, fraction III and IV, decrease cell viability by regulating apoptosis in 

dermal fibroblasts within hypertrophic and keloid scars.  

 

1.7.2 Aims 

A summary of the following aims and experimental approach are described in Table 1.1. 

 

  Aim 1  Aim 2  Aim 3 

Cell Types  HSF, nHSF, KF, nKF, HK  HSF, nHSF, HK  HSF, nHSF 

Treatments  GP226, Fractions I, II, III, IV and 

IV 

GP226 Synthetic silicones PDMS7‐g‐PEG7 

GP226 Fraction IV 

PDMS7‐g‐PEG7 Experiments  

Cell Viability Cell Proliferation Cell Morphology 

Induction of Apoptosis 

Cell Proliferation Cell Morphology 

Induction of Apoptosis 

Analysis of Gene Expression 

Replicates Each assay was repeated with cells from three different patients. 

Each variable was tested in triplicate 

Each assay was repeated with cells from three different patients. 

Each variable was tested in triplicate 

Each assay was repeated with cells from three different patients. 

Each variable was tested in triplicate 

Table 1.1 – Summary of aims and experimental approach 

 

Aim 1 ‐ To determine the function of commercially available low molecular weight silicones 

by  investigating  their  effect  on  viability,  proliferation,  apoptosis  and  necrosis  in 

hypertrophic  scar‐derived  human  skin  fibroblasts  (HSF),  keloid  scar‐derived  human  skin 

fibroblasts  (KF),  and  matched  normal  human  skin  fibroblasts  derived  from  the  same 

Page 44: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

L i t e r a t u r e   R e v i e w  

 

patients (nHSF and nKF, respectively) as well as keratinocytes isolated from normal human 

skin (HK). 

 

Aim 2 ‐ To  investigate and determine the function of fully synthetic  low molecular weight 

silicones by  investigating their effect on proliferation and apoptosis of  fibroblasts derived 

from hypertrophic scars (HSF) and the unaffected skin of the same patients (nHSF), as well 

as keratinocytes isolated from normal skin (HK).  

 

Aim 3  ‐ To  investigate the mechanisms underpinning the functional responses  induced by 

the low molecular weight silicones.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 45: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 23 

 

CHAPTER 2.0 

MATERIALS AND METHODS  

2.1 INTRODUCTION 

All materials and methods referred to in the following results chapters are outlined in this 

methods chapter. Any variations to these protocols are described  in the  individual results 

chapters. All general reagents were supplied  from various commercial suppliers and were 

of the highest laboratory grade. Suppliers of method specific reagents are detailed in each 

section.  

 

The majority of this experimental work, including all GP226 separation, cell culture, silicone 

treatment, cell viability, cell proliferation, silicone and protein interaction, cell morphology, 

apoptosis  detection,  RNA  extraction,  cDNA  synthesis,  primer  design  and  qRT‐PCR 

experiments,  was  performed  by  the  author.  PDMS‐PEG  oligomers  were  synthesized  by 

Daniel Keddie, Marilla Dickfos, Brooke Farrugia and Tim Dargaville, Queensland University 

of  Technology  (QUT,  Kelvin Grove, QLD, Aus),  the HumanHT‐12  v3  Expression  BeadChip 

microarray  was  performed  by  Katie  Nones  at  the  Special  Research  Facility  Microarray 

Service within  the  Institute of Molecular Biosciences, University of Queensland  (St  Lucia, 

QLD, Australia) and microarray data analysed by Daniel Haustead, University of Western 

Australia (Perth, WA, Aus), and Jacqui McGovern, QUT. 

 

2.2 SILICONE PREPARATION 

2.2.1 Fractionation of GP226 

An analogue of the silicone oligomers present in Silicone Gel Sheets (SGS), the commercial 

amphiphilic  polydimethylsiloxane,  GP226  (Genesee  Polymers,  Burton, MI,  USA),  and  its 

purified fractions, forms the basis of research in this doctoral degree. Preparative scale Size 

Exclusion  Chromatography  (PSEC)  and High  Performance  Liquid  Chromatography  (HPLC), 

using  an  Agilent  1200  preparative  High  Performance  Liquid  Chromatograph  (Agilent 

Technologies,  Santa  Clara,  CA,  USA)  with  a  SecurityGuard  Preparative  Cartridge  C18 

15x21.2 mm  (Phenomenex, Lane Cove, NSW, Aus), a SecurityGuard Preparative Cartridge 

Holder Kit 21.2 mm (Phenomenex) and a Luna 5u C18(2) 100A AXIA packed 100 x 21.2 mm 

column  (Phenomenex), were used to separate and obtain pure samples of  fractions  from 

GP226. Tetrahydrofuran (THF; Sigma‐Aldrich, Castle Hill, NSW, Aus) was used at 5 mL/min 

Page 46: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

as a solvent  for GP226  (700μL  injection volume) during the separation process. Following 

separation, excess THF was evaporated via rotary evaporation (Rotavapor, Buchi, Flawil, St. 

Gall,  Switzerland).  The  crude, unpurified GP226  and negative  controls were prepared  at 

concentrations  ranging  from 0.01%  to 1%  in cell culture medium and used as  treatments 

applied to cultured cells. In experiments with fractionated GP226, amounts of each fraction 

were  used  at  concentrations  equivalent  to  what  were  originally  present  in  the 

unfractionated GP226 mixture. Hence, proportionate dilutions  as  a w/w % of  the  active 

fractions, compared to the unpurified GP226, were prepared as treatments  (Table 2.1). A 

silicone polymer previously  shown  as a major non‐migratory  component of  SGS and  the 

backbone  of GP226,  PDMS  (Sigma‐Aldrich),  together with  PEG  (2  kDa;  Sigma‐Aldrich),  a 

representative of the sidearms of GP226, were used as negative controls in all experiments 

(Sanchez et al., 2005). 

 

Treatment 

 

Density  Proportion  0.01% 

(ng/mL) 

0.03% 

(ng/mL) 

0.1% 

(ng/mL) 

0.3% 

(ng/mL) 

1% 

(ng/mL) 

PEG  1.20  100%  105  360  1200  3600  12000 

PDMS  0.98  100%  100  295  1000  2950  10000 

GP226  1.04  100%  105  310  1050  3100  10500 

Fraction I  *  25%  26.3 77.5 263 775 2630 

Fraction II  *  38%  39.8 117 398 1170 3980 

Fraction III  *  10%  10.5  31  105  310  1050 

Fraction IV  *  3%  3.5  10  35  100  350 

Fraction V  *  24%  25  75  250  750  2500 

Table 2.1 – Summary of the commercially available polymers used as treatments.  Properties  (where  known)  of  PEG,  PDMS,  GP226  and  fractions  are  presented  with  their  tested concentrations.  The  densities  of  GP226  fractions  (*)  are  not  available  but  considered  to  be equivalent to GP226. 

 

2.2.2 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers 

PDMS‐PEG oligomers were synthesized by Daniel Keddie, Marilla Dickfos, Brooke Farrugia 

and  Tim  Dargaville  (QUT)  as  previously  described  (Dickfos,  2008;  Keddie  et  al.,  2011). 

Methods explaining  the  synthesis of  the  silicones used are described  in Appendix 1. The 

synthetic  silicones,  including PDMS15.2‐PEG8, PDMS10.5‐PEG8, PDMS15.2‐PEG4, and PDMS7‐g‐

PEG7 were prepared at concentrations ranging from 0.03% to 0.3%  in cell culture medium 

for experiments screening all synthetic silicones. For all other experiments, PDMS7‐g‐PEG7 

Page 47: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 25 

 

was prepared at concentrations ranging  from 0.0001% to 1.0%  in cell culture medium.  In 

the  experiments  examining  cell  proliferation,  the  PDMS  backbone  used  for  synthesis, 

PDMS7, was included as a negative control.  

 

2.3 CELL CULTURE 

2.3.1 Fibroblast Cell Culture 

Hypertrophic  scar‐derived  human  skin  fibroblasts  (HSF),  keloid  scar‐derived  human  skin 

fibroblasts  (KF),  and  matched  normal  human  skin  fibroblasts  derived  from  the  same 

patients  (nHSF  and  nKF,  respectively)  were  purchased  from  Cell  Research  Corporation 

(Singapore).  The  fibroblasts  were  isolated  using  the  explant  method  by  Cell  Research 

Corporation,  and  cultures  contained  fibroblasts  that  originated  from  both  dorsal  and 

ventral orientations of dermis. To perform biologically relevant replicates, cells from three 

patients  suffering  from  hypertrophic  scars  were  purchased  (Table  2.2).  The  cells  were 

routinely  cultured  independently  in  Dulbecco’s  Modified  Eagle’s  Medium  (DMEM; 

Invitrogen, Mulgrave,  VIC,  Aus)  containing  10%  fetal  calf  serum  (FCS;  Hyclone,  Thermo 

Fisher Scientific, Scoresby, VIC, Aus), penicillin  (100 U/mL;  Invitrogen),  streptomycin  (100 

U/mL;  Invitrogen)  and  L‐Glutamine  (2  x 10‐3 M;  Invitrogen).  Furthermore,  the  cells were 

maintained  in  T175cm2  cell  culture  flasks  (Nunc,  Thermo  Fisher  Scientific)  within  a 

humidified atmosphere of 5% CO2 at 37°C with media being replaced every 2‐3 days and 

used at  low passage number (p5‐10). All cultures were passaged every 5‐7 days by 0.05% 

Trypsin‐ethylenediaminetetraacetic acid (Trypsin‐EDTA; Invitrogen) detachment. 

 

Patient 

 

Age  Sex  Scar 

Location  

Ethnicity 

105  28  Male Hand Chinese 

106  51  Male  Forearm  Chinese 

107  28  Female  Forearm  Chinese 

Table 2.2 – Patient data obtained from hypertrophic scar donors.  

Patient information for the donors of hypertrophic scar‐derived human skin fibroblasts and matched 

normal human skin fibroblasts as provided by Cell Research Corporation.  

 

2.3.2 Keratinocyte Cell Culture   

Keratinocytes (HK) were isolated as previously described (Dawson et al., 2006) from human 

skin  of  consenting  patients  undergoing  elective  abdominoplasty  or  mammoplasty 

Page 48: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

procedures. Ethics approval to use this tissue was obtained from the Queensland University 

of Technology Human Research Ethics Committee (ID:3673H). An irradiated murine feeder 

layer (i3T3; ATCC, Manassas, VA, USA) was used to expand the freshly isolated HK. In brief, 

the  3T3  cells  were  maintained  in  DMEM  supplemented  with  FCS  (5%),  penicillin  (100 

U/mL), streptomycin (100 U/mL) and L‐Glutamine (2 x 10‐3 M) before being  irradiated (50 

Gy) at the Australian Red Cross Blood Service (Brisbane, QLD, Australia). The i3T3 cells were 

then seeded  into cell culture  flasks  (1 x 106 cells/T75cm2 cell culture  flask; Nunc) 2 hours 

before the HK were added (2 x 106 cells/T75cm2 cell culture flask).  

 

The HK were routinely cultured in Full Green’s Medium, consisting of DMEM and Ham's F12 

medium (Invitrogen) in a 3:1 ratio, supplemented with FCS (10%), insulin (1 µg/mL; Sigma‐

Aldrich), human recombinant epidermal growth factor (10 ng/mL; Invitrogen), cholera toxin 

(0.1  µg/mL;  Sigma‐Aldrich),  nonessential  amino  acids  solutions  (0.01%  (v/v);  Invitrogen), 

hydrocortisone (0.4 µg/mL; Sigma‐Aldrich), adenine (180 µM; Sigma‐Aldrich), transferrin (5 

µg/mL;  Sigma‐Aldrich),  triiodothyronine  (0.2  µM;  Sigma‐Aldrich),  L‐glutamine  (2  mM), 

penicillin (100 U/mL) and streptomycin  (100 U/mL), and were maintained  in the standard 

conditions of 37°C and 5% CO2. All cultures were passaged every 5‐7 days by 0.05% Trypsin‐

EDTA detachment. 

 

2.4 FUNCTIONAL ASSAYS 

2.4.1 WST‐1 Assay for Determination of Cell Viability 

Cell viability was measured using the WST‐1 (Roche Applied Science, Castle Hill, NSW, Aus) 

Assay  Kit.  In  brief,  WST‐1  is  a  modified  tetrazolium  salt  (4‐[3‐(4‐Iodophenyl)‐2‐(4‐

nitrophenyl)‐2H‐5‐tetrazolio]‐1,3‐benzene disulfonate), which when  in contact with active  

coenzymes,  such  as  NADH  and  NADPH,  present  on  the  plasma  membrane,  has  its 

tetrazolium ring cleaved to form a water‐soluble  formazan product, with a corresponding 

increase in absorbance at 440nm (Berridge et al., 1996).  

 

The response of HSF, KF, nHSF, nKF and HK to silicone treatments after different periods of 

exposure were evaluated using this method. Following culture, HSF, KF, nHSF, nKF and HK 

were seeded  into 96 well plates  (Nunc)  for  treatment with silicones. Cultures of HSF, KF, 

nHSF and nKF cells were seeded at a density of 3000 cells/200 µL into each well and were 

treated with  silicone  solutions  (as  described  in  sections  2.2.1  and  2.2.2)  diluted  in  cell 

culture medium (200μL /well) 24 hours  later.   Cultures of HK cells were seeded (1.2 x 104 

Page 49: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 27 

 

cells/well) onto irradiated 3T3 cells (1 x 104 cells/well) in 96 well plates (Nunc) and silicone 

solutions  (as described  in  sections 2.2.1  and 2.2.2) diluted  in  Full Green’s Medium were 

added 24 hours later (200 µL/well). Controls included: a blank control, containing medium 

only;  an  untreated  control,  containing  cells  treated  with medium  but  no  silicone;  and 

negative  controls,  including  cells  treated with  the  silicone  controls described  in  sections 

2.2.1 and 2.2.2. During all incubations, the cells were maintained in the standard conditions 

of 37°C and 5% CO2. 

 

Following  incubation with  silicone  treatments  for  24,  48,  72  or  168  hours  (7  days),  cell 

culture medium was removed by gently inverting the 96‐well plate, followed by blotting on 

paper  towels to remove excess medium.  In HK cultures, the 3T3  layer was  removed by a 

quick wash with 0.05% Trypsin‐EDTA and visualization to confirm removal was obtained by 

light microscopy (Nikon Eclipse TS100).  The working WST‐1 reagent for each 96‐well plate 

was prepared by combining 500 µL WST‐1  reagent with 4.5 mL cell culture medium. The 

prepared WST‐1/cell culture medium solution was added to each sample well (50µL) before 

the plates were stored at 37°C for 1.5 hours incubation. The absorbances of the samples in 

the plates were  then quantitatively measured using a plate  reader  (Microplate Manager 

Version 5.2; Bio‐Rad  Laboratories, Gladesville, NSW, Aus)  at 440 nm, using 620 nm  as  a 

reference. 

 

2.4.2 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation 

Cell proliferation was measured using the Cyquant (Invitrogen) Assay Kit. Cyquant directly 

measures  cellular  deoxyribonucleic  acid  (DNA)  content  using  a  fluorescent DNA  binding 

dye.  Because  cellular  DNA  content  is  highly  regulated,  it  is  closely  proportional  to  cell 

number (Myers, 1998).  

 

The response of HSF, KF, nHSF, nKF and HK to silicone treatments after different periods of 

exposure were evaluated using this method. Following culture, HSF, KF, nHSF, nKF and HK 

were seeded  into 96 well plates  (Nunc)  for  treatment with silicones. Cultures of HSF, KF, 

nHSF and nKF cells were seeded at a density of 3000 cells/200 µL into each well and were 

treated with  silicone  solutions  (as  described  in  sections  2.2.1  and  2.2.2)  diluted  in  cell 

culture medium  (200  μL/well)  24  hours  later.    Cultures  of HK  cells were  seeded  (1.2  x 

104cells/well) onto  irradiated  i3T3 cells  (Section 2.3.2; 1 x 104 cells/well)  in 96 well plates 

and  silicone  solutions  (as  described  in  sections  2.2.1  and  2.2.2)  diluted  in  Full  Green’s 

Page 50: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

Medium were added 24 hours  later (200 µL/well).  In some experiments, HK were seeded 

into the 96 well plates (1.2 x 104 cells/well) without an i3T3 feeder layer. Controls included: 

a  blank  control,  containing medium  only;  an  untreated  control,  containing  cells  treated 

with medium but no silicone; and negative controls, including cells treated with the silicone 

controls described previously  in  sections 2.2.1  and 2.2.2. During all  incubations  the  cells 

were maintained in the standard conditions of 37°C and 5% CO2. 

 

Following  incubation with  silicone  treatments  for  24,  48,  72  or  168  hours  (7  days),  cell 

culture medium was removed by gently inverting the 96‐well plate, followed by blotting on 

paper towels to remove excess medium. In cultures of HK grown with an i3T3 feeder layer, 

the  i3T3  layer was  removed by a quick wash with 0.05% Trypsin‐EDTA and  confirmation 

that  the  cells  had  been  removed was  confirmed  by  visualization  using  light microscopy 

(Nikon Eclipse TS100; Nikon, Lidcombe, NSW, Aus). The plates were then sealed in parafilm 

and frozen in a ‐80°C freezer overnight. The Cyquant assay was performed on the following 

day. For each 96‐well plate tested, the Cyquant solution was prepared by diluting 1 mL of 

20 X concentrated cell‐lysis buffer stock solution in 19 mL nuclease‐free distilled water and 

adding  50  µL  Cyquant  stock  solution.  The  frozen  96‐well  plates  were  thawed  at  room 

temperature before 200 µL of Cyquant dye/cell  lysis  solution was added  to each  sample 

well.  The  plates  were  incubated  in  darkness  for  2‐5  minutes  at  room  temperature. 

Following this, fluorescence was measured with excitation at 485 nm and emission at 530 

nm using  the POLARstar OPTIMA Plate Reader  (BMG Labtech, Mornington, VIC, Aus) and 

v1.30‐0 OPTIMA software. 

 

2.4.3 Analysis of Silicone and Protein Interaction 

The  morphology  of  HSF  following  culture  in  varying  concentrations  of  FBS,  with  and 

without  GP226,  was  investigated  to  observe  if  GP226  was  causing  an  aggregation  of 

proteins within  the  cell culture medium. HSF  (2x104 cells/well) were  seeded  into 24 well 

plates (Nunc) and cultured in 0%, 5%, 10% or 20% FCS/DMEM. GP226 (0.1%) diluted in the 

respective  cell  culture  media  was  used  to  treat  the  cells  24  hours  later  (1  mL/well). 

Following 48 hours treatment with silicone, HSF were stained with Sirius Red  (0.1%  (w/v) 

Direct  Red  80  powder;  Sigma  Aldrich/double  distilled water  (ddH2O))  for  1.5  hrs  before 

being washed  twice with ddH2O.  The  cells were  stained with  Sirius  Red  for  ease  of  cell 

morphology  analysis  and  to  localize  the  collagen  content  within  the  cultures.  Cell 

Page 51: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 29 

 

morphology was documented using digital photography  (Nikon Coolpix 4500, Nikon) and 

light microscopy (Nikon Eclipse TS100, Nikon).  

 

Aggregation of proteins  in cell culture medium was also assessed via gel electrophoresis. 

Protein concentrations in DMEM containing 0%, 5%, 10% or 20% FCS, with or without 0.1% 

GP226  were  determined  using  the  bicinchoninic  acid  protein  assay  (Thermo  Scientific) 

according to the manufacturer’s directions. Equal amounts of protein were then diluted to 

7.5 µL in ddH2O and combined with 2.5 µL of 4 x NuPAGE lithium dodecyl sulphate sample 

buffer  (Invitrogen).  Samples were  then  loaded  into  14‐well  pre‐cast  4‐12%  Bis‐Tris  gels 

(1mm;  Invitrogen),  with  each  gel  including  one  lane  of  2  µL  protein molecular  weight 

standard  (Precision  Plus  Protein  Standards,  Bio‐Rad  Laboratories,  Hercules,  CA,  USA). 

Electrophoresis  was  then  performed  at  200V  for  35  minutes  using  NuPAGE  2‐(N‐

morpholino)ethanesulfonic  acid  buffer  (Invitrogen). Gels were  fixed  in  2 washes  of  10% 

ethanol / 30% acetic acid for 15 minutes, each with gentle shaking at room temperature. 

The Pierce Silver Stain kit  (Thermo Scientific) was then used to stain the proteins present 

within the gels, using the protocol supplied by the manufacturer. Following development, 

the  silver  stain  reaction was  stopped  using  10%  acetic  acid  for  10 minutes with  gentle 

shaking  at  room  temperature.  An  image  of  the  gels  was  documented  using  a  flat‐bed 

scanner (CanoScan 8600F, Canon, Ohta‐ku, Tokyo, Japan).  

 

2.4.4 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy 

Real‐time microscopy was used to visualize the response of HSF, nHSF and HK to silicone 

treatment over 48 hours. In brief, HSF (2 x 104 cells/well) and nHSF (2 x 104 cells/well) were 

plated into 24 well plates and treated with 24 hours later GP226 (0.1%), Fraction IV (0.1%), 

Tween 20  (0.1%) and PDMS7‐g‐PEG7  (0.01 % and 0.03%) diluted  in cell culture medium  (1 

mL/well) being added 24 hours  later. Cultures of HK cells were seeded (6 x 104 cells/well) 

onto  irradiated  3T3  cells  (5  x  104  cells/well)  in  the  24 well  plates  and  silicone  solutions 

diluted  in  Full  Green’s  Medium  were  added  24  hours  later  (1  mL/well).  In  some 

experiments, HK were seeded into the 96 well plates (6 x 104 cells/well) without an i3T3  

feeder  cell  layer.  Treatments  included GP226,  Fraction  IV,  Tween  20  (a  commonly  used 

surfactant)  and  PDMS7‐g‐PEG7  at  concentrations  ranging  from  0.01%  to  1%.  Real‐time 

microscopy  was  then  performed  with  a  Leica  AF6000  Widefield  Microscope  (Leica 

Microsystems, North  Ryde, NSW, Aus)  and  images were  taken  every  15 minutes  for  48 

hours. Still images and movies were prepared using Leica Application Suite software.   

Page 52: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

2.4.5 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis  

The  induction  of  apoptosis  following  exposure  of  HSF,  nHSF,  and  HK  to  the  silicone 

treatments  was  measured  using  the  Tunel  assay  (Roche  Applied  Science).  In  brief, 

apoptosis causes the cleavage of genomic DNA into double stranded, low molecular weight 

DNA fragments, as well as causes single strand breaks in high molecular weight DNA. These 

DNA  breaks  are  able  to  be  fluorescently‐labelled  using  reactions  between  terminal 

deoxynucleotidyl  transferase,  the  nicks  in  the  DNA  and  fluorescein‐labeled  nucleotides, 

which taken together is known as Tunel technology (Gavrieli et al., 1992). 

 

Cell cultures of HSF and nHSF (4 x 103 cells/400 µL) were prepared in glass 8‐well chamber 

slides (BD Biosciences, North Ryde, NSW, Aus) and treated with GP226, Fraction III, Fraction 

IV, Tween 20, PEG and PDMS7‐g‐PEG7 diluted  in  cell  culture medium 24 hours  later  (400 

µL/well). Concentrations tested included 0.1% for GP226, Fraction III, Fraction IV, Tween 20 

and  PEG,  as  well  as  a  range  of  concentrations  (0.003%  to  0.03%)  for  PDMS7‐g‐PEG7. 

Cultures of HK cells were seeded (2.5 x 104 cells/400 µL) onto  irradiated 3T3 cells (2 x 104 

cells/400 µL)  in glass 8‐well chamber  slides and  silicone  solutions, diluted  in Full Green’s 

Medium, were added 24 hours  later  (400 µL/well). An untreated control, containing cells 

treated with media only was included.  

 

After 48 hrs incubation the cells were fixed in 4% paraformaldehyde (200 µL; Chem Supply, 

Gillman, SA, Aus)  for 15 minutes, washed once  in 200 µL phosphate‐buffered saline  (PBS; 

Invitrogen)  and  were  permeabilised  in  0.2%  Triton  X‐100  (Sigma‐Aldrich)/PBS  for  15 

minutes.  Following  further  washes  in  PBS,  the  cells  were  incubated  with  50  µL  Tunel 

reaction mixture  for 60 minutes at 37  °C. A positive control, consisting of untreated cells 

incubated with recombinant Deoxyribonuclease I (DNase I; Sigma‐Aldrich) for 10 minutes at 

room  temperature  following  permeabilisation,  as well  as  a  negative  control,  containing 

untreated  cells  incubated with  labelling  solution  only without  Tunel  enzyme, were  also 

included. After incubation with the Tunel reaction mixture, the samples were washed with 

PBS  and  mounted  in  SlowFade  Gold  antifade  reagent  (Invitrogen)  with  added  4',6‐

diamidino‐2‐phenylindole  (DAPI), a nuclear  stain  (Invitrogen), and were  then  sealed with 

glass coverslips (Labtek, Brendale, QLD, Aus) and clear nail polish. A Nikon Eclipse TE2000‐U 

fluorescence microscope (Nikon) was used to visualise and photograph the cells.   

 

 

Page 53: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 31 

 

2.5 GENE ANALYSIS 

2.5.1 Extraction of RNA from Silicone‐Treated Fibroblasts 

Total  RNA  was  extracted  from  the  treated  cell  cultures  using  Qiagen  RNeasy Mini  kit 

(Qiagen, Doncaster, VIC, Aus). Cell cultures of HSF and nHSF were prepared in T25 cm2 cell 

culture  flasks  (Nunc) at a density of 2 x 105 cells/5 mL cell culture medium. Following 24 

hours incubation in normal tissue culture conditions, cell culture medium containing GP226 

(0.1%), Fraction  IV (0.1%) and PDMS7‐g‐PEG7 (0.01% and 0.03%) were added. Cell cultures 

treated with GP226 and Fraction  IV were  incubated  for 48 hours while cell cultures with 

PDMS7‐g‐PEG7 were  incubated for either 6 hours or 48 hours. An untreated control, a cell 

culture treated with cell culture medium containing no silicone for 6 or 48 hours was also 

prepared. Following treatment, the cell culture medium was removed by aspiration and the 

cells were lysed directly in the T25 cm2 cell culture flask. To lyse the cells, 600 µL of Buffer 

RLT Plus, combined with 6 µL β‐mercaptoethanol (Sigma‐Aldrich), was added  into the cell 

culture  flasks and  the cells were dislodged  from  the surface with a cell scraper. Cell  lysis 

solutions were then stored at ‐80°C. 

 

To extract RNA using  the Qiagen RNeasy Mini  kit,  the  cell  lysates were  thawed at  room 

temperature, transferred to a gDNA eliminator spin column placed in a 2 mL collection tube 

and centrifuged for 30 seconds at  ≥8000 x g. The column was discarded and 600 µL ethanol 

(70%)  added.  The  samples  (600  µL  at  a  time) were  then  transferred  to  an  RNeasy  spin 

column placed  in a 2ml collection tube and centrifuged for 15 seconds at ≥ 8000 x g, with 

the flow‐through being discarded after each centrifugation. The RNeasy columns were then 

washed  once  with  700  µL  Buffer  RW1  and  twice  with  500  µL  Buffer  RPE,  each  with 

centrifugations at  ≥8000  x g and  the  flow‐through being discarded. The RNeasy  columns 

were then placed in new 2 mL collection tubes and centrifuged at full speed for 2 minutes 

to  remove  any  excess washing buffers.  Following  this,  the RNeasy  columns were placed 

into new 1.5 mL collection tubes and RNA eluted with 30 µL RNase‐free water in addition to 

centrifugation at ≥ 8000 x g for 1 minute. RNA was quantified at 260nm using a Nanodrop 

spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific). RNA samples were stored at ‐80°C.  

 

2.5.2 HumanHT‐12 v3 Expression BeadChip Microarray  

The HumanHT‐12 v3 Expression BeadChip  (Illumina, San Diego, CA, USA) microarray was 

used  to  determine  differentially  expressed  genes  in  cultures  of HSF  and  nHSF  following 

treatment with and without 0.1% GP226 and 0.1% Fraction IV. The HumanHT‐12 Expression 

Page 54: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

BeadChip was chosen as  it targets more than 25 000 annotated genes with more than 48 

000  probes  and  provides  genome‐wide  transcriptional  coverage  of  well  characterized 

genes,  gene  candidates  and  splice  variants. More  specifically,  the  probes were  selected 

from  reputable  RefSeq  (Build  36.2,  Ref  22)  and  UniGene  (Build  199)  databases. 

Furthermore,  the  HumanHT‐12  BeadChip  encompassed  a  higher  throughput  system, 

containing the same probes present on the  larger HumanWG‐6 BeadChip, but allowing 12 

samples  to  be  processed  simultaneously.  The  HumanHT‐12  v3  Expression  BeadChip 

microarray  was  performed  with  total  RNA  extracted  from  treated  and  untreated  cell 

cultures  by  Katie  Nones  at  the  Special  Research  Facility Microarray  Service  within  the 

Institute of Molecular Biosciences, University of Queensland (St Lucia, QLD, Australia).  

 

2.5.3 Microarray Data Analysis using GeneSpring GX 10.0 

Following microarray,  the data were  returned  for analysis, and kindly analysed by Daniel 

Haustead, University of Western Australia  (Perth, WA, Aus),  and  Jacqui McGovern, QUT. 

Biological  replicates  of  samples  were  unable  to  be  performed  within  the  microarray, 

meaning that standard microarray analysis could not be carried out. In brief, data analysis 

was performed  in GeneSpring GX 10.0  (Agilent Technologies) and quantile normalization 

used. Data were pre‐processed using the baseline to median baseline transformation tool 

with standard  filtering options. A  flag cell check of each data point was  then performed, 

with data  signals being  labelled  ‘present’,  ‘marginal’ and  ‘absent’ and  all  ‘absent’  signals 

being  removed. Data points with  ‘present’ or  ‘marginal’  tags were used  for  final analysis 

between samples of treated and untreated cell cultures. Further analysis or false discovery 

testing was  not  performed  as  no  biological  replicates were  included  in  the microarray. 

Changes occurring between sample pairs were manually  investigated by fold‐change on a 

gene‐to‐gene basis. Specifically, only genes with fold‐change values greater than ± 2 were 

included.  Resulting  lists  of  genes  and  their  fold‐change  values  between  sample  pairs 

comparing treated and untreated cell culture samples were then used to select genes  for 

validation  via  quantitative  reverse  transcription‐polymerase  chain  reactions  (qRT‐PCR). 

Results were manually  sorted  and  genes  relating  to  apoptosis  and  collagen  production 

pathways were selected for validation. 

 

 

 

Page 55: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 33 

 

2.5.4 Gene Ontology and Canonical Pathway Analysis using  Ingenuity Pathway Analysis 

tools 

Gene ontology, canonical pathway and functional network analyses were undertaken using 

Ingenuity Pathway Analysis  (IPA)  tools  (Ingenuity  Systems, www.ingenuity.com; Based  in 

Redwood City, CA, USA).  IPA  is a database  consisting of gene‐based  results and  includes 

functions  and  interactions between genes/gene products mined  from  the peer‐reviewed 

literature.  Data  sets  containing  gene  identifiers  and  corresponding  expression  values  of 

probe  sets  determined  to  be  significantly  expressed  by  at  least  ±  2‐fold  in  response  to 

GP226  and  Fraction  IV  compared  to  untreated  samples,  were  uploaded  into  the 

application. Genes which map  to  the  IPA knowledge base, called  focus genes, were  then 

used  to  generate  biological  networks  and  identify  biological  functions  that  were most 

significant to each uploaded data set. IPA computed a score for each network according to 

the fit within the original set of significant genes submitted. The resultant score reflected  

the algorithm of probability (P) that indicated the likelihood of the focus genes in a network 

being found together by random chance. The functional analysis was also used to  identify 

genes  that were most  significantly  involved  in  the  affected biological  functions  for  each 

data set.   

 

2.5.5 Apoptosis Superarrays 

In  addition  to  the  microarrays  performed  above,  quantitative  reverse  transcription‐

polymerase  chain  reaction  (qRT‐PCR)  superarrays  (SA  Biosciences,  Qiagen)  were  also 

performed  on HSF  and  nHSF  cultures  exposed  to  either  0.01%  or  0.03%  PDMS7‐g‐PEG7. 

These  arrays  provide  a  sensitive  gene  expression  profiling  technique,  which  allows  for 

panels of genes  related  to different biological pathways  to be screened  for deregulation. 

More  specifically,  arrays  analysing biological processes  relevant  to  this project,  including 

the  human  apoptosis  pathway, were  utilized.  Furthermore,  the  384 well  format  of  the 

superarray was chosen, which meant that more data could be obtained from one plate.  

 

Firstly,  total RNA of HSF  and nHSF  cell  cultures  treated with  and without PDMS7‐g‐PEG7 

(0.01%  and  0.03%) was  extracted using  the protocol described  in  section 2.5.1  and  first 

strand complementary DNA (cDNA) subsequently synthesised using the SA Biosciences First 

Strand Synthesis Kit (SA Biosciences).  In brief, genomic DNA was removed by combining 1 

μg of total RNA from each sample with 2 μL 5X gDNA Elimination buffer and diluted to 10 

μL with nuclease‐free H2O.  Each RNA  sample was  then  incubated  at 42°C  for 5 minutes 

Page 56: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

before being  chilled on  ice  for at  least 1 minute. First  strand  synthesis of  total RNA was 

then performed by adding 4 μL 5X RT Buffer 3, 1 μL Primer and External Control Mix, 2 μL 

RT  Enzyme Mix  3  and  3  μL  nuclease‐free H2O  to  each  sample. When  large  numbers  of 

samples needed to be prepared at once, a RT mastermix was prepared with the described 

reagents and once combined, 10 μL added to each total RNA sample. The volume of each 

total RNA sample was then 20 μL. The RNA samples were incubated at 42 °C for 15 minutes 

and the reaction stopped by heating at 95 °C for 5 minutes. Following this, each 20 μL cDNA 

synthesis reaction was diluted with 91 μL of nuclease‐free H2O. 

 

Following  the  synthesis  of  cDNA,  the  arrays were  performed  as  per  the manufacturer’s 

instructions. Briefly, an experimental master mix was prepared  for each sample  in which 

102 μL of the diluted first strand cDNA synthesis reaction was combined with 550 μL of 2 X  

SABiosciences RT2 qPCR Mastermix  (SYBR Green; SA Biosciences) and 448 μL of nuclease‐

free H2O. Following this, the samples were pipetted  into a 384‐well format apoptosis PCR 

array (10 μL/well) using 384 EZLoad Covers (SA Biosciences). Using the 384 array, 4 samples 

were able  to  load  into one array,  though  in  these experiments, 2  samples  (untreated vs 

treated) were loaded in duplicate.  

 

The array process was  completed  in an ABI 7900HT Thermal Cycler  (Applied Biosystems, 

Life  Technologies, Mulgrave, VIC, Aus).  The  SYBR Green Dye detection  system was used 

with the  following temperature cycling conditions: 94°C  for an  initial 10 minutes, then 40 

cycles of 94°C for 15 seconds and 60°C for 60 seconds. Data generated were analysed using 

data  analysis  provided  by  SA  Biosciences,  a  program  designed  to  analyse  qRT‐PCR  data 

obtained  through  superarrays.  During  these  analyses,  automatic  baseline  and  threshold 

cycles were used. Resulting lists of genes and their fold‐change values between treated and 

untreated cell culture samples were then used to select genes for validation via qRT‐PCR. 

The results were manually sorted and genes with fold‐change values of greater than ± 1.8 

in  three  or more  comparisons were  selected  for  validation.  Statistical  examination was 

unable to be performed as biological replicates were not included in the superarrays.   

 

2.6 CONFIRMATION OF DIFFERENTIAL GENE EXPRESSION USING QUANTITATIVE RT‐PCR 

2.6.1 Standard PCR Conditions 

PCR  reactions were performed using  the Platinum Taq PCR kit  (Invitrogen). The standard 

reaction  conditions  included:  1  U  Platinum  Taq,  1.5  mM  MgCl2,  0.1  mM  each  of 

Page 57: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 35 

 

deoxyribonucleotide triphosphate  (dNTP), 1.25 μM  forward and reverse primers and 1 μL 

of cDNA template in a total volume of 20 μL. PCR reactions were then run on a MJ Research 

Thermocycler  (Geneworks,  Hindmarsh,  SA,  Aus) with  the  following  temperature  cycling 

conditions: 94°C for an initial 5 minutes, then 35 cycles of 94°C for 45 seconds, 60°C for 60 

seconds  and 72°C  for 90  seconds,  followed by a  final  stage of 72°C  for 10 minutes. PCR 

amplicon  size was  then  confirmed using  agarose  gel  electrophoresis  (1.5%  agarose)  and 

ethidium bromide (Bio‐Rad Laboratories)/UV visualization (G Box; Syngene, Frederick, MD, 

USA) using a 0.07 ‐ 12.2 kbp molecular weight marker (Roche Applied Science) as a marker 

for size. 

 

2.6.2 Primer Design 

Primers  for qRT‐PCR were designed using Primer‐basic  local alignment  software  (Primer‐

BLAST) software, a web‐based primer designing tool available through the National Center 

for  Biotechnology  Information  (www.ncbi.nlm.nih.gov/tools.primer‐blast/)  The  settings 

that  were  used  to  define  acceptable  primer  sets  included:  minimum  primer  melting 

temperature  (Tm) of   57°C, maximum of 63°C and optimal Tm of 60°C, with no more than 

3°C  difference  in  Tm  between  primers;  a  preference  for  primers  to  span  an  exon‐exon 

junction and amplicon length between 70 and 150 base pairs. Once designed, PCR primers 

(25 nmoles; desalted purity) were purchased from Invitrogen. Table 2.3 depicts the primers 

that were designed using this process. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 58: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

Gene Symbol  Sequence – 5’ to 3’  GenBank 

Accession # 

Amplicon 

Position 

αSMA  F‐ CTGCTGAGCGTGAGATTGTC 

R‐ CTCAAGGGAGGATGAGGATG 

NM_001613.2  10‐113 

AIFM2  F‐ CCTACCGCAAAGCGTTTGAGAGCA 

R‐ TGGCGTAGACGTTGCTGTGGC 

NM_032797.4  966‐1061 

APAF1  F‐ CCTGTTGTCTCTTCTTCCAGTGTAAGG 

R‐ AAACAACTGGCCTCTGTGGTACTCCA 

NM_001160.2  851‐920 

BIK  F‐ GCATGGAGGGCAGTGACGCA 

R‐ ACCTCGGAGAGCTGGGCCAG 

NM_001197.3  209‐308 

CD70  F‐ TGGTCGCGGGCTTGGTGATC 

R‐ GGTCCTGCTGAGGTCCTGTGTGA 

NM_001252.3  227‐361 

CFLAR  F‐ CAGGACGAACTCCCCCACT 

R‐ CAGGACGAACTCCCCCACT 

NM_003879  9‐108 

CIDEA  F‐ ACAGACCTCCAGGCCCGCTAG

R‐ AAATGTCAGGGGCCTGATGAGGG 

NM_001279.3 33‐116 

COL1A1  F‐ ACGAAGACATCCCACCAATC

R‐ AGATCACGTCATCGCACAAC 

NM_000088.3 11‐139 

COL3A1  F‐ GCCTCCCGGAAGTCAAGGAGAAAG

R‐ CTTTAGGACCGGGGAAGCCCATG 

NM_000090.3 1773‐1870 

DAPK1  F‐ GACATCGTGGAGTGTCTGGCCG

R‐ GGGCAATGTGTCCGTCCTTGTCG 

NM_004938.2 1948‐2017 

FAS  F‐ CCTCCTACCTCTGGTTCTTACG

R‐ CAGTCTTCCTCAATTCCAATCC 

NM_000043 4‐107 

HRK  F‐ TACTGGCCTTGGCTGTGCGC 

R‐ CACCAACCTGTTGCTCGCTCC 

NM_003806.1  322‐459 

IL8  F‐TGTGGAGAAGTTTTTGAAGAGGGCTG 

R‐ CACTGGCATCTTCACTGATTCTTGGA 

NM_000584.2  365‐448 

IGF2R  F‐AGCTCAAGAATTGGAAGCCAGCAAGG 

R‐ GCGGTACCTTTGGCAGAGAGAGG 

NM_000876.2  3132‐3246 

MCL1  F‐ ACGAGACGGCCTTCCAAGGCAT 

R‐ TCCTGCCCCAGTTTGTTACGCC 

NM_021960.3  820‐920 

NSMAF  F‐ GCTGCAGCTCTACTCCAAGGAGA 

R‐ TGATTTTCCTTTCATGGTGACTGCCC 

NM_003580.3  250‐371 

SMAD7  F‐ ACCAACTGCAGACTGTCCAGATGCT 

R‐ TCCCAGTATGCCACCACGCAC 

NM_005904.3  947‐1090 

TGFβ1 

 

F‐ TGTCACCGGAGTTGTGCGGC 

R‐ CGGCCGGTAGTGAACCCGTTG 

NM_000660.4  1479‐1610 

TNF  F‐ TCTGGCCCAGGCAGTCAGATC 

R‐ TTGGCCAGGAGGGCATTGGC 

NM_000594.2  385‐513 

TNFRSF9  F‐ AGAGCCAGGACACTCTCCGCAG

R‐ CGGAGCGTGAGGAAGAACAGCA 

NM_001561.4 665‐754 

TNFRSF10B  F‐ TCCACCTGGACACCATATCTC

R‐ AGCAGAAAAGGAGGTCATTCC 

NM_003842 6‐103 

TRAF2  F‐ ACCGTTGGGGCTTTGTTC

R‐ CCAGGAGGGTCTTGGAGAAG 

NM_021138 9‐117 

TRAF3 

 

18S‐ rRNA 

F‐ CGCGAGAACTCCTCTTTCC

R‐ CGGTCAGTGTGCAGCTTTAG 

F‐TTCGGAACTGAGGCCATGAT 

R‐ CGAACCTCCGACTTTCGTTC 

NM_003300

 

NR_003286.2 

12‐108 

 

898‐1048 

 

Table 2.3 ‐ Primers used for qRT‐PCR  

 

Page 59: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   2 . 0  | 37 

 

2.6.3 Reverse Transcription (RT) for qRT‐PCR 

First  strand  cDNA  synthesis was  performed  using  SuperscriptTM  III Reverse  Transcriptase 

(Invitrogen). Total RNA  (1  μg) of HSF and nHSF untreated or  treated with GP226  (0.1%), 

Fraction IV (0.1%) and PDMS7‐g‐PEG7 (0.03%) was combined with 250 ng of random primers 

(Invitrogen)  and  0.5 mM dNTP mix  (Invitrogen)  and  diluted  to  13  μL with  nuclease‐free 

water. The samples were incubated at 65°C for 5 minutes and then cooled rapidly on ice for 

at least 1 minute. First strand synthesis was then performed by adding 200 U SuperscriptTM 

III  Reverse  Transcriptase,  5 mM  dithiothreitol  (DTT;  Invitrogen),  1  x  first  strand  buffer 

(Invitrogen)  and  40 U RNaseOUT Recombinant RNase  Inhibitor  (Invitrogen)  to  each RNA 

sample to a final volume of 20 μL. Each reaction was then incubated at 25°C for 5 minutes, 

50°C for 60 minutes and then 70°C for 15 minutes to inactivate the Superscript III enzyme. 

The  resulting  cDNA  samples  were  either  stored  at  ‐80°C  or  quantified  by 

spectrophotometry  (Thermo Fisher Scientific) and diluted  to 20 ng/μL with nuclease‐free 

water for qRT‐PCR analysis. 

 

2.6.4 PCR and Amplicon purification 

PCR was performed as described previously (Section 2.6.1) using Platinum Taq (Invitrogen) 

and sequence specific primers  (Table 2.3)  for each  transcript  to be analysed by qRT‐PCR. 

PCR amplicons were electrophoresed on 1.5% agarose gels  (Sigma‐Aldrich) with ethidium 

bromide and visualized using UV  illumination  (G Box). The  resulting band of  interest was 

excised  from  the  agarose  gel  using  a  sterile  scalpel blade  (Labtek).  PCR  amplicons were 

then purified from the agarose using the MinElute gel extraction kit (Qiagen) according to 

the  manufacturers’  instructions.  PCR  products  were  quantified  by  spectrophotometry 

(Nanodrop  spectrophotometer)  at  260  nm  and  the  yields  converted  to  absolute  cDNA 

transcript copy numbers per μL of sample based on 1 DNA bp having a molecular mass of 

660 grams/mole. 

 

2.6.5 qRT‐PCR 

Microarray  and  superarray  data were  validated  by  using  qRT‐PCR  to measure  absolute 

expression  levels  of  the  selected  genes  of  interest  in  cDNA  samples  of  HSF  and  nHSF 

untreated or treated with GP226 (0.1%), Fraction IV (0.1%) and PDMS7‐g‐PEG7 (0.03%). The 

primers  used  in  qRT‐PCR  were  designed  using  Primer‐BLAST 

(www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer‐blast/),  including  the  18S  ribosomal  RNA  (rRNA) 

normalizing control, and are outlined  in Table 2.2. Standard curves, generated by 10‐fold 

Page 60: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

M a t e r i a l s   a n d   M e t h o d s  

 

serial dilutions of purified PCR  target amplicons and covering at  least 7  logs of amplicon 

copy number, were used to achieve absolute quantitation. The reactions were performed 

in 20  μL volumes  in 96‐well  format  in  triplicate using SYBR green and an ABI Prism 7000 

Sequence Detection System (Applied Biosystems). Reactions contained 1 x SYBR‐green PCR 

mastermix (Applied Biosystems), 1 μM of each forward and reverse primers and 100 ng of 

cDNA. PCR amplification  followed a two step cycling protocol with an  initial denaturation 

for  10 min  at  95°C, with  40  cycles  of  95°C  for  15  seconds  and  60°C  for  1 minute.  All 

reactions  included  a  post‐amplification  melt  curve  analysis  to  determine  the  melting 

temperature  (Tm)  of  the  amplified  PCR  product,  indicating  amplification  of  the  correct 

sequence.  Analysis  was  performed  using  the  ABI  Sequence  Detection  System  software 

version 1.2.3 (Applied Biosystems) using the automatic options for baseline and threshold 

values. The software determines the PCR cycle at which each reaction reached its log‐linear 

phase  and  is directly proportional  to  the  amount of  starting  cDNA  transcript.  The  cDNA 

copy number  for  each  reaction was  then  calculated by direct  comparison  to  the  known 

standards  for each gene, which are run concurrently. Expression of target genes  for each 

treated  sample  was  normalized  to  18S  rRNA  and  compared  to  normalized  untreated 

samples.  

  

2.7 STATISTICAL ANALYSIS 

To obtain replicate biological samples, the assays were repeated three times using HSF and 

nHSF cells from three different patients. Within each experiment, each variable was tested 

in triplicate. Data were expressed as a mean ± standard error of the mean (SEM) and each 

treatment  group  declared  significantly  different  to  the  untreated  group with  analysis  of 

variance followed by a pairwise t‐test post hoc. P values < 0.05 were considered significant.  

Page 61: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 39 

 

CHAPTER 3.0 

FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF GP226 AND ITS 

FRACTIONS ON DERMAL FIBROBLASTS  

3.1 INTRODUCTION 

Despite considerable research, the mechanism of SGS action has not yet been completely 

elucidated (Borgognoni, 2002). Research undertaken by our laboratory has re‐investigated 

the  chemical  role  of  SGS  on  scarring.  It  has  been  demonstrated  that  small  amounts  of 

amphiphilic,  linear,  oligomeric  silicones  with  low  molecular  weight  have  the  ability  to 

migrate from commercially available SGS into the human stratum corneum (Sanchez et al., 

2005).  In  a  preliminary  study  Sanchez  (2006)  screened  a  large  number  of  commercial 

amphiphilic  oligomeric  silicones  to  investigate  their  effect  in  down‐regulating  collagen 

production and found that the silicone GP226 appeared to be the most effective. Further, it 

was  also determined  that  there  is  a  fraction of GP226 which  contained  the most  active 

component(s) (Charters, 2007). Fraction IV, defined as the fourth peak eluted  in PSEC and 

representing 8% of the total GP226 mixture, demonstrated dose‐dependent effects similar 

to the crude GP226 silicone mixture  in terms of effects on cell viability, collagen synthesis 

and total collagen assays conducted in HSF, nHSF, KF and nKF cells. Thus, GP226, including 

its active  fraction,  reduced  the  total number of viable  cells present,  resulting  in  reduced 

collagen production and total collagen. It was also demonstrated that the effect of GP226 

was  similar  in  fibroblasts  isolated  from  both  hypertrophic  (HSF)  and  keloid  (KF)  scars 

(Charters, 2007).  

 

While fibroblasts were investigated in these earlier studies, the other prominent cell type in 

skin,  keratinocytes,  was  not  studied.  Since  there  is:  1)  a  close  paracrine  relationship 

between  the dermis  and  epidermis within  skin;  and 2) wound healing  involves  restoring 

barrier function through the formation of a functional epidermis (Martin, 1997), responses 

of  keratinocytes  as  well  as  fibroblasts  to  GP226  required  assessment.  Furthermore, 

although significant decreases in cell viability following exposure of fibroblasts to GP226 for 

48  hours  were  demonstrated,  Hanasono  et  al.  (2004)  reported  that  differences  in  cell 

growth  curves  of  dermal  fibroblasts  occurred  between  days  2  and  5  of  treatment with 

silicone. This demonstrated a need  to  look at  the effect of  the  silicones at multiple  time 

points,  rather  than  just  at  48  hours.  Finally,  the  previous  analyses  only measured  cell 

Page 62: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

viability, a method  that doesn’t directly measure cell numbers but  instead measures  the 

amount  of metabolically  active  cells  present.  Thus,  further  investigation  of  GP226  and 

Fraction  IV  is  required.  In particular, examination of GP226 and  its  fractions not only on 

fibroblasts  derived  from  hypertrophic  scars  but  also  from  the  normal  skin  of  the  same 

patients  is necessary.  In addition,  investigations  to elucidate  the optimal  treatment  time 

and  concentration  of  GP226  and  Fraction  IV  was  also  required  to  facilitate  future  cell 

culture studies directed at examining the mode of action of these silicones. 

 

3.2 EXPERIMENTAL PROCEDURES 

Full  specifications  of  materials  and  methods  used  in  experimental  procedures  for  this 

chapter are described in Chapter 2. The following  is a summary of the procedures used to 

generate data in sections 3.3.1 to 3.3.4. 

 

3.2.1 Fractionation of GP226 

Samples of fractions from GP226 was separated and obtained using PSEC and HPLC. Please 

refer  to  section  2.2.1  for  further  details  relating  to  the  fractionation  process.  In 

experiments  with  fractionated  GP226,  amounts  of  each  fraction  were  used  at 

concentrations  equivalent  to what were  originally  present  in  the  unfractionated  GP226 

mixture. Hence,  proportionate  dilutions  as  a w/w %  of  the  Fractions,  compared  to  the 

unpurified  GP226,  were  prepared  as  treatments.  For  further  details  relating  to  the 

dilutions,  please  see  Table  2.1.  The  crude,  unpurified  GP226  and  negative  controls, 

including PDMS and PEG, were prepared at concentrations ranging from 0.01% to 1% in cell 

culture medium and used as treatments. 

 

3.2.3 Fibroblast Cell Culture 

HSF,  KF,  nHSF  and  nKF  were  independently  and  routinely  cultured  for  use  in  the 

experiments performed in this chapter. Please refer to section 2.3.1 for specific details. 

 

3.2.4 Keratinocyte Cell Culture 

HK  were  isolated  as  previously  described  (Dawson  et  al.,  2006)  from  human  skin  of 

consenting patients undergoing elective abdominoplasty or mammoplasty procedures  for 

use within  experiments  required  for  this  chapter.  Ethics  approval  to use  this  tissue was 

obtained  from  the  Queensland  University  of  Technology  Human  Research  Ethics 

Page 63: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 41 

 

Committee  (ID:3673H).  For more  specific  details  relevant  to HK  culture,  please  refer  to 

section 2.3.2.  

 

3.2.5 WST‐1 Assay for Determination of Cell Viability 

Following culture, HSF, KF, nHSF, nKF and HK were seeded  into 96 well plates  (Nunc)  for 

treatment with silicones. Cultures of HSF and nHSF cells were  seeded  into each well and 

were then treated 24 hours  later with silicone solutions diluted  in cell culture medium, as 

described in section 3.2.1. Cultures of HK cells were seeded onto i3T3 cells in 96 well plates 

and then treated 24 hours  later with silicone solutions diluted  in Full Green’s Medium, as 

described  in section 3.2.1. Controls  included: a blank control, containing medium only; an 

untreated  control,  containing  cells  treated  with medium  but  no  silicone;  and  negative 

controls, including cells treated with the silicone controls described in section 3.2.1. During 

all  incubations, the cells were maintained  in the standard conditions of 37°C and 5% CO2. 

Following 48 hours silicone treatment, cell viability was measured using the WST‐1 Assay. 

Further details describing the WST‐1 Assay methodology can be found in section 2.4.1.  

 

3.2.6 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation 

Following culture, HSF, KF, nHSF, nKF and HK were seeded  into 96 well plates  (Nunc)  for 

treatment with  silicones.  Cultures  of HSF  or  nHSF  cells were  seeded  into  each well  and 

were then treated 24 hours  later with silicone solutions diluted  in cell culture medium, as 

described in section 3.2.1.  Cultures of HK cells were seeded onto i3T3 cells in 96 well plates 

and then treated 24 hours  later with silicone solutions diluted  in Full Green’s Medium, as 

described  in section 3.2.1. Controls  included: a blank control, containing medium only; an 

untreated  control,  containing  cells  treated  with medium  but  no  silicone;  and  negative 

controls,  including  cells  treated with  the  silicone  controls described previously  in  section 

3.2.1. During all  incubations, the cells were maintained  in the standard conditions of 37°C 

and  5%  CO2.  Following  48  hours  treatment  with  the  silicones,  cell  proliferation  was 

measured using the Cyquant (Invitrogen) Assay Kit. Further details describing the Cyquant 

Assay methodology can be found in section 2.4.2. 

 

3.2.7 Analysis of Silicone and Protein Interaction 

The  morphology  of  HSF  following  culture  in  varying  concentrations  of  FCS,  with  and 

without  silicone,  was  investigated  to  observe  if  GP226  was  causing  an  aggregation  of 

proteins within the cell culture medium. HSF were plated into 24 well plates and cultured in 

Page 64: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

0%, 5%, 10% or 20% FCS/DMEM. GP226 (0.1%), diluted in the respective cell culture media, 

was used to treat the cells 24 hours later. Following 48 hours treatment with the silicones, 

HSF were stained with Sirius Red to  facilitate cell morphology analysis and to  localise the 

collagen  content  within  the  cultures.  Cell  morphology  was  documented  using  digital 

photography  and  light microscopy.  Specific  details  for  this  experiment  are  described  in 

section  2.4.3.  Aggregation  of  proteins  in  cell  culture  media  was  also  assessed  by  gel 

electrophoresis,  with  the  distribution  and  molecular  weight  of  proteins  present  being 

stained by  the Pierce  Silver  Stain  kit. The  gel was documented using  a  flat‐bed  scanner. 

Specific details for this experiment can be found in section 2.4.3. 

 

3.2.8 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy 

Real‐time microscopy was used to visualize the response of HSF to silicone treatment over 

48  hours.  In  brief,  HSF  cells  were  plated  into  24  well  plates  and  treated  with  GP226, 

Fraction IV and Tween 20 (0.1%) 24 hours later. Real‐time microscopy was then performed 

with a Leica AF6000 Widefield Microscope and images taken every 15 minutes for 48 hours. 

Still  images  and movies  were  prepared  using  Leica  Application  Suite  software.  Specific 

details can be found in section 2.4.4. 

 

3.2.9 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis 

The  induction of apoptosis  following  treatment of HSF  to GP226, Fraction  III, Fraction  IV, 

Tween 20 and PEG was measured using the Tunel assay. Cell cultures of HSF were prepared 

in glass 8‐well chamber slides and treated 24 hours later with GP226, Fraction III, Fraction 

IV,  Tween  20  and  PEG  (0.1%)  diluted  in  cell  culture  medium.  An  untreated  control, 

containing cells treated with media only, was included. After 48 hours incubation, the Tunel 

assay was performed.  Following  this,  a Nikon Eclipse TE2000‐U  fluorescence microscope 

was  used  to  visualise  and  photograph  the  cells.  For more  specific  details  describing  the 

Tunel assay, please see section 2.4.5.  

 

3.2.10 Statistical Analysis 

All cell viability and proliferation experiments were performed three times, each using HSF 

and nHSF  cells  from  three different patients. Within each experiment, each variable was 

tested  in  triplicate. Data were expressed as a mean ± SEM and assessed  for  significance 

with  analysis  of  variance  followed  by  a  pairwise  t‐test  post  hoc.  P  values  <  0.05 were 

considered significant.   

Page 65: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 43 

 

3.3 RESULTS 

3.3.1 Analysis of Cell Viability and Proliferation following Treatment with Silicone 

Significant decreases in cell viability occur following exposure of fibroblasts to GP226 have 

been previously demonstrated  (Charters, 2007). However, many aspects of  these  studies 

required  further  investigation,  including  the  optimal  treatment  time  and  methods  of 

measuring the functional activity of cells. It was therefore decided to measure cell viability 

and proliferation of HSF, nHSF, KF and nKF following treatment with silicone for 24, 48, 72 

and  168  hours  (7  days).  Cell  viability  and  proliferation were measured  using WST‐1,  an 

assay that measures cell metabolic activity, as well as Cyquant, an assay that measures DNA 

content. The viability of HSF, nHSF, KF and nKF cells over 7 days are depicted in Figures 3.1‐

3.4 whereas the proliferation of HSF, nHSF, KF and nKF cells over 7 days are  illustrated  in 

Figures 3.5‐3.8. The numerical values from the assays assessing viability and proliferation of 

HSF  following  silicone  treatment  for  24,  48,  72  and  168  hours  (7  days)  are  depicted  in 

Tables A 2.1 – A2.8 within Appendix 2. 

 

These  analyses  reveal  that  from  48  hours  onwards,  GP226  significantly  and  dose 

dependently decreased the viability of HSF, nHSF, KF and nKF compared to the untreated 

controls.  The  proliferation  data  also  revealed  significant  and  dose  dependant  decreases 

following treatment of GP226 from 48 hours onwards for HSF, nHSF, KF and nKF, compared 

to the untreated controls.  

 

It was observed  that neither Fraction  I nor  II  significantly decreased  the viability of HSF, 

nHSF, KF or nKF at 24, 48 and 72 hours until the highest concentration, 1%, was tested. At 

168 hours (7 days), however, viability was dose dependently decreased when HSF, nHSF, KF 

and nKF were treated with Fraction  I and  II.  It was also observed on day 7 that the  lower 

concentrations, 0.01% and 0.03%, of Fractions I and II actually significantly increased nHSF 

and  nKF  viability  compared  to  the  untreated  controls.  This  trend  was  not  observed  in 

assays assessing HSF and KF viability. Unlike the cell viability results, Fraction I and II dose 

dependently decreased proliferation from 24 hours onwards in HSF, nHSF, KF and nKF. The 

proliferation  results  obtained  with  Fraction  I  or  II,  however,  were  not  as  significantly 

decreased as was found with GP226. As was observed in the cell viability data, treatment of 

nHSF or nKF with Fraction I or II also did not increase proliferation.   

Page 66: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

Figure 3.1 – Analysis of HSF viability following treatment with GP226 and  its fractions. Graphs of HSF viability, as measured by the WST‐1 assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the absorbance values (440 nm, ref = 620  nm)  pooled  from  three  separate  experiments,  in  which  each  treatment  was  performed  in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are  illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 67: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 45 

 

 

Figure 3.2 – Analysis of nHSF viability following treatment with GP226 and its fractions. Graphs of nHSF viability, as measured by the WST‐1 assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the absorbance values (440 nm, ref = 620  nm)  pooled  from  three  separate  experiments,  in  which  each  treatment  was  performed  in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are  illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 68: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

Figure 3.3 – Analysis of KF viability following treatment with GP226 and its fractions. Graphs of KF viability, as measured by the WST‐1 assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the absorbance values (440 nm, ref = 620 nm) pooled from three separate experiments,  in which each treatment was performed  in triplicate (n = 9). Significant differences  (*) are  illustrated where P < 0.05  relative  to  the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 69: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 47 

 

 

Figure 3.4 – Analysis of nKF viability following treatment with GP226 and its fractions. Graphs of nKF viability, as measured by the WST‐1 assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the absorbance values (440 nm, ref = 620  nm)  pooled  from  three  separate  experiments,  in  which  each  treatment  was  performed  in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are  illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 70: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

Figure 3.5 – Analysis of HSF proliferation following treatment with GP226 and its fractions.  Graphs of HSF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the fluorescence values (ex = 480 nm, em = 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 71: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 49 

 

 Figure 3.6 – Analysis of nHSF proliferation following treatment with GP226 and its fractions.  Graphs of nHSF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with silicone for  (A) 24,  (B) 48,  (C) 72 and  (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the  fluorescence values  (ex  =  480  nm,  em  =  520  nm)  pooled  from  three  separate  experiments,  in  which  each treatment was performed  in  triplicate  (n = 9). Significant differences  (*) are  illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 72: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

Figure 3.7 – Analysis of KF proliferation following treatment with GP226 and its fractions. Graphs of KF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the fluorescence values (ex = 480  nm,  em  =  520  nm)  pooled  from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was performed in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 73: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 51 

 

 

Figure 3.8 – Analysis of nKF proliferation following treatment with GP226 and its fractions.  Graphs of nKF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with silicone for (A) 24, (B) 48, (C) 72 and (D) 168 hours. Data are expressed as an average of the fluorescence values (ex = 480 nm, em = 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

 

 

Page 74: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

Cell  viability  was  significantly  and  dose  dependently  decreased  to  levels  below  the 

untreated controls when Fractions III and IV were applied to HSF, as depicted in Tables 3.4 

and  3.5  respectively.  A  similar  decrease was  found  in  KF  cells  from  48  hours  onwards. 

Viability  was  dose  dependently,  but  not  significantly,  decreased  when  Fraction  III  was 

applied to nHSF and nKF from 48 hours onwards. In fact, the viability of nHSF and nKF was 

not decreased to the levels observed with GP226 following treatment with Fraction III over 

the  four  timepoints  investigated. Overall,  the  results obtained with  Fraction  IV were  the 

most  similar  to  those  observed  with  GP226  in  terms  of  raw  values  obtained,  dose 

dependency and significance.  Interestingly, Fraction  IV did not significantly decrease nHSF 

and nKF viability until day 7. The results obtained for the proliferation studies indicate that 

both Fraction III and IV dose dependently decrease HSF, nHSF, KF and proliferation from 24 

hours onwards. Once again, it was observed that Fraction IV decreased cell proliferation of 

all cell types to levels most similar to those obtained for GP226 in terms of the raw values 

obtained, dose dependency and significance. 

 

Fraction V, at a concentration of 0.1% and greater,  significantly decreased HSF, nHSF, KF 

and nKF viability to  levels well below those obtained  for GP226. The numerical values  for 

HSF viability  following  treatment with Fraction V are depicted  in Table 3.6. These  results 

demonstrating  significantly  reduced  cell  viability  from  24  hours  onwards  suggest  that 

Fraction V was toxic. Interestingly, while the viability of HSF, nHSF, KF and nKF was virtually 

zero when treated when the two highest concentrations, 0.3% and 1%, of Fraction V, the 

proliferation assays (Figures 3.5‐3.8) revealed that a significant amount of DNA content was 

still present compared to the untreated control.  

 

The PEG and PDMS controls did not dose dependently reduce the viability and proliferation 

of  any  cell  type  to  the  same extent  as  found with GP226. The numerical  values  for HSF 

viability and proliferation  following treatment with PEG and PDMS are depicted  in Tables 

3.7 and 3.8, respectively. In some cases, PEG and PDMS significantly increased the viability 

and proliferation of nHSF and nKF compared  to  the untreated controls of nHSF and nKF. 

These  increases  in  viability  and  proliferation  were  particularly  evident  in  the  results 

obtained at 168 hours (7 days). In terms of cell viability and proliferation of the untreated 

controls, all cell types appeared to reach peak viability and DNA content at either 48 hours 

or  72  hours.  Therefore,  48  hours  was  selected  as  the  best  timepoint  for  further 

experiments. 

Page 75: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 53 

 

In view of the cell proliferation and viability results obtained following application of GP226 

to fibroblasts, it was decided to investigate the effect of GP226 and its fractions on HK at 48 

hours  only  (Figure  3.9). Analysis  of  the  data  obtained  for HK  revealed  that  PEG  did  not 

significantly  (p<0.05)  decrease  the  viability  or  proliferation  of  HK  compared  to  the 

untreated controls. Fraction IV significantly (p<0.05) reduced both HK viability (0.82 ± 0.06) 

and proliferation  to  the same extent as observed  for GP226. While proliferation of HK  in 

response to Fraction V was significantly (p<0.05) reduced, and to a similar extent as GP226, 

HK viability was found to be even further decreased, supporting the concept that Fraction V 

is toxic. Taken together, these assays demonstrate that Fraction IV was most similar to the 

crude GP226 when applied to HSF, nHSF, KF, nKF and HK.  

 

3.3.2 Silicone and Protein Interaction 

Silicone  oil  has  previously  been  implicated  in  the  induction  of  protein  aggregation 

(Bernstein, 1987).  It was therefore hypothesized that the silicone being used  to  treat  the 

cells was lowering the availability of proteins through their aggregation.  This would in turn 

affect  the  cells  indirectly  by  starving  the  cell  cultures  of  proteins  that  are  required  for 

normal  function and growth. An  indirect  investigation of  this hypothesis was undertaken 

whereby  the cells were cultured with cell culture medium containing varying amounts of 

FCS, up  to 20%, a concentration  that provides double  the  standard concentration of FCS 

used to culture the cells. Figure 3.10 illustrates the morphology of HSF cells when cultured 

in 0%, 5%, 10% or 20%  FCS and  treated with GP226  (0.1%) at  the  same  time.  Following 

treatment,  the  samples  were  treated  with  Sirius  Red  to  stain  collagen.  Figure  3.10 

demonstrates that the cell density of HSF is dramatically reduced after 48 hours of silicone 

treatment  in all cell culture conditions. Furthermore,  the distribution of collagen present 

within the cells was not altered in any of the different culture conditions. This suggests that 

the results obtained with GP226 are not related to the amount of FCS present. 

 

Page 76: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

                C

 

 

 

 

 

 

 

Figure  3.9  – Analysis  of HK  viability  and  proliferation  following  treatment with GP226  and  its fractions. Graphs  of  (A) HK  viability,  as measured  by WST‐1,  and  (B) HK  proliferation,  as measured  by  the Cyquant assay  following  treatment with  silicone  for 48 hours.  (C) Numerical values of HK viability and proliferation following treatment with silicone for 48 hours. Data are expressed as an average of the  absorbance  (440  nm,  ref  =  620  nm)  and  fluorescence  (ex  =  480  nm,  em  =  520  nm)  values obtained from three replicate experiments, in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Significant differences (*) are  illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM.    

 

  Cell Viability Cell Proliferation

Untreated  1.40 ± 0.08 12353 ± 1116

i3T3  0.17 ± 0.04 1367 ± 50.0

PEG ‐ 0.1%  1.45 ± 0.11 12477 ± 1019

GP226 ‐ 0.1%  0.77 ± 0.04 8138 ± 504

Fraction I ‐ 0.1%   1.36 ± 0.09 11143 ± 534

Fraction II ‐ 0.1%  0.05 ± 0.02 1582 ± 402

Fraction III ‐ 0.1%  1.40 ± 0.08 9491 ± 329

Fraction IV ‐ 0.1%  0.82 ± 0.06 9505 ± 291

Fraction V ‐ 0.1%  0.36 ± 0.03 8120 ± 283

Page 77: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 55 

 

 

 

Figure  3.10  –  Investigation  of  HSF morphology  following  culture  in media  containing  different concentrations of FCS and treatment with GP226. Images of HSF morphology obtained via  light microscopy following culture  in media containing 0%, 5%, 10% or 20% FCS and following treatment with GP226 for 48 hours. The untreated control is HSF treated with medium containing no silicone. Cells were stained with Sirius Red and representative images are depicted from three replicate experiments (n = 3). Scale bar represents 100 µm.   

Page 78: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

The  phenomenon  of  protein  aggregation  following  interaction  with  silicone  was  also 

investigated  via  gel  electrophoresis.  Figure  3.11  illustrates  the  molecular  weight  and 

distribution of proteins present within cell culture medium containing 0%, 5%, 10% or 20% 

FCS, with and without GP226.  It  is observed that the distribution of proteins do not differ 

between the cell culture media containing no silicone and the cell culture media containing 

GP226.  Specifically,  no  high  molecular  weight  bands  indicative  of  aggregated  protein 

appear  in cell culture media containing GP226. Taken together, GP226 does not appear to 

be exerting its action via the induction of protein aggregation in cell culture medium.  

 

 

 Figure 3.11 – Analysis of protein aggregation in cell culture medium containing silicone and varying concentrations of FCS Electrophoresed  gel  of  proteins  present  in  cell  culture media with  and without  0.1% GP226  and containing  0%,  5%,  10%  or  20%  FCS.  Proteins  present were  silver  stained  for  determination  of distribution  and molecular weight.  Lane M  indicates  the  protein molecular weight  standard.  Cell culture media containing no silicone and varying concentrations of FCS are depicted  in  lanes 1 (0% FCS), 2 (5% FCS), 3 (10% FCS) and 4 (20% FCS). Cell culture media containing 0.1% GP226 and varying concentrations of FCS are depicted in lanes 5 (0% FCS), 6 (5% FCS), 7 (10% FCS) and 8 (20% FCS).   

 

 

Page 79: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 57 

 

3.3.3 Further Investigation of HSF Morphology following Treatment with Fraction IV 

In view of the cell viability and proliferation data, real time microscopy was used to observe 

the direct response of HSF to GP226, Fraction IV and Tween 20 at concentrations between 

0.01%  and  1%.  Tween  20 was  included  as  it  is  a  surfactant  like GP226  and  Fraction  IV. 

Figure 3.12 illustrates the morphology of HSF when treated with Fraction IV and Tween 20 

at  a  concentration  of  0.1%  for  48  hours.  It  can  be  observed  that  HSF  density  and 

morphology were dramatically affected following treatment with Fraction IV and Tween 20. 

Furthermore,  HSF  undergoing  apoptosis  exhibited  characteristics  such  as  membrane 

blebbing and cytoplasm swelling after 24 and 48 hours of treatment. Similar results were 

obtained when HSF were  treated with GP226  (data not shown). When HSF were  treated 

with Tween 20, membrane swelling and movement, resulting in fuzzy images, was evident 

immediately. This suggests that the HSF treated with Tween 20 were undergoing a form of 

apoptosis  called  anoikis, which  is  induced when  anchorage‐dependent  cells detach  from 

the  surrounding ECM  (Frisch and Screaton, 2001). Furthermore,  this phenomenon of  the 

immediate  membrane  swelling  and  detachment  from  the  cell  culture  surface  was  not 

observed when HSF were  treated with GP226 or Fraction  IV,  suggesting  that anoikis was 

not occurring in these samples.  

 

3.3.4 Investigating the Induction of HSF Apoptosis following Treatment with Silicone.  

The  observations  recorded  with  real‐time  microscopy  prompted  us  to  examine  the 

induction  of  apoptosis  following  treatment  of  fibroblasts with  the  amphiphilic  silicones. 

This  has  not  been  reported  in  the  literature  previously.  Immunofluorescent microscopy 

analysis,  using  the  Tunel  assay,  of  apoptotic HSF  in  response  to GP226,  Fraction  III  and 

Fraction IV (0.1%), is depicted in Figure 3.13. This reveals that the positive control, including 

untreated  cells  incubated with  DNAse  I,  exhibited  positive  immunofluorescence  for  the 

assay. Furthermore, apoptotic cells are evident in the HSF cultured with GP226, Fraction III 

and  Fraction  IV. Although  not observed  in  any  other  samples,  the  small  size  of  positive 

immunofluorescent particles  in the HSF sample treated with Fraction  III suggests that the 

positive staining may well be background  immunofluorescence. Nevertheless, background 

immunofluorescence was not detected in the negative control. Furthermore, no apoptotic 

cells were detected in the untreated HSF or the HSF cultures treated with PEG or Tween 20. 

 

 

 

Page 80: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

 

Figure 3.12 – Analysis of HSF morphology following treatment with Fraction IV and Tween 20. Images  of  HSF  morphology  obtained  through  real‐time  microscopy  following  treatment  with Fraction  IV and Tween 20  for 48 hours.   The untreated control  includes HSF treated with medium containing  no  silicone.  Representative  images  are  depicted  from  three  replicate  experiments,  in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Examples of apoptotic cells are indicated by the arrows. Scale bar represents 50 µm. 

 

 

 

Page 81: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 59 

 

 

 

 Figure  3.13  –  Investigation  of  apoptosis  in  HSF  following  treatment  with  GP226,  Fraction  III, Fraction IV and Tween 20.  Immunofluorescent images of Tunel positive HSF following treatment with silicone and Tween 20 for 48  hours.  Green  indicates  Tunel  positive  cells,  while  blue  localises  the  cell  nucleus.  Controls displayed  include  the  untreated  control  (HSF  treated  with  cell  culture  medium  containing  no silicone), positive control  (including  fixed and permeabilised untreated HSF  treated with DNAse  I) and  negative  control  (including  untreated  HSF  stained  with  the  labelling  solution  only  without enzyme).  Representative  images  are  depicted  from  three  replicate  experiments,  in  which  each treatment was performed in triplicate (n = 9). Scale bar represents 100 µm.   

Page 82: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

3.4 DISCUSSION 

The primary aim of  the experiments  in  this  chapter was  to  investigate  the potential  scar 

remediating ability of a commercially available silicone species, GP226, that  is structurally 

similar to those found previously to traverse the stratum corneum (Sanchez et al., 2005). It 

is reported herein that GP226,  fractioned  into  five species of differing molecular weights, 

reduces  cell  viability  and  proliferation  of HSF,  nHSF,  KF  and  nKF.  Interestingly,  differing 

effects on cell viability and proliferation were observed when the cells were  treated with 

the  five  fractions. Of  note,  application  of  Fraction  IV  to  dermal  fibroblasts  in  vitro, was 

found  to  induce effects  similar  to GP226. Furthermore,  it was demonstrated  that GP226 

and  its  active  fraction,  IV,  induces  apoptosis  in  dermal  fibroblasts  derived  from 

hypertrophic scars. 

 

These  investigations were motivated by  a need  to  validate  the  earlier  findings  from our 

laboratory  indicating  that  exposure  of  dermal  fibroblasts  to  GP226  and  its  fractions 

decreased  cell  viability.  While  investigating  cell  viability  provides  a  measure  of 

metabolically viable  cells present,  it doesn’t, however,  indicate  the  total number of  cells 

present. Therefore,  it was evident  that not only cell viability but  cell proliferation, which 

measures  the amount of DNA present, needed  to be evaluated. While prior experiments 

demonstrated  that  significant  decreases  in  cell  viability  occur  following  exposure  of 

fibroblasts to GP226 for 48 hours, Hanasono et al. (2004) reported that differences  in the 

cell  growth  curves  of  dermal  fibroblasts  occurred  between  days  2  and  5  following 

treatment with silicone. This prompted the examination of cells in our functional studies at 

a  range of different  timepoints. Cell  viability  and proliferation of HSF, nHSF, KF  and nKF 

following treatment with silicone was therefore measured at 24, 48, 72 and 168 hours  (7 

days). 

 

The data generated  through  these  studies confirmed  the previously documented  results, 

revealing  that  not  only  viability,  but  also  proliferation,  of  HSF,  nHSF,  KF  and  nKF  was 

affected  by  GP226  and  its  fractions  over  the  four  time  points  investigated.  It was  also 

observed  that  Fractions  III,  IV  and  V  are  the  most  active  components  of  GP226  and 

decreased  the  viability,  as  well  as  proliferation,  of  all  cell  types  in  a  dose‐dependent 

manner (Figure 3.1‐3.8). It was clear that Fraction IV and V induced effects most similar to 

those  found with  GP226  in  HSF,  nHSF,  KF  and  nKF.  However,  Fraction  V was  found  to 

produce  inconsistent  results  in  other  experiments  performed  within  our  laboratory, 

Page 83: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 61 

 

especially as  it contained contaminants of  the GP226 manufaction process  (Radi, B. pers. 

comm.). Unlike the data generated with the preliminary assays (Charters, 2007), Fractions I 

and II dose dependently reduced the viability and proliferation of all cell types, albeit not to 

the  same  extent  as  observed with  GP226.  Unlike  Hanasono  et  al.,  (2004),  increases  in 

viability  or  proliferation  of  all  cell  types  following  treatment with  the  silicones was  not 

observed after 48 hours of treatment with silicone. In view of this, 48 hours was selected as 

the  best  timepoint  for  further  experiments  as  this  was  the  timepoint  that  led  to  the 

greatest  proliferation  in  the most  of  the  control  treatments. With  respect  to  these,  the 

effect of PEG and PDMS actually significantly increased the viability and proliferation of the 

dermal  fibroblasts,  particularly  at  168  hours  (7  days),  to  levels  well  above  the  control 

(Figures 3.1‐3.8). These results were significant as they demonstrated that the decreases in 

cell viability and proliferation observed  in  fibroblasts exposed  to GP226 and  its  fractions 

were  due  to  the  unique  structure  of  PDMS‐PEG  copolymers,  but  not  the  PDMS  or  PEG 

structures individually. 

 

There are two main cell types, keratinocytes and fibroblasts, within the epidermis and dermis of 

skin (Werner et al., 2007). Responses of keratinocytes (HK) as well as fibroblasts to GP226 and 

its  fractions were  therefore assessed  (Figure 3.9).  Interestingly,  in  terms of  cell  viability and 

proliferation, the HK responses were different to the fibroblasts. For example, 262.5 ng/mL of 

Fraction  II decreased HK viability and proliferation  significantly, a  concentration  that did not 

affect fibroblast viability or proliferation. This difference, however, was not explored further in 

these doctoral studies as the focus of the experiments was on fibroblasts. Furthermore, while 

the control treatments increased fibroblast viability and proliferation, the application of PEG to 

HK did not significantly affect cell viability or proliferation. Taken together, these data suggest 

that different cell types within skin tissue have different responses to the silicones, illustrating 

the  importance  of  analysing  the  effect  of  GP226  and  its  fractions  on  both  fibroblasts  and 

keratinocytes. Nevertheless, it was still clear that Fraction IV exhibited the most similar results 

to those that were observed with GP226.  

 

Another  important aspect of  the analyses conducted here  is  that  the effects of both HSF 

and KF were examined. This  is especially  important the effect of GP226 on keloid‐derived 

tissues  has  not  been  reported  in  the  literature.  It  has  previously  been  reported  that 

silicone‐related  effects  are  not  as  evident  in  keloid‐derived  fibroblasts  than  when 

compared to effects observed  in hypertrophic‐derived fibroblasts (Hanasono et al., 2004). 

Page 84: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

Our  analyses  of  cell  viability  and  proliferation,  however,  demonstrated  no  major 

differences between HSF and KF or nHSF and nKF when compared to the controls. Keloid 

and hypertrophic scars are histologically and morphologically different (Bayat et al., 2003) 

and  the  fibroblasts  derived  from  keloid  scars  appear  and  behave  differently  to  those 

derived  from  hypertrophic  scars  (Hanasono  et  al.,  2004).  Furthermore,  while  dermal 

fibroblasts have been derived from keloid scars and used  in vitro (Bayat et al., 2003) for a 

variety of wound  repair  studies,  it  is not known  if  these differences  in KF behaviour are 

typical  of  their  in  vivo  phenotype.  Unlike  others,  no  differences  in  KF  behaviour  were 

observed, but the fact that cells of passage 4‐7 were used, rather than cells derived directly 

from  tissues, may  explain  the  similarities  observed. Nevertheless,  in  view of  the  lack  of 

pronounced differences between HSF and KF  in our studies, the future analyses described 

in this thesis investigated only HSF and nHSF.  

 

The  decreases  in  cell  viability  and  proliferation  observed  following  application  of GP226 

and  its  fractions  to  HSF,  nHSF,  KF  and  nKF  caused  us  to  consider  what  mechanisms 

underpinned  the effects of  the silicone on cells. One hypothesis considered was  that  the 

silicone being used  to  treat  the cells was  inducing aggregation of FCS proteins within  the 

cell  culture  medium  and  was  therefore  ‘starving’  the  cells  of  their  required  nutrients. 

Silicone  oil  has  previously  been  implicated  in  the  induction  of  protein  aggregation 

(Bernstein,  1987).  Jones  et  al.  (2005)  reported  that  silicone  oil‐induced  aggregation  of 

proteins  occurred  dramatically with  bovine  serum  albumin  (BSA),  possibly  causing  it  to 

undergo  gross  conformational  changes  and  rendering  it  non‐functional. However, when 

HSF were cultured with medium containing FCS of varying concentrations (up to 20%) and 

simultaneously treated the cells with silicone, cell density was still dramatically decreased 

(Figure 3.10).  Similar  responses were obtained  regardless of what  concentrations of  FCS 

were  present.  Furthermore,  gel  electrophoresis  of  cell  culture media  containing  silicone 

and  different  concentrations  of  FCS  did  not  indicate  any  higher  molecular  weight, 

aggregated protein products compared to cell culture media containing FCS but no silicone 

(Figure 3.11). 

 

Following on  from  this, cell morphology  following  treatment with GP226, Fraction  IV and 

Tween 20 was  investigated. Tween  20 was  included  as  it  is  a  surfactant  like GP226  and 

Fraction  IV.  It  became  evident  through  real‐time  microscopy  that  HSF  exhibited 

morphology  indicative of apoptosis. This  included cell shrinkage, membrane blebbing and 

Page 85: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   3 . 0  | 63 

 

nuclear  fragmentation  following treatment with GP226 and Fraction  IV  (Figure 3.12). This 

morphology was not observed when Tween 20 was used as a  treatment, demonstrating 

that not all surfactants have  the same effect upon exposure  to dermal  fibroblasts. While 

the cell viability and proliferation assays used  in this study only determined the presence 

and  viability  of  cells,  the mode  of  death  is  not  evident.  Therefore,  the  presence  of HSF 

undergoing apoptosis following treatment with GP226 and Fraction IV was confirmed using 

the Tunel assay  (Figure 3.13). Decreased apoptosis of  fibroblasts has been  reported as a 

major  factor  in  the  etiopathogenesis  of  hypertrophic  and  keloid  scars  (Appleton  et  al., 

1996;  Saray  and Gulec, 2005;  Sayah et al., 1999). The  regulation of ECM deposition  and 

remodelling is a key element in hypertrophic scar formation (Eckes et al., 2000), but tissue 

homeostasis, which is maintained through a balance between cell proliferation and death, 

is  equally  important  (Bellemare  et  al.,  2005;  Moulin  et  al.,  2004).  Moreover,  it  is 

increasingly  apparent  that  subtle  moderations  of  scar  microenvironments,  other  than 

reduced collagen production, can influence the disappearance and maintenance of wound 

granulation tissue (Moulin et al., 2004). The development of a therapy containing the active 

fraction  (IV) of GP226  therefore has potential as a  scar  treatment as  it may  remove  the 

tissue  bulk  associated  with  abnormal  scars,  as  well  as  eliminate  any  excess  collagen 

production through the removal of cells that are producing it.  

 

Cytotoxic agents are  in fact currently being used clinically to reduce the extraneous tissue 

associated  with  hypertrophic  scar  formations  (Espana  et  al.,  2001; Meier  and  Nanney, 

2006).  One  such  example  is  bleomycin,  an  apoptotic  agent  that  is  also  used  in 

chemotherapy (Yamamoto, 2006). Although this therapy has shown encouraging results in 

remediating  scars  in  many  reports  (Espana  et  al.,  2001;  Saray  and  Gulec,  2005),  the 

injection of bleomycin into the skin of healthy subjects has been found through histology to 

cause  an  increase  in  inflammatory  infiltrate  and  higher  rates  of  keratinocyte  necrosis 

(Templeton et al., 1994). Furthermore, its use requires application by injection, an invasive 

procedure  with  increased  associated  complications.  The  use  of  bleomycin  also  has  the 

potential to cause major side‐effects of systemic toxicity, as well as pulmonary, renal and 

cutaneous  fibrosis  in  the  longer  term  (Crooke  and  Bradner,  1976;  Shastri  et  al.,  1971). 

Clearly, a non‐invasive  topical  silicone  treatment  that  stimulates an equivalent apoptotic 

effect with minimal side‐effects would be advantageous. 

 

Page 86: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   G P 2 2 6  

 

An  implication  of  our  findings,  however,  involves  the  issue  of whether  the  amphiphilic 

silicone  products  investigated  in  our  study  are  truly  inert within  the  human  body.  It  is 

generally  accepted  that  silicone  is  an  inert  substance  (Chan  et  al.,  2005)  and  numerous 

clinical studies on silicone gel‐filled breast implants have failed to find any association with 

increased  rates  of  systemic  disease  (Lewin  and  Miller,  1997).  However,  silicone‐PEG 

copolymers,  consisting  of  PDMS  and  PEG  structures  similar  to  that  in GP226,  have  also 

been reported to be physically  inert.  In  fact, silicone‐PEG copolymers are used as surface 

tension depressants, wetting agents and emulsifiers  in cosmetics, often being  included at 

concentration  ranges of 0.1%  ‐ 10%  (Sage, 1982). Despite  this, our own  findings  suggest 

that  silicone‐PEG  copolymers,  such  as  GP226  and  Fraction  IV,  are  not  inert  and  induce 

decreases in cell viability, proliferation and an increase in apoptosis. This demonstrates that 

not all silicone‐PEG copolymers are inert within the human body. It is hypothesised that the 

low molecular weight of GP226 and Fraction IV contributes to their unique action following 

exposure to dermal fibroblasts. In summary, the results reported here suggest that GP226, 

and particularly Fraction IV, are novel silicone species with potential for clinical application 

in scar remediation. 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 87: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 65 

 

CHAPTER 4.0 

FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF SYNTHETIC 

SILICONES, INCLUDING PDMS7‐g‐PEG7, ON DERMAL 

FIBROBLASTS  

4.1 INTRODUCTION 

The results described  in Chapter 3.0 demonstrated  that GP226 and  its active  fraction,  IV, 

reduced cell viability, as well as proliferation, and  induced apoptosis  in fibroblasts derived 

from  hypertrophic  scars.  These  results were  significant  as  GP226 was  a  crude  polymer 

mixture containing different  fractions of varying molecular weight and  it was unknown  if 

the  individual  fractions  had  similar  biological  effects. By  separating GP226  via  PSEC  and 

HPLC and analysing the different components through various cell‐based functional assays, 

it was found that only a small proportion of the polymer mixture, namely Fraction IV, was 

responsible for the effects elicited by GP226. The fractionation approach, however, yielded 

only 8% of  Fraction  IV, meaning  that a  large amount of GP226 was  required  in order  to 

obtain  small  amounts  of  Fraction  IV  (Gardoni,  M.  pers.  comm.).  Furthermore,  the 

fractionation methodology was labour‐intensive and time inefficient.   

 

In view of this, methods that could be used to more efficiently isolate and purify Fraction IV 

from GP226 were  examined  (Dickfos,  2008).  Reverse‐phase HPLC was  one  such method 

that was further investigated and Figure 4.1 depicts the resultant chromatograms obtained 

for GP226 and Fraction IV. It is evident in Figure 4.1 that Fraction IV, depicted as the ‘active’ 

fraction, was found to be a mixture of compounds with differing chemical properties. These 

differences most likely arise from variations in the silicone (PDMS) backbone and PEG side 

chain lengths within Fraction IV (Dickfos, 2008).  

 

It was demonstrated through these studies that the HPLC method could not be optimised 

to become more efficient at  fractionating Fraction  IV.  It  therefore became apparent  that 

the silicones would need to be synthesised to be used as treatments  in our  laboratory  in 

order to achieve the level of purity and quantities of silicones required for experimentation. 

The silicones to be synthesised were based on the structure of Fraction IV. While Fraction 

IV was not one single species of specific structure (Figure 4.1), it was the silicone treatment 

that  had  demonstrated  the most  consistent  and  dose‐dependant  results  in  our  in  vitro 

Page 88: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

assays of  cell  viability and proliferation. Therefore,  the  structure of  Fraction  IV was  fully 

characterised by matrix‐assisted laser desorption/ionization (MALDI) and nuclear magnetic 

resonance  (NMR)  analysis,  with  the  resulting  structure  depicted  in  Figure  4.2  (Dickfos, 

2008). It can be observed in Figure 4.2 that Fraction IV was found to be a rake amphiphilic 

silicone  consisting  of  a  PDMS backbone  and  PEG  side  chains. Based  on  this  structure,  a 

range of amphiphilic silicones were subsequently synthesised. 

 

 

Figure 4.1 – Molecular weight distribution of the crude GP226 and active fraction, Fraction IV. Chromatogram of GP226 and Fraction IV as determined by HPLC (Dickfos, 2008). 

 

 

 

 

 Figure 4.2 – Structure of Fraction IV Chemical structure of Fraction IV showing the rake structure comprised of a silicone backbone and PEG sidechains (Dickfos, 2008).  

Page 89: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 67 

 

The synthesis of amphiphilic silicones, also known as silicone surfactants,  is well reported, 

with applications ranging from cosmetics, detergents, toiletries, emulsifying agents and  in 

agriculture (Hill, 1999, 2002; Schlachter and Feldmann‐Krane, 1998). Synthesis of a series of 

amphiphilic  silicones,  including  both  rake‐  and  block‐  substructures, were  performed  by 

chemists within our  laboratory  (Dickfos, 2008; Keddie et al., 2010). A  two‐step approach 

was undertaken whereby a  range of PDMS backbones and PEG  sidechains with differing 

oligomeric  length were  separately  synthesised  before  being  coupled  together.  Different 

combinations  of  PDMS  and  PEG  were  coupled  together  to  generate  a  small  library  of 

amphiphilic silicone oligomers with  low molecular weight and a broad range of properties 

(Table  4.1).  Importantly,  the  amphiphilicity  of  the  synthesised  silicones,  as  indicated  by 

their hydrophilic‐lipophilic balance  (HLB)  factor, varied greatly. Of note,  the equation  for 

HLB  is  20  x  (MH  /  (MH  + ML)  (Griffin,  1954).  The HLB  scale operates on  a  scale of  1‐20, 

whereby  lower HLB values  indicate more hydrophobic compounds, such as PDMS15.2‐PEG8 

and  PDMS15.2‐PEG4, while  higher  values  indicate more  hydrophilic  compounds,  including 

PDMS10.5‐PEG8 and PDMS7‐g‐PEG7 (Robbers and Bhatia, 1961).  

 

Oligomer ID No. of Silicone 

repeat units 

No. of PEG 

repeat units 

Type of 

Structure 

Molecular 

weight (Da) 

HLB 

factor 

PDMS15.2‐PEG8  15.2  8  Block  2036  8.36 

PDMS10.5‐PEG8  10.5 8 Block 1687  10.08

PDMS15.2‐PEG4  15.2 4 Block 1684  5.92

PDMS7‐g‐PEG7  7  7  Rake  1265  12.06 

Table 4.1 – Properties of the synthesised amphiphilic silicones used as treatments. Properties of PDMS15.2‐PEG8, PDMS10.5‐PEG8, PDMS15.2‐PEG4 and PDMS7‐g‐PEG7 are presented.  

 

The purpose of the studies reported within this chapter is to evaluate the scar remediating 

potential of these various amphiphilic silicone species. To investigate this, cell proliferation 

and  the  induction of  apoptosis  in HSF, nHSF  and HK was  evaluated  following  treatment 

with these new synthetic silicones.  

 

 

 

 

 

Page 90: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

4.2 EXPERIMENTAL PROCEDURES 

Full  specifications  of  materials  and  methods  used  in  experimental  procedures  for  this 

chapter are described  in Chapter 2. Following on  is a summary of the procedures used to 

generate data in sections 4.3.1 to 4.3.4. 

 

4.2.1 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers 

For full specifications of the synthesis of PDMS‐PEG oligomers used  in this chapter, please 

see  section  2.2.2  as  well  as  Appendix  1.  The  synthetic  silicones  were  prepared  at 

concentrations ranging from 0.03% to 0.3% for screening experiments, and from 0.0001%  

to 1.0%  for other experiments,  in cell culture medium and used as treatments applied to 

cultured cells. In the experiment examining cell proliferation, the PDMS backbone, PDMS7, 

was included as a negative control.  

 

4.2.2 Fibroblast Cell Culture 

HSF  and  nHSF  were  independently  and  routinely  cultured  for  use  in  the  experiments 

performed in this chapter. Please refer to section 2.3.1 for more specific culture details. 

 

4.2.3 Keratinocyte Cell Culture 

HK  were  isolated  as  previously  described  (Dawson  et  al.,  2006)  from  human  skin  of 

consenting patients undergoing elective abdominoplasty or mammoplasty procedures  for 

use within  experiments  required  for  this  chapter.  Ethics  approval  to use  this  tissue was 

obtained  from  the  Queensland  University  of  Technology  Human  Research  Ethics 

Committee  (ID:3673H).  For more  specific  details  relevant  to HK  culture,  please  refer  to 

section 2.3.2.  

 

4.2.4 Cyquant Assay for Determination of Cell Proliferation 

Following culture, HSF, nHSF and HK were seeded into 96 well plates (Nunc) for treatment 

with silicones. Cultures of HSF and nHSF cells were seeded  into each well and were  then 

treated 24 hours  later with silicone solutions, as described  in section 4.2.1, diluted  in cell 

culture medium.  Cultures of HK cells were seeded onto i3T3 cells in 96 well plates and then 

24  hours  later  silicone  solutions,  as  described  in  section  4.2.1,  diluted  in  Full  Green’s 

Medium were added. In some experiments, HK were seeded into the 96 well plates without 

an  i3T3  feeder  layer.  Controls  included:  a  blank  control,  containing  medium  only;  an 

untreated  control,  containing  cells  treated  with medium  but  no  silicone;  and  negative 

Page 91: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 69 

 

control,  including cells treated with  the PDMS backbone, PDMS7,  . During all  incubations, 

the  cells were maintained  in  the  standard  conditions of  37°C  and  5% CO2.  Following  48 

hours treatment with silicone, cell proliferation was measured using the Cyquant Assay Kit. 

Further details describing the Cyquant Assay methodology can be found in section 2.4.2.  

 

4.2.5 Analysis of Cell Morphology via Real‐Time Microscopy 

Real‐time microscopy was used to visualize the response of HSF, nHSF and HK to silicone 

treatment over 48 hours.  In brief, HSF, nHSF and HK cells were plated  into 24 well plates 

and  treated with PDMS7‐g‐PEG7  (0.01 % and 0.03%) 24 hours  later. Real‐time microscopy 

was then performed with a Leica AF6000 Widefield Microscope and images taken every 15 

minutes for 48 hours. Still  images and movies were prepared using Leica Application Suite 

software. Please refer to section 2.4.4 for more specific details. 

 

4.2.6 Tunel Assay for the Detection of Apoptosis 

The induction of apoptosis following treatment of HSF, nHSF and HK to PDMS7‐g‐PEG7 was 

measured using the Tunel assay. Cell cultures of HSF, nHSF and HK were prepared  in glass 

8‐well  chamber  slides  and  treated with  PDMS7‐g‐PEG7  (0.003%  to  0.03%)  diluted  in  cell 

culture medium 24 hours  later. An untreated control, containing cells treated with media 

only, was included. After 48 hrs incubation, the Tunel assay was performed. Following this, 

a Nikon Eclipse TE2000‐U  fluorescence microscope was used  to visualise and photograph 

the cells. For more specific details describing the Tunel assay, please see section 2.4.5.  

 

4.2.7 Statistical Analysis 

All  experiments were  performed  three  times with  each  variable  tested  in  triplicate.  For 

each replicate experiment performed, cells isolated from a different patient were used. For 

all proliferation assays and  the quantification of apoptotic cells, data was expressed as a 

mean ± SEM and significance determined via analysis of variance followed by a pairwise t‐

test post hoc. P values < 0.05 were considered significant.   

 

4.3 RESULTS 

4.3.1 Analysis of Cell Proliferation following Treatment with the Synthesised Silicones 

It was previously established that GP226 and its active Fraction, IV, significantly decreased 

cell viability and proliferation when exposed  to  fibroblasts and keratinocytes.  It was also 

identified that a treatment time of 48 hours in vitro was optimal. Here, cell proliferation of 

Page 92: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

HSF, nHSF and HK  following treatment with the synthesized silicones prepared within our 

laboratory was measured. As our previous results showed similarities between HSF and KF 

as well  as  nHSF  and  nKF,  it was  decided  to  only  study  HSF  and  nHSF  from  hereon.  In 

addition,  as  no major  differences  in  our  previous  proliferation  and  viability  data,  only 

proliferation  of  HSF,  nHSF  and  HK  following  exposure  to  the  synthetic  silicones  were 

investigated. 

 

The response of HSF and nHSF following 48 hours treatment with the synthetic silicones are 

illustrated in Figure 4.3 and Figure 4.4, respectively. The silicones each had differing effects  

upon application to HSF and nHSF, despite the fact that the various silicones were of similar 

molecular  weight  and  structure.  For  example,  PDMS15.2‐PEG8  and  PDMS15.2‐PEG4, 

significantly and dose‐dependently decreased HSF and nHSF proliferation to  levels similar 

to  those  observed  for  GP226,  compared  to  the  untreated  controls.  PDMS10.5‐PEG8  also 

significantly  decreased  both HSF  and  nHSF  proliferation,  however,  the  results were  not 

dose dependant. The most significant and dose dependant decreases  in cell proliferation 

were  observed  when  HSF  and  nHSF  were  treated  with  PDMS7‐g‐PEG7,  whereby 

proliferation was decreased beyond  that obtained with GP226. For  this reason, PDMS7‐g‐

PEG7 was chosen for further examination. 

 

 

Figure 4.3 ‐ Analysis of HSF proliferation following treatment with the synthesised silicones. Graph  of  HSF  proliferation,  as  measured  by  the  Cyquant  assay,  following  treatment  with  the synthesised silicones for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values pooled from three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9).  Each replicate  experiment  used  fibroblasts  from  a  different  patient.  Significant  differences  (*)  are illustrated where P<0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

Page 93: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 71 

 

 

Figure 4.4 ‐ Analysis of nHSF proliferation following treatment with the synthesised silicones. Graph  of  nHSF  proliferation,  as measured  by  the  Cyquant  assay,  following  treatment  with  the synthesised silicones for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values pooled from three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9).  Each replicate  experiment  used  fibroblasts  from  a  different  patient.  Significant  differences  (*)  are illustrated where P<0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

 

4.3.2 Further Analysis of Cell Proliferation following Treatment PDMS7‐PEG7 

In  view of  the  cell proliferation data obtained when  screening  the  synthesised  silicones, 

PDMS7‐g‐PEG7 was further investigated by analysing its effect on HSF and nHSF proliferation 

over a  larger  range of concentrations.  In addition,  the  silicone backbone of PDMS7‐PEG7, 

PDMS7 was also analysed. The response of HSF and nHSF to 48 hours treatment of GP226, 

PDMS7‐g‐PEG7  and  PDMS7  are  depicted  in  Figure  4.5  and  4.6,  respectively.  Firstly,  it  is 

observed  that  48  hour  treatment with GP226  and  PDMS7‐g‐PEG7  dose  dependently  and 

significantly decreased HSF and nHSF proliferation, compared to the untreated control.  It 

was  evident  that  PDMS7‐g‐PEG7  exerted  its  effects  on  HSF  and  nHSF  at  a much  lower 

concentration that what was required with GP226. For example, a concentration of 0.003% 

PDMS7‐g‐PEG7 induced similar effects on HSF and nHSF to those obtained with 0.1% GP226.  

With  regards  to  the  silicone  backbone  control,  PDMS7  did  not  significantly  or  dose 

dependently  decrease  HSF  proliferation.  However,  at  some  concentrations,  PDMS7 

significantly decreased nHSF proliferation, albeit these decreases were not dose dependent 

nor consistent.  

 

 

 

 

Page 94: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

 

 

 

Figure  4.5  ‐  Analysis  of  HSF  proliferation  following  treatment  with  GP226,  PDMS7‐g‐PEG7  and PDMS7. (A) Graph of HSF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7  and  PDMS7  for  48  hours.  (B)  Numerical  values  of  HSF  proliferation  following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7 for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate  (n  =  9).  Each  replicate  experiment  used  fibroblasts  from  a  different  patient.  Significant differences  (*)  are  illustrated where P<0.05  relative  to  the untreated  control.  Error bars  indicate SEM. 

 

 

Untreated   4413 ± 319.9

Treatment  GP226  PDMS7‐g‐PEG7  PDMS7 

0.0001%  4338 ± 359.4  4408 ± 453.2  3793 ± 238.3 

0.0003%  4063 ± 319.2 3974 ± 363.7 3863 ± 280.0 

0.001%  3747 ± 206.4  3670 ± 446.4  4016 ± 412.4 

0.003%  3764 ± 354.6  2688 ± 381.6  4654 ± 512.4 

0.01%  3293 ± 367.9  789 ± 133  4387 ± 541.3 

0.03%  2915 ± 403.2 536 ± 53.9 4113 ± 479.6 

0.1%  2510 ± 243.1  115 ± 16.0  4436 ± 557.2 

0.3%  1715 ± 274.0  172 ± 20.8  4625 ± 649.8 

1.0%  551 ± 73.8  356 ± 63.6  4324 ± 570.4 

Page 95: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 73 

 

 

 

 

 

Figure  4.6  ‐ Analysis  of  nHSF  proliferation  following  treatment with GP226,  PDMS7‐g‐PEG7  and PDMS7. (A) Graph of nHSF proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7  and  PDMS7  for  48  hours.  (B)  Numerical  values  of  nHSF  proliferation  following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7 for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate  (n  =  9).  Each  replicate  experiment  used  fibroblasts  from  a  different  patient.  Significant differences  (*)  are  illustrated where  P<0.05  relative  to  the untreated  control.  Error bars  indicate SEM. 

 

 

Untreated   3687 ± 195.8     

Treatment  GP226  PDMS7‐g‐PEG7  PDMS7 

0.0001%  2981 ± 387.6 3648 ± 381.9 3348 ± 301.6 

0.0003%  3131 ± 252.8  3137 ± 308.8  2963 ± 327.8 

0.001%  2865 ± 203.8  2817 ± 226.8  3229 ± 256.7 

0.003%  2795 ± 171.9  2542 ± 305.0  3249 ± 313.6 

0.01%  2432 ± 290.5 710 ± 89.0 3356 ± 191.4 

0.03%  2049 ± 212.4  450 ± 31.1  3083 ± 231.1 

0.1%  1887 ± 282.4  82.0 ±14.2  3048 ± 291.2 

0.3%  1534 ± 257.4  146 ± 27.4  3317 ± 318.2 

1.0%  516 ± 97.2 329 ± 78.5 3547 ± 305.4 

Page 96: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

In  view  of  these  results,  the  effect  of  GP226,  PDMS7‐g‐PEG7  and  PDMS7  on  HK  were 

investigated as well  (Figure 4.7). These studies reveal that similar decreases, to what was 

found  in HSF proliferation assays, occur  in HK  following 48 hours  treatment with GP226, 

PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7. For example, lower concentrations of PDMS7‐g‐PEG7 than GP226 

PEG7 exerted a similar effect on HK as found with 0.01% GP226. In addition, PDMS7 did not 

dose  dependently  decrease HK  proliferation,  even  through  some  concentrations  elicited 

significant decreases  in HK proliferation. Furthermore, the i3T3 control showed essentially 

no proliferation compared to the untreated control. This indicates that the feeder layer was 

successfully removed before HK proliferation was assessed.  

 

It  is  evident  that PDMS7‐g‐PEG7  affects both  fibroblasts  and  keratinocytes. However,  the 

results  of  these  first  HK  studies,  involving  HK  grown  on  a  fibroblast  i3T3  feeder  layer, 

caused  us  to  question  whether  the  silicone  species  were  actually  affecting  the 

keratinocytes or  the  fibroblast  layer beneath  it. Therefore, HK were cultured without  the 

i3T3 feeder layer and once again measured proliferation following 48 hours treatment with 

GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7  (Figure 4.8). This  revealed  that some concentrations of 

GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7 significantly decreased HK proliferation compared to the 

untreated  control.  These  decreases  in  HK  proliferation  were,  however,  not  dose 

dependent. Furthermore, the untreated control (Figure 4.8)  led to much  less proliferation 

compared to the untreated control grown on an i3T3 layer (Figure 4.7). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 97: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 75 

 

 

 

 

Figure  4.7  ‐  Analysis  of  HK  proliferation  following  treatment  with  GP226,  PDMS7‐g‐PEG7  and PDMS7. (A) Graph of HK proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7 for 48 hours. (B) Numerical values of HK proliferation following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7  for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values  pooled  from  three  separate  experiments,  in  which  each  treatment  was  performed  in triplicate  (n  =  9).  Each  replicate  experiment  used  fibroblasts  from  a  different  patient.  Significant differences  (*)  are  illustrated where  P<0.05  relative  to  the untreated  control.  Error bars  indicate SEM. 

 

 

Untreated   18142 ± 1048     

i3T3  603 ± 141     

Treatment  GP226 PDMS7‐g‐PEG7 PDMS7 

0.0001%  14888 ± 1978 15141 ± 1727 13646 ± 1664 

0.0003%  13347 ± 1587  13951 ± 1446  15552 ± 2045 

0.001%  12754 ± 1771  11782 ± 1727  15431 ± 1995 

0.003%  11820 ± 1673 11022 ± 1162 16258 ± 1577 

0.01%  10377 ± 1591  6324 ± 887  14263 ± 1248 

0.03%  9237 ± 1025  100 ± 34.0  13218 ± 1508 

0.1%  7721 ± 964  112 ± 37.0  14263 ± 1248 

0.3%  3717 ± 929 315 ± 117 13218 ± 1508 

1.0%  358 ± 64  337 ± 112  14061 ± 1835 

Page 98: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

 

 

Figure 4.8 ‐ Analysis of HK proliferation, grown without an i3T3 feeder layer, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7. (A) Graph of HK proliferation, as measured by the Cyquant assay, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7  and  PDMS7  for  48  hours.  HK  were  cultured  without  an  i3T3  feeder  layer.  (B) Numerical values of HK proliferation, grown without an i3T3 feeder layer, following treatment with GP226, PDMS7‐g‐PEG7 and PDMS7 for 48 hours. Data are expressed as an average of the true values pooled from three separate experiments,  in which each treatment was performed  in triplicate (n = 9). Each replicate experiment used fibroblasts from a different patient. Significant differences (*) are illustrated where P<0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM. 

 

 

 

Untreated   2165 ± 124.2

Treatment  GP226  PDMS7‐g‐PEG7  PDMS7 

0.0001%  2203 ± 164.8  2110 ± 155.0  1777 ± 52.69 

0.0003%  2121 ± 135.6  2194 ± 343.3  1892 ± 76.73 

0.001%  1757 ± 162.7 2254 ± 399.7 2146 ± 194.2 

0.003%  1922 ± 142.1  1963 ± 66.06  2272 ± 156.4 

0.01%  2050 ± 97.18  2266 ± 271.2  2230 ± 264.6 

0.03%  2178 ± 270.9  1998 ± 255.8  1978 ± 87.97 

0.1%  2030 ± 287.8 1649 ± 238.8 1900 ± 58.21 

0.3%  1820 ± 224.5  1583 ± 202.2  1858 ± 74.17 

1.0%  1684 ± 348.1  1680 ± 257.5  1967 ± 88.85 

Page 99: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 77 

 

4.3.3 Investigation of Cell Morphology following Treatment with PDMS7‐PEG7 

Real  time microscopy was used  to observe  the direct  response of  fibroblasts  to PDMS7‐

PEG7. Figure 4.9 and 4.10  illustrate  the effect of PDMS7‐PEG7, at concentrations of 0.01% 

and 0.03%, on HSF and nHSF, respectively. The full sequence of images taken over 48 hours 

for these cultures via real time microscopy are provided  in Appendix 3.1 to 3.6.  It can be 

observed that HSF and nHSF displayed different effects depending on the concentration of 

PDMS7‐g‐PEG7  used.  HSF  or  nHSF  displaying  apoptotic  morphology  were  not  observed 

during the 48 hours treatment with 0.01% PDMS7‐g‐PEG7. Despite this, the density of HSF 

and nHSF following 48 hours treatment with 0.01% PDMS7‐g‐PEG7, was evidently decreased 

compared  to  the untreated control. Following application of 0.03% PDMS7‐g‐PEG7  to HSF 

and  nHSF,  apoptosis  was  evident  by  membrane  blebbing  and  by  the  swelling  of  the 

cytoplasms  of  cells  from  12  hours  onwards.  Furthermore, micelles  of  PDMS7‐g‐PEG7,  as 

depicted by the large round bubbles in Figures 4.9 and 4.10, are observed in both HSF and  

nHSF cultures treated with 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 from 12 hours onwards. Smaller micelles 

are also evident in HSF and nHSF cultures treated with 0.01% PDMS7‐g‐PEG7 from 12 hours 

onwards. 

 

The response of HK, grown with and without an i3T3 feeder layer, was also documented by 

real  time  microscopy  and  is  illustrated  in  Figures  4.11  and  4.12  respectively.  The  full 

sequence  of  images  taken  over  48  hours  for  these  cultures  via  real  time microscopy  is 

provided  in Appendix 3.7  to 3.12. The untreated HK  control,  grown with  an  i3T3  feeder 

layer, exhibited proliferative growth and colony formation at 48 hours. However, following 

treatment  of HK  grown with  an  i3T3  layer with  0.01%  PDMS7‐g‐PEG7,  the HK  appear  to 

begin differentiating from 12 hours onwards. Terminally differentiated HK are depicted by 

swollen and flattened HK cytoplasm and loss of nucleus (Rheinwald, 1979). When HK grown 

with an i3T3 feeder  layer were treated with 0.03% PDMS7‐PEG7, cell death occurs from 12 

hours but the presence of HK with apoptotic morphology is not evident.  

 

 

 

Page 100: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

 

Figure 4.9 – Analysis of HSF morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  Images of HSF morphology obtained  through  real‐time microscopy  following  treatment with 0.01 and 0.03% PDMS7‐g‐PEG7  for 48 hours.   The untreated  control  includes HSF  treated with medium containing  no  silicone.  Representative  images  are  depicted  from  three  replicate  experiments,  in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Examples of apoptotic cells are indicated by the arrows. Scale bar represents 50 µm.  

 

 

Page 101: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 79 

 

 

 

Figure 4.10 – Analysis of nHSF morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  Images of nHSF morphology obtained through real‐time microscopy  following treatment with 0.01 and 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 for 48 hours.   The untreated control  includes nHSF treated with medium containing  no  silicone.  Representative  images  are  depicted  from  three  replicate  experiments,  in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Examples of apoptotic cells are indicated by the arrows. Scale bar represents 50 µm. 

 

Page 102: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

 

Figure 4.11 – Analysis of HK morphology following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  Images of HK morphology obtained through real‐time microscopy following treatment with 0.01 and 0.03%  PDMS7‐g‐PEG7  for  48  hours.    HK were  cultured with  an  i3T3  feeder  layer.  The  untreated control includes HK treated with medium containing no silicone. Representative images are depicted from three replicate experiments, in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Scale bar represents 50 µm. 

 

 

Page 103: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 81 

 

 

 Figure 4.12 – Analysis of HK morphology, grown without an i3T3 feeder layer, following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  Images of HK morphology obtained through real‐time microscopy following treatment with 0.01 and 0.03% PDMS7‐g‐PEG7  for 48 hours.   HK were cultured without an  i3T3  feeder  layer. The untreated control  includes HK  treated with medium  containing  no  silicone.  Examples  of  apoptotic  cells  are indicated by  the arrows. Representative  images are depicted  from  three  replicate experiments,  in which each treatment was performed in triplicate (n = 9). Scale bar represents 50 µm. 

Page 104: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

Following treatment of PDMS7‐g‐PEG7 to HK grown without an  i3T3  layer, different effects 

compared  to  those  which  occurred  to  HK  grown  with  an  i3T3  layer  were  evident.  In 

comparing  the untreated controls only,  it  is evident  that HK grown without an  i3T3  layer 

are  not  proliferative.  A  large  proportion  of  the  HK  in  these  cultures  exhibit  flattened 

cytoplasm  and  appear  more  motile,  searching  for  improved  growth  conditions. 

Furthermore, the colonies formed in cultures of HK grown without an i3T3 feeder layer are 

not uniform and  lacked  the usual HK  ‘cobblestone’  formation.  In addition, contaminating 

i3T3 feeder cells, which are present from previous passages, are evident but the effects of 

these  within  the  HK  cultures  is  unknown.  It  can  be  observed  that  HK  differentiated 

following  application  of  0.01%  PDMS7‐g‐PEG7  for  48  hours  when  the  HK  were  grown 

without an i3T3 layer. Moreover, when higher concentrations of PDMS7‐g‐PEG7 were added 

(0.03%), HK undergoing apoptosis are clearly evident from 12 hours onwards.  

 

4.3.4 Investigation of the Induction of HSF Apoptosis following Treatment with PDMS7‐g‐

PEG7 

The results described in Chapter 3 indicated that treatment of HSF with GP226 and Fraction 

IV  led  to  the  induction  of  apoptosis.  Since HSF,  nHSF  and HK  also  exhibited  decreased 

proliferation  and  apoptotic morphology  following  treatment with  PDMS7‐g‐PEG7,  further 

studies using  the  Tunel  assay were  also  conducted. Analysis  of  apoptotic HSF  and nHSF 

were  performed  by  immunofluorescent  microscopy  following  the  Tunel  assay  and  are 

depicted  in Figure 4.13 and Figure 4.14  respectively. The HSF and nHSF positive  controls 

exhibit  positive  immunofluorescence  in  100  ±  0%  of  the  cells.  Furthermore,  no  positive 

immunofluorescence or background fluorescence is apparent in the negative controls (HSF, 

0 ± 0%; nHSF, 0 ± 0%). Similarly, untreated HSF and nHSF demonstrated minimal positive 

immunofluorescence  (HSF,  0.65  ±  0.42%;  nHSF,  0.30  ±  0.30%),  indicating  that  the 

population of apoptotic cells  in  treated cultures was not present before exposure  to  the 

silicone treatments. It is clearly evident by the positive immunofluorescence in Figures 4.13 

and 4.14 that apoptotic cells are present  in HSF and nHSF cultures treated with PDMS7‐g‐

PEG7  (0.03%  PDMS7‐g‐PEG7, HSF,  92.22  ±  3.72%;  nHSF,  100  ±  0%). Not  surprisingly,  the 

number  of  viable  cells  present  following  treatment,  as  illustrated  by  the  blue  DAPI 

immunofluorescence, decreases as concentration of PDMS7‐g‐PEG7 increases. Additionally, 

the proportion of apoptotic cells present  following  treatment  increases as PDMS7‐g‐PEG7 

Page 105: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 83 

 

concentration is increased (lowest to highest concentration; HSF, 0 ± 0%, 32.1 ± 9.62%, 92.2 

± 3.72%; nHSF, 7.09 ± 2.76%, 44.8 ± 5.48%, 100 ± 0%).  

 

Figure 4.13 ‐ Investigation of apoptosis in HSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  (A) Immunofluorescent images of Tunel positive HSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7 for 48 hours. Green  indicates Tunel positive cells, while blue  localises the cell nucleus. Controls displayed include the untreated control (HSF treated with cell culture medium containing no silicone), positive control (including fixed and permeabilised untreated HSF treated with DNAse I) and negative control (including  untreated  HSF  stained with  the  labelling  solution  only without  enzyme).  Represented images  are  depicted  from  three  replicate  experiments  (n  =  3).  Scale  bar  represents  100  μm.  (B) Graph  of  percentage  Tunel  positive HSF  following  treatment with  PDMS7‐g‐PEG7.  Apoptotic  cells were  quantified  by  counting  the  percentage  of  positive  immunofluorescent  cells  in  three 

Page 106: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

representative  images  for  each  treatment  and  for  each  replicate  experiment  performed  (n  =  9). Significant differences (*) are illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM.    

 

Figure 4.14 ‐ Investigation of apoptosis in nHSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  (A) Immunofluorescent images of Tunel positive nHSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7 for 48 hours. Green  indicates Tunel positive cells, while blue  localises the cell nucleus. Controls displayed include the untreated control (HSF treated with cell culture medium containing no silicone), positive control (including fixed and permeabilised untreated HSF treated with DNAse I) and negative control (including  untreated  HSF  stained with  the  labelling  solution  only without  enzyme).  Represented images  are  depicted  from  three  replicate  experiments  (n  =  3).  Scale  bar  represents  100  μm.  (B) Graph of percentage Tunel positive nHSF  following  treatment with PDMS7‐g‐PEG7. Apoptotic  cells were  quantified  by  counting  the  percentage  of  positive  immunofluorescent  cells  in  three representative  images  for  each  treatment  and  for  each  replicate  experiment  performed  (n  =  9). 

Page 107: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 85 

 

Significant differences (*) are illustrated where P < 0.05 relative to the untreated control. Error bars indicate SEM.    

The effect of PDMS7‐g‐PEG7 on HK apoptosis was also  investigated using the TUNEL assay 

(Figure 4.15).  In view of our  cell proliferation and  real  time microscopy  results, HK were 

cultured  with  an  i3T3  feeder  layer  for  this  experiment.  Additionally,  light  microscope 

images of the HK cultures were also  included for ease of differentiation between HK from 

the  i3T3  feeder  layer  cells.    Figure  4.15  demonstrates  that  HK  density  is  markedly 

decreased  and  apoptosis  is  induced  following  treatment with  0.01%  (11.9  ±  0.82%)  and 

0.03%  (71.2  ±  2.76%)  PDMS7‐g‐PEG7.  The  positive  control  exhibited  positive 

immunofluorescence for the assay. However, only 86.6 ± 1.75 % HK in the positive control 

demonstrated  positive  immunofluorescence.  This most  likely  occurred  due  to  stratified 

nature of HK proliferation in vitro, along with the inability of the DNase 1 or Tunel enzyme 

to reach all layers of cells. Despite this, no positive immunofluorescence for apoptosis was 

detected in the negative control (0 ± 0%) and minimal immunofluorescence was present in 

the untreated control (2.40 ± 0.62%). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 108: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

 

 

 

 

 

Figure 4.15 ‐ Investigation of apoptosis in HK following treatment with PDMS7‐g‐PEG7.  (A)  Immunofluorescent  images of Tunel positive HK,  cultured with an  i3T3  feeder  layer,  following treatment with PDMS7‐g‐PEG7 for 48 hours. Green indicates Tunel positive cells, while blue localises the  cell  nucleus.  Controls  displayed  include  the  untreated  control  (HSF  treated with  cell  culture medium containing no silicone), positive control  (including  fixed and permeabilised untreated HSF treated  with  DNAse  I)  and  negative  control  (including  untreated  HSF  stained  with  the  labelling solution only without enzyme). Represented  images are depicted from three replicate experiments (n = 3). Scale bar represents 100 μm. (B) Graph of percentage Tunel positive HK following treatment with  PDMS7‐g‐PEG7.  Apoptotic  cells  were  quantified  by  counting  the  percentage  of  positive immunofluorescent cells  in three representative  images  for each  treatment and  for each  replicate experiment performed  (n = 9). Significant differences  (*) are  illustrated where P < 0.05  relative to the untreated control. Error bars indicate SEM.    

 

 

 

 

Page 109: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 87 

 

4.4 DISCUSSION 

The  purpose  of  the  studies  reported  within  this  chapter  was  to  evaluate  the  scar 

remediating potential of a variety of  fully synthetic silicone species prepared by chemists 

within  our  laboratory.  The  need  for  synthesised  silicones  became  apparent  when  the 

amount of pure Fraction  IV required  for our experiments could not be  isolated efficiently 

from GP226.  The  synthesised  silicones were  of  low molecular weight  but with  a  broad 

range  of  properties,  including  varied  amphiphilicity  as  demonstrated  by HLB  factor  and 

structure. Our aim was to find a species of silicone that had either equal or greater effects 

on  HSF,  nHSF  and  HK  than  GP226  and  Fraction  IV,  in  terms  of  cell  proliferation  and 

apoptosis. Fraction IV was unable to be included in our experiments investigating the effect 

of the synthesised amphiphilic silicones as the amount required for these assays exceeded 

that available from fractionation of GP226.  

 

Our experiments  indicated  that each of  the synthesised  silicones had differing effects on 

HSF  and nHSF. However,  PDMS7‐g‐PEG7 was  the only  silicone  to decrease both HSF  and 

nHSF proliferation to  levels below those obtained  for GP226.  Interestingly, PDMS7‐g‐PEG7 

had  the  lowest molecular weight, was  the most hydrophilic  (as  indicated by  its high HLB 

factor), and was the only silicone oligomer synthesised that consisted of a rake structure. 

Although  a  range  of  silicones  with  differing  characteristics  were  evaluated,  the  exact 

structural characteristic of PDMS7‐g‐PEG7 responsible for its biological effects would require 

a wide range of rake silicone copolymers with similar molecular weight and HLB range to be 

studied to provide further insight.     

  

Upon examination of PDMS7‐g‐PEG7 applied at a wider range of concentrations to HSF and 

nHSF,  a  dose  dependant  effect  leading  to  decreased  proliferation  was  evident. 

Interestingly, dose dependant decreases in cell proliferation were also demonstrated when 

PDMS7‐g‐PEG7  was  applied  to  HK,  but  these  decreases  were  not  observed  when  the 

experiment was  repeated  using  HK  grown without  an  i3T3  feeder  layer.  It was  initially 

unclear whether  the decreases  in keratinocyte proliferation observed  following PDMS7‐g‐

PEG7  treatment  were  an  actual measure  of  decreased  keratinocyte  proliferation  or  an 

effect  arising  from  the  fibroblast  feeder  layer  beneath  the HK  cells.  It  has  been widely 

reported  that 3T3  fibroblasts have a protective  role  in HK culture  (Rheinwald and Green, 

1975).  Furthermore,  their  presence,  along  with  the  growth  factors  they  produce,  are 

essential  for  the proliferation and  subcultivation of HK  (Green, 1991; Green et al., 1977; 

Page 110: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

Rheinwald and Green, 1975). Indeed, comparisons of the untreated controls in the Cyquant 

experiments revealed that HK grown without a feeder layer exhibited much lower levels of 

proliferation than when HK were cultured with a feeder  layer. Our data suggests that the 

HK grown without an  i3T3  feeder  layer were not actively proliferating at the beginning of 

the  experiments.  Therefore,  assessing  PDMS7‐g‐PEG7  on  these  cells  in  this  situation 

indicated results that do not represent the true effects of the silicone.   

 

The decreases in cell proliferation observed following application of PDMS7‐g‐PEG7 to HSF, 

nHSF  and HK  led us  to  hypothesise  that  apoptosis was  occurring  during  treatment with 

these  silicones.  The  induction  of  apoptosis  in  cultures  of  HSF,  nHSF  and  HK  following 

treatment with PDMS7‐g‐PEG7 was confirmed through analyses of cell morphology and the 

Tunel assay. Although apoptosis in HSF, nHSF and HK following exposure to PDMS7‐g‐PEG7 

was  not  always  evident  in  our  studies  of  cell  morphology,  our  Tunel  experiments 

demonstrated  a  dose  dependant  rise  in  the  proportion  of  apoptotic  cells  as  the 

concentration of PDMS7‐g‐PEG7 increased. Interestingly, HK undergoing apoptosis could not 

be distinguished in our cell morphology studies when HK were cultured with an i3T3 feeder 

layer  while  treated  with  PDMS7‐g‐PEG7.  However,  Tunel  assays  assessing  these  same 

culture conditions revealed the presence of HK undergoing apoptosis. Why apoptosis was 

observed  in our cell morphology studies with PDMS7‐g‐PEG7 applied to HK cultures grown 

without a feeder layer but not in HK cultures grown with a feeder layer is not immediately 

apparent. Nevertheless, as mentioned above, 3T3s have a protective role in HK culture and 

this may  explain why  apoptotic HK were not  visually  apparent  following  treatment with 

PDMS7‐g‐PEG7  in  HK  cultures  grown  with  an  i3T3  feeder  layer  (Green  et  al.,  1977; 

Rheinwald and Green, 1975).     

 

Apoptosis  as  a  cellular  function  has  been widely  investigated  and  is marked  by  cellular 

shrinking, condensation and margination of the chromatin, as well as ruffling of the plasma 

membrane with eventual breakup of the cell  in apoptotic bodies (Taylor et al., 2008). Our 

investigations of real‐time and immunofluorescent microscopy indicate that PDMS7‐g‐PEG7  

induces apoptosis  in  cultures of HSF, nHSF and HK. Despite  these  results,  it  is extremely 

important to be aware of artifacts that can occur in tissue culture models when attempting 

to  define  mechanisms  and  events  leading  to  cell  death  (Bonfoco  et  al.,  1995).  The 

reasoning behind this is that the distinction between apoptosis and necrosis in vitro can be 

Page 111: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   4 . 0  | 89 

 

confused  because  there  is  a  lack  of  scavenging  cells,  thus  the  phagocytic  step  after 

apoptosis may  not  occur.  Instead,  the  apoptotic  cell  can  eventually  undergo  secondary 

necrosis and  rupture  its contents  into  the surrounding medium  (Duke and Cohen, 1986). 

This form of cell death was observed in our real‐time microscopy results with the fibroblast 

cultures  treated  with  0.03%  PDMS7‐g‐PEG7.  That  is,  the  cell  contents  were  ruptured 

between  the  24  and  48  hour  assessment  time  points,  following  the  observation  of 

apoptosis at 12 hours.  

 

It  is  important  to  reiterate  that  the  experiments  performed  in  this  doctoral  study  have 

utilised 2‐dimensional  (2D)  in vitro  cell  cultures and may not  truly  represent effects  that 

would occur  in vivo. Furthermore, as noted earlier  in  the  literature  review  (Chapter 1.0), 

the  in  vitro effects of  silicone  are not  likely  to be observed  in  vivo because  silicone oils, 

which are usually hydrophobic, have difficulty penetrating the stratum corneum (Chang et 

al.,  1995).  The  barrier  properties  of  skin  are  determined  by  the  stratum  corneum,  the 

outermost  lipidic  layer that  interphases with the aqueous medium beneath  it (Mitragotri, 

2003). The transport of lipophilic chemicals, such as hydrophobic silicone oils, through the 

stratum corneum is difficult as these compounds must travel through either an intercellular 

route, moving  in between the cells, or transfer through the cells, a trancellular route, and 

directly  into  an  aqueous  medium  (Figure  4.16;  (Junginger  et  al.,  1994).  However,  the 

silicones  investigated  in  our  studies,  including  GP226,  Fraction  IV  and  PDMS7‐PEG7,  can 

actually  facilitate this permeation as they are different to most silicone oils.  In particular, 

they are amphiphilic, containing both hydrophobic and hydrophilic qualities.  

 

 

Figure 4.16 – Schematic of the stratum corneum and possible permeation pathways. (Junginger et al., 1994)  

Page 112: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

F u n c t i o n a l   A n a l y s i s   o f   t h e   S y n t h e t i c   S i l i c o n e s  

 

It has been demonstrated previously that silicone species with  low molecular weight and 

amphiphilic  properties  can  move  through  the  stratum  corneum  (Sanchez  et  al.,  2005; 

Shigeki  et  al.,  1999).  Indeed,  in  other  studies  performed  in  our  laboratory,  it  has  been 

shown that GP226 traverses the stratum corneum at approximately 14 ± 2 hours at 32°C 

(Dickfos, 2008; Gardoni, 2007). The maximum diffusion coefficient for GP226 was found to 

be 6.9 ± 0.25 x 10‐9 cm2s‐1 at 32°C. Furthermore, the breakthrough time for PDMS7‐g‐PEG7  

occurred at 4 ± 0.5 hours with  the diffusion  coefficient  through  the  stratum  corneum at 

32°C being 1.7 ± 0.2 x 10‐8  cm2s‐1 at 32°C. Taken  together,  this  suggests  that  the unique 

combination of amphiphilic and low molecular weight properties of GP226, Fraction IV and 

PDMS7‐g‐PEG7 facilitate permeation through the stratum corneum. The mode of transport 

in  which  these  silicones  traverse  the  stratum  corneum,  including  the  localisation  and 

movement of  silicones within  the  cells as would occur  in  trancellular  transport, has  also 

been investigated.  The methods investigated involved the incorporation of a FITC tag onto 

the  silicone  structure as well as encasing  the FITC molecule  into a silicone micelle;  these 

two methods proved  troublesome, however, especially  as  the  FITC molecule altered  the 

molecular weight  of  the  silicone  treatments,  therefore modifying  its  effect  on  the  cells 

(Keddie, D. and Farrugia, B. pers. comm.). 

 

In  conclusion,  the  experiments  described  in  this  chapter were  directed  at  identifying  a 

silicone  species  that  had  an  equivalent  or  greater  effect  on  dermal  fibroblasts  and 

keratinocytes than the previously reported results observed with GP226 and Fraction IV. It 

is  evident  through  the  investigations  reported  here  that  PDMS7‐g‐PEG7  is  a  suitable 

substitute for GP266 and Fraction IV as it elicited significant and dose‐dependent decreases 

in cell proliferation, as well as an  induction of apoptosis,  following application  to cells  in 

culture. 

 

Page 113: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 91 

 

CHAPTER 5.0 

INVESTIGATIONS INTO THE EFFECT OF AMPHIPHILIC 

SILICONE‐PEG COPOLYMERS AT THE GENOMIC LEVEL  

5.1 INTRODUCTION 

As  noted  earlier,  the  use  of  silicone  gel  sheets  for  hypertrophic  scarring  has  been well 

documented  in the  literature. Despite their widespread use and the considerable amount 

of  research  worldwide,  knowledge  regarding  their  mechanism  of  action  still  remains 

limited.  It was determined by Quinn  in 1987 that the action of silicone gel sheets did not 

result  from pressure,  temperature or oxygen  tension but must  involve a chemical  factor. 

The results  in Chapters 3.0 and 4.0 of this thesis demonstrated that  low molecular weight 

and amphiphilic silicones, such as GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7, significantly affect 

cellular  functions  in  fibroblasts and keratinocytes.  Indeed, the data presented  in Chapters 

3.0  and  4.0  have  illustrated  that  cell  proliferation  and  viability  is  significantly  and dose‐

dependently  reduced  by  these  chemical  species.  Further,  this  is  likely  due  to  apoptosis 

being  induced  in  response  to  treatment  with  the  silicones.  In  addition,  other  studies 

undertaken within our laboratory have demonstrated that these low molecular weight and 

amphiphilic  silicone  species  are  capable  of  penetrating  the  stratum  corneum  (Dickfos, 

2008; Gardoni, 2007). Taken together, these results have led us to propose that the silicone 

species are able to interact with dermal fibroblast cells and affect key cellular mechanisms 

pertinent to scarring, such as cell proliferation and apoptosis, once they have penetrated 

the  stratum  corneum. Nevertheless,  the mechanisms occurring  in  fibroblasts undergoing 

apoptosis during treatment with the silicones requires investigation. 

 

It  is well  recognised  that  changes  in gene expression play major  roles  in  cellular biology 

(Risch and Merikangas, 1996). Therefore, changes in gene expression following exposure of 

cells  to  the silicone  treatments was pursued;  this may  increase our understanding of  the 

mechanisms  responsible  for  the  induction  of  apoptosis  following  treatment  and  also 

provide  insights  into  changes  in  other  cellular  processes  that  are  affected  by  silicone 

treatment.  While  Paddock  et  al.,  (2003)  and  Wu  et  al.,  (2004)  have  performed  gene 

microarray  studies  comparing  the  differences  between  hypertrophic  scars,  normal  scars 

and  uninjured  skin,  global  gene  expression  studies  examining  differences  between 

abnormal scars treated with and without silicone have not been reported in the literature. 

Page 114: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

In this chapter, the mechanism of silicone action following application of GP226, Fraction IV 

and  PDMS7‐g‐PEG7  to  dermal  fibroblasts  was  investigated  through  differential  gene 

expression studies using gene microarray, apoptosis superarray and qRT‐PCR approaches. 

Although  the  results  in Chapters  3.0  and  4.0 demonstrated  that GP226,  Fraction  IV  and 

PDMS7‐g‐PEG7  affect  proliferation  and  induce  apoptosis  in  both  fibroblasts  and 

keratinocytes,  the  studies  reported  in  this  chapter  focus  only  on  differential  gene 

expression in dermal fibroblasts following treatment with the silicones.  

 

5.2 EXPERIMENTAL PROCEDURES 

5.2.1 Fractionation of GP226 

Pure  samples  of  Fraction  IV  from  GP226 were  separated  and  obtained  using  PSEC  and 

HPLC. Please refer to section 2.2.1 for further details relating to the fractionation process. 

In all experiments performed, an equivalent amount of Fraction  IV to what was originally 

present in the unfractionated GP226 mixture, was assayed. Hence, a proportionate dilution 

of  Fraction  IV  (0.1%),  compared  to  the  unpurified  GP226  (0.1%),  was  prepared  in  cell 

culture  medium  and  applied  to  the  cultured  cells.  For  further  details  relating  to  the 

treatment dilutions, please see Table 2.1.  

 

5.2.2 Synthesis of PDMS‐PEG oligomers 

For full specifications of the synthesis of PDMS‐PEG oligomers used  in this chapter, please 

see section 2.2.2 as well as Appendix 1. PDMS7‐g‐PEG7 was prepared at a concentration of 

0.01% and 0.03% in cell culture medium and applied to the cultured cells.  

 

5.2.3 Fibroblast Cell Culture 

HSF  and  nHSF  were  independently  and  routinely  cultured  for  use  in  the  experiments 

performed in this chapter. Please refer to section 2.3.1 for more specific cell culture details. 

 

5.2.4 RNA Extraction 

Total RNA was extracted  from  treated cell cultures using Qiagen RNeasy Mini kit. Briefly, 

cultures  of  HSF  and  nHSF were  prepared  in  T25cm2  cell  culture  flasks  and  cell  culture 

medium containing GP226  (0.1%), Fraction  IV  (0.1%) and PDMS7‐g‐PEG7  (0.01 and 0.03%) 

were  added  24  hours  later.  Cell  cultures  treated  with  GP226  and  Fraction  IV  were 

incubated for 48 hours while cell cultures with PDMS7‐g‐PEG7 were  incubated for either 6 

hours or  48 hours. Untreated  controls,  in which  the  cell  cultures were  treated with  cell 

Page 115: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 93 

 

culture medium  containing no  silicone  for 6 or 48 hours, were  also prepared.  Following 

treatment, RNA extractions were performed using  the Qiagen RNeasy Mini kit. For more 

specific details relating to this methodology, please see section 2.5.1. 

 

5.2.5 Microarray 

The HumanHT‐12 v3 Expression BeadChip microarray was used to determine differentially 

expressed genes in cultures of HSF and nHSF following treatment with and without GP226 

(0.1%)  and  Fraction  IV  (0.1%). The HumanHT‐12  v3 Expression BeadChip microarray was 

performed with  total  RNA  extracted  from  treated  and  untreated  cell  cultures  by  Katie 

Nones at the Special Research Facility Microarray Service within the Institute of Molecular 

Biosciences, University of Queensland. Following microarray, all data was kindly analysed 

by Daniel Haustead, University  of Western Australia,  and  Jacqui McGovern, Queensland 

University of Technology. Please refer to sections 2.5.2 and 2.5.3 for more details relating 

to the microarray process and the data analysis.  

 

5.2.6 Gene Ontology, Canonical Pathway and Functional Network Analysis 

Gene ontology, canonical pathway and functional network analyses were undertaken using 

IPA tools (Ingenuity Systems, www.ingenuity.com). Please refer to section 2.5.4 for further 

details relating to this analysis.  

 

5.2.7 Super Arrays 

In  addition  to  the  microarrays  performed  above,  quantitative  reverse  transcription‐

polymerase chain  reaction  (qRT‐PCR)  superarrays were also performed on HSF and nHSF 

cultures exposed  to PDMS7‐g‐PEG7  (0.01% and 0.03%). More specifically, arrays analysing 

the  human  apoptosis pathway, were  employed.  For more  specific details  describing  the 

methodology required  for cDNA synthesis and the subsequent superarray process, please 

see sections 2.5.6 and 2.5.5, respectively.  

 

5.2.8 Confirmation of Differential Gene Expression using Quantitative RT‐PCR 

For full details of these protocols, please refer to chapter 2, sections 2.6.1 to 2.6.5. qRT‐PCR 

was used to validate the microarray and superarray expression data by measuring absolute 

expression levels of selected genes of interest. 

 

 

Page 116: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

5.2.9 Standard PCR Conditions 

All standard PCR reactions were performed using the Platinum Taq PCR kit. Please refer to 

section 2.6.1  for details describing  the  reaction and  temperature  cycling  conditions. PCR 

amplicon  size  was  then  confirmed  using  agarose  gel  electrophoresis  and  ethidium 

bromide/UV visualization. 

  

5.2.10 Primer Design 

Primers were designed using Primer‐BLAST  software,  a web‐based primer designing  tool 

available  through  the  National  Center  for  Biotechnology  Information 

(www.ncbi.nlm.nih.gov/tools.primer‐blast/). Please refer to section 2.6.2 for specific details 

used in primer design.  

 

5.2.11 Reverse Transcription (RT) for qRT‐PCR 

First  strand  cDNA  synthesis was performed  using  SuperscriptTM  III  Reverse  Transcriptase 

(Invitrogen) with total RNA extracted from HSF and nHSF, either untreated or treated with 

GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7. Section 2.6.3 provides more specific details relating 

to this method.  

 

5.2.12 PCR and Amplicon purification 

PCR  was  performed  as  described  previously  (Section  5.2.9)  using  Platinum  Taq  and 

sequence  specific primers  for each  transcript  to be analysed by qRT‐PCR. Please  refer  to 

table 2.2 for the sequence specific primers used in these experiments and to section 2.6.4 

for more details relating to this methodology.  

 

5.2.13 qRT‐PCR 

Microarray  and  superarray  data  was  validated  by  using  qRT‐PCR  to  measure  absolute 

expression  levels  of  the  selected  genes  of  interest  identified  through  microarray  and 

superarray  studies.  The  primers  used  in  qRT‐PCR  were  designed  using  Primer‐BLAST 

(www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer‐blast/)  and  are  outlined  in  Table  2.2  and  section 

5.2.10.  Standard  curves,  generated  by  10‐fold  serial  dilutions  of  purified  PCR  target 

amplicons  and  covering  at  least  7  logs  of  amplicon  copy number, were used  to  achieve 

absolute  quantitation.  For  further  details  relating  to  the  qRT‐PCR  methodology  and 

standard conditions used, please refer to section 2.6.5. Expression of target genes for each 

Page 117: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 95 

 

treated  sample  was  normalized  to  18S  rRNA  and  compared  to  normalized  untreated 

samples.  

 

5.2.14 Statistical Analysis 

To  obtain  replicate  biological  samples, qRT‐PCR  experiments were  repeated  three  times 

using  HSF  and  nHSF  cells  from  three  different  patients. Within  each  experiment,  each 

variable was  tested  in  triplicate. Data was expressed  as  a mean ±  standard  error of  the 

mean (SEM) and declared significant with analysis of variance followed by a pairwise t‐test 

post hoc. Probability (P) values < 0.05 were considered significant.   

 

5.3 RESULTS 

5.3.1 Identification of Differential Gene Expression 

The HumanHT‐12 v3 Expression BeadChip microarray was used to determine differentially 

expressed genes in cultures of HSF and nHSF following treatment with and without GP226 

and Fraction  IV. Replicate experiments for the untreated control and each treatment type 

were unable  to be performed, meaning  that statistical analysis could not be undertaken. 

Instead the array was used as a screening technique to select genes of  interest relating to 

apoptosis.  In order  to  identify  silicone‐induced  changes  in gene expression,  results were 

first compared between each  treatment and  the untreated control. Table 5.1 depicts  the 

numbers of genes  that were differentially expressed between  the  treated and untreated 

controls  in  both  the  microarray  and  superarray  studies.  Comparisons  were  also  made 

between  the different  cell  types, HSF and nHSF  (Table 5.1). Only differentially expressed 

genes with a  fold  change of ± 2.0 or greater within  the microarray analysis  results were 

included to keep the data sets at a manageable size and to also ensure critical genes were 

included. As is illustrated in Table 5.1, over 500 genes were found to be increased and over 

600 genes were  found to be decreased  in HSF and nHSF  following  treatment with GP226 

and Fraction  IV.  Less  than 100 genes were  found  to be differentially expressed between 

untreated HSF and nHSF in the microarray analyses. 

 

 

 

 

 

 

Page 118: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

  Comparisons  Increased  Decreased Microarray (25000 genes) 

HSF vs nHSF 91 8 HSF Un vs 0.1% GP226  577  687 

HSF Un vs 0.1% Fraction IV 556 676 

nHSF Un vs 0.1% Fraction IV  522  607 

Table 5.1 – Summary of differential gene expression obtained through microarray analyses. Number of probe sets differentially regulated in the microarray analyses of HSF and nHSF following exposure to GP226 and Fraction IV, as well as between the untreated controls. 

 

5.3.2 Gene Ontology and Functional Analysis of Microarray  

The microarray  investigations, examining the effect of GP226 and Fraction  IV on HSF and 

nHSF,  produced  large  data  sets  of  differentially  regulated  genes  within  fibroblasts  in 

response  to  the  application  of  silicone.  The  Probe  identification  (ID),  gene  symbols, 

GenBank  accession  numbers  and  relative  fold  changes  for  the  differentially  expressed 

genes identified between HSF and nHSF, as well as in HSF following treatment with GP226 

and Fraction IV, and nHSF in response to GP226, are depicted in A4.1, A4.2, A4.3 and A4.4, 

respectively,  within  Appendix  4.  It  was  evident  that  the  differentially  regulated  genes, 

especially in HSF and nHSF exposed to silicone, were from a diverse range of gene families, 

with  each having  a  variety of  functions.  In order  to more  fully  appreciate  the biological 

pathways affected in fibroblasts in response to silicone treatment, the IPA knowledge base 

was  utilised.  Data  sets  of  the  genes  identified  as  being  at  least  ±  2‐fold  differentially 

expressed between untreated fibroblast samples and in response to GP226 and Fraction IV 

were uploaded separately into the application.   

 

Functional analysis  identified a number of biological  functions that were the most closely 

related to the differentially regulated genes. Molecular and cellular functions that showed 

a  P‐value  below  0.05  and  encompassed  at  least  5  genes  of  interest  were  considered 

significant. Table 5.2 depicts  the most  significant molecular  and  cellular  functions  in  the 

data  set  of  differentially  expressed  genes  in  HSF  treated  with  GP226,  and  includes 

processes  involved  in  cell  cycle,  cell  death,  cellular  growth  and  proliferation,  cellular 

movement  and  cellular  development.  Table  A4.5,  in  Appendix  4,  depicts  the  most 

significant molecular and cellular functions in HSF and nHSF treated with Fraction IV. These 

IPA analyses revealed that processes involved in the cell cycle and cell death functions were 

the most  significantly  affected  functional  category,  containing  205  and  302  focus  genes 

respectively. 

 

Page 119: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 97 

 

Molecular and Cellular Functions  Significance P‐value  Focus Genes Cell Cycle  5.10E‐36 ‐ 1.94E‐04 205 Cell Death  4.49E‐20 ‐ 1.91E‐04  302 Cellular Growth and Proliferation  2.73E‐19 ‐ 1.92E‐04  339 Cellular Movement  6.03E‐18 ‐ 1.69E‐04  198 Cellular Development  2.99E‐15 ‐ 1.94E‐04 255 

Table 5.2 Ontology of differentially expressed genes identified through microarray analysis in HSF exposed to GP226. Molecular  and  cellular  functions  identified  to  be  most  significantly  related  to  the  dataset  of differentially regulated genes  identified through microarray analysis  in HSF treated with HSF for 48 hours.  

 

The cellular and molecular functions that are described in Table 5.2 are clearly quite broad 

classifications.  Therefore  IPA was  used  to  further  categorise  the  genes  to more  specific 

functional roles relevant to each classification. As our studies were  focused on apoptosis, 

genes with more specific functions within the cell cycle, cell death and cellular growth and 

proliferation categories were investigated. Table 5.3 demonstrated that a number of genes 

in  HSF  treated  with  GP226  were  significantly  associated  with  these  biological  process 

categories,  including  arrest  in  cell  division  process,  arrest  in  cell  cycle  progression, 

apoptosis and proliferation of  fibroblasts. These genes were named  focus genes. Section 

A4.7,  in Appendix 4, depicts  the  focus genes significantly associated with these biological 

process  categories  in  HSF  and  nHSF  exposed  to  Fraction  IV.  Through  these  analyses,  a 

number  of  genes,  including  Collagen  type  I,  alpha  I  (COL1A1),  IL8,  Apoptosis‐inducing 

factor,  mitochondrion‐associated,  2  (AIFM2),  Neutral  sphingomyelinase  activation 

associated factor (NSMAF),  Insulin‐like growth factor 2 receptor (IGF2R) and SMAD  family 

member 7  (SMAD7), were associated with biological processes relevant to Cell Cycle, Cell 

Death and Cellular Growth and Proliferation.  

 

The disregulation of COL1A1 identified in the ‘arrest in cell division process’ was particularly 

interesting,  since  collagen  is  one  of  the main  forms  of  protein  synthesised  by  dermal 

fibroblasts. This result caused us to manually examine the initial microarray data obtained 

to investigate the differential expression of other collagen types within each HSF and nHSF 

sample  treated  with  GP226  and  Fraction  IV.  Upon  manual  inspection,  many  types  of 

collagen were found to be down‐regulated in HSF and nHSF exposed to GP226 and Fraction 

IV (Table 5.4). Significantly, COL1A1 as well as Collagen type III, alpha I (COL3A1), the main 

types of collagen within the skin, were both found to be down‐regulated following silicone 

treatment when compared to the untreated controls (Uitto et al., 1981).  

Page 120: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

Sub‐Category  Focus Genes

CELL CYCLE 

 

Arrest in cell 

division process 

 

P‐value: 9.91E‐

19 

ATF3, AURKA, AURKB, BARD1, BHLHE40, BIRC5, BMP2, BTG2, BUB1, BUB3, BUB1B, C11ORF82, 

CAV1, CCNA2, CCNB1, CDC20, CDC25C, CDH13, CDK1, CDK2, CDKN3, CDKN1A, CDKN2C, CEBPB, 

CEBPD, CENPE, CENPI, CHKA, CKAP2, CKS2, CKS1B, CLIP1, COL1A1, CYP1B1, CYP26B1, CYR61, 

DCN, DDIT3, DLGAP5,  EGR1,  FANCD2,  FBXO5,  FOXM1, GADD45A, GAL, GAS1, GAS7, GDF15, 

HIPK2, HOXA10,  ID2,  ID3,  IFNB1,  IGFBP5,  IL6,  IL8,  ILK,  IRF7,  ITGA2,  KIFC1,  KRT19, MAD2L1, 

MAGED1, MCM7, MET, NEK7, NFKBIA, NUF2, PITX2, PKD2  (includes EG:5311), PLAU, PLAUR, 

PLK1,  PPAP2C,  PPP1R15A,  PTTG1,  RASSF1,  RRM2B,  SGOL1,  SKP2,  SMAD3,  SMAD7,  SPARC, 

THBS1, TMPO, TP53INP1, TXNIP, TYMS, WEE1, ZWINT 

Arrest in cell 

cycle 

progression 

 

P‐value: 1.00 E‐

07 

ATF3, AURKA, BIRC5, CAV1, CCNA2, CCNB1, CDK2, CDKN3, CDKN1A, CDKN2C, CKAP2, CKS2, 

COL1A1, FANCD2, GADD45A, GAL, GAS1, GAS7, HIPK2, HOXA10, ID2, IFNB1, IL6, IL8, ILK, IRF7, 

ITGA2,  KRT19, MAD2L1, MAGED1,  NFKBIA,  PKD2,  PLK1,  PPP1R15A,  RASSF1,  SKP2,  SMAD3, 

SPARC, THBS1, TP53INP1, TYMS 

CELL DEATH 

 

apoptosis 

 

P‐value: 4.98E‐

16 

ABCC1, ADI1, ADM, AGT, AIFM2, ANGPT1, ARNT2, ASNS, ATF3, AURKA, B4GALT5, BARD1, BAX, 

BCL2L12, BDKRB1, BEX2, BHLHE40, BIRC3, BIRC5, BMP2, BTG2, C11ORF82, CAST, CAV1, CBX5, 

CCL5, CCNA2, CCNB1, CD14, CD55, CDC20, CDC45, CDC25C, CDC42EP3, CDCA2, CDK1, CDK2, 

CDKN1A, CDKN2C, CEBPB, CEBPD, CENPF, CHKA, CKAP2, CLN3, CLN8, CNN2, CRABP2, CTGF, 

CTH, CTSB, CTSD, CXCL2, CXCL12,  CYBA, CYLD, CYP1B1, CYP26B1, CYR61, DAP, DCN, DDIT3, 

DDIT4, DDX58, DNMT1, DUT, EEF1E1, EGR1, EPAS1, ETS2, F3, F2R, FAIM, FBXO32, FEN1, FOSL1, 

FTH1,  G6PD,  GADD45A,  GADD45G,  GAL,  GALNT5,  GAS1,  GCLC,  GDF15,  GLIPR1,  GNA13, 

GREM1, GRN, GSR, HIF1A, HIPK2, HIST1H1C, HK1, HK2, HMGA1, HMGB1L1, HMMR, HMOX1, 

HOXA13, HSF2, HSPA2, HSPB8,  ID1, ID2, ID3,  IFI6, IFIH1, IFNB1,  IGF2R, IGFBP3,  IGFBP5,  IKBIP, 

IL6, IL8, ILK, IRAK1, IRS2, ITGA2, ITGB3, ITPR3, JUP, KIF14, KIT, LAMA4, LIG1, LMNB1, MAD2L1, 

MAFB, MAGED1, MCM2, MCM10, MET, MME, MMP2, MMP3, MMP1 (includes EG:4312), MX1, 

NAMPT,  NCAM1,  NCAPG2,  NEDD9,  NEK7,  NFKB2,  NFKBIA,  NFKBIZ,  NPC1,  NPTX1,  NRGN, 

NSMAF, OAS1, OSGIN1, PDGFRB, PGF, PHLDA1, PHLDA2, PKMYT1, PLAT, PLAU, PLAUR, PLK1, 

PMAIP1,  PPP1R15A,  PTGIS,  PTGS2,  PTPRE,  PTTG1,  RAD21,  RASSF1,  RCAN2,  RHOB,  RND3, 

RRM2B,  RTN4,  S1PR3,  SAT1,  SDC4,  SEMA3A,  SFRP1,  SGCG,  SGK1,  SKP2,  SMAD3,  SMAD7, 

SOAT1, SOCS1, SOD2, SPARC, SPP1, SPRY2, SRPK2, SRXN1, STIL, STMN1, STX1A, TACC3, TCF4, 

TGM2, THBS1, THRA, TK1, TNFAIP3, TNFRSF14, TNFRSF19, TNFRSF21, TNFRSF10A, TNFRSF10B, 

TNFRSF11B,  TNFSF9,  TOP2A,  TP53INP1,  TPD52L1,  TRIB1,  TRIB3,  TTK,  TXNIP,  TYMP,  TYMS, 

UACA, UBR4, UNC5B, VCL, VEGFC, WEE1, WISP1, WNT2, WNT5A, XAF1, ZFYVE16 

CELLULAR 

GROWTH AND 

PROLIFERATION 

Proliferation of 

fibroblasts 

P‐value: 

2.28E‐07 

AGT, BAX, CAV1, CCNA2, CCNF, CDK2, CDKN1A, CEBPB, DCN, GRN, HMMR,  IL6,  ILK, PMAIP1, 

SKP2,  SMAD3,  SMAD7,  SOD2,  SPARC,  SPRY2,  TGIF1,  TNFRSF10B,  TNFRSF11B,  TXNIP, WISP1, 

ZMIZ1 

Table 5.3 – Focus genes identified through microarray analysis to be differentially expressed in HSF exposed to GP226. Focus genes are  those genes  found  to be differentially  regulated  in HSF exposed  to GP226  for 48 hours  and  relevant  to  the  biological  processes  of  Cell  Cycle,  Cell  death  and  Cellular Growth  and Proliferation. 

 

Page 121: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 99 

 

Gene HSF Un vs HSF 

GP226 HSF Un vs HSF Fraction IV 

nHSF Un vs nHSF Fraction IV 

COL1A1  ‐7.00  ‐6.10  ‐8.12 

COL1A2  ‐3.45  ‐3.37  ‐4.02 

COL3A1  ‐22.29  ‐21.79  ‐20.82 

COL5A1  ‐3.67  ‐2.80  ‐4.26 

COL5A2  ‐4.72  ‐5.76  ‐4.94 

COL5A3  ‐2.11  ‐2.21  ‐2.36 

COL8A1  ‐4.03  ‐2.80  ‐4.27 

COL11A1  ‐6.22  ‐2.04  ‐11.63 

COL12A1  ‐2.09  ‐2.22  ‐2.71 

COL13A1  2.31  2.43  2.31 

COL15A1  2.55  3.68  2.83 

Table 5.4 – Expression of collagen genes identified through microarray analysis to be differentially regulated in HSF exposed to GP226. Results  are  expressed  as  gene  expression  fold‐change  in HSF  and  nHSF  treated with GP226  and Fraction IV for 48 hours, compared to the untreated control.   

5.3.3 Differentially Expressed Genes as depicted by Superarray 

In addition to the microarray studies, qRT‐PCR superarrays were also performed with HSF 

and nHSF cultures exposed  to PDMS7‐g‐PEG7. While  the microarray analyses  investigated 

the  expression  of  genes  over  the  whole  genome  and  produced  large  data  sets,  the 

superarray  analyses  only  examined  genes  relating  to  the  apoptosis  pathway.  Replicate 

experiments  for  the  untreated  control  and  each  treatment  type  in  the  superarray 

experiments  were  unable  to  be  performed  hence  statistical  analysis  could  not  be 

undertaken.  Nevertheless, meaningful  data  was  obtained,  with  Table  5.5  depicting  the 

number of genes that were differentially expressed  in the Superarray analyses of HSF and 

nHSF  following  treatment  with  PDMS7‐g‐PEG7.  These  investigations  were  initially 

undertaken on HSF exposed to 0.01% and 0.03% to observe which concentration  induced 

the most changes in gene expression. The concentration of 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 was found 

to  stimulate  the  greatest  change  in  gene  expression  (0.01%  PDMS7‐g‐PEG7,  9  genes 

increased,  7  genes  increased;  0.03%  PDMS7‐g‐PEG7,  16  genes  increased,  12  genes 

decreased). In view of this, further studies using 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 were undertaken to 

evaluate  the effect of PDMS7‐g‐PEG7 on both HSF and nHSF  for 6 and 48 hours. The  two 

timepoints of 6 and 48 hours were examined as differential changes in gene expression are 

known to occur at varying times during chemical insult (Bobashev et al., 2002). 

 

Page 122: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

  Comparisons  Increased  Decreased 

Superarray 

(84 genes) 

HSF vs nHSF  3  3 

HSF Un vs 0.01% PDMS7‐g‐PEG7 (48 hours) 9 7 

HSF Un vs 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 (6 hours) 4 27 

nHSF Un vs 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 (48 hours)  16  12 

HSF Un vs 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 (6 hours)  9  13 

nHSF Un vs 0.03% PDMS7‐g‐PEG7 (48 hours)  28  4 

Table 5.5 – Summary of differential gene expression obtained through superarray analyses. Number of probe sets differentially regulated in the superarray analyses of HSF and nHSF following exposure to PDMS7‐g‐PEG7 and between the untreated controls. 

 

The resulting lists of genes and the fold‐change between treated and untreated samples, as 

depicted  in  Table  A4.7  in  Appendix  4,  were  manually  sorted  and  genes  that  were 

differentially  expressed  between  three  or more  samples  selected  for  validation. While 

genes  with  a  fold  change  of  ±  2.0  were  included  in microarray  analyses,  differentially 

expressed genes with a fold change of ± 1.8 or greater within the superarray results were 

included as it is a smaller array and to ensure all critical genes were included. Table 5.6 lists 

the genes that were significantly expressed above the ± 1.8‐fold change threshold in three 

or more samples. Interestingly, in most cases, genes, including Cluster of Differentiation 70 

(CD70),  Caspase  8‐like  apoptosis  regulator  (CFLAR),  Death‐associated  protein  kinase  1 

(DAPK1), TNF receptor superfamily, member 6 (FAS) Lymphotoxin alpha (LTA), Myeloid cell 

leukaemia sequence 1 (MCL1), Tumour necrosis factor alpha (TNF), Tumour necrosis factor 

receptor superfamily member 10B (TNFRSF10B), TNF receptor‐associated factor 2 (TRAF2) 

and TNF receptor‐associated factor 3 (TRAF3), were not ubiquitously up‐ or down‐regulated 

in  response  to  PDMS7‐g‐PEG7  treatment.  Furthermore,  the  changes  in  gene  expression 

were not always similar between  the samples  from  the 6 and 48 hour  timepoints. Taken 

together, along with the results of the microarray analyses, it is evident that many cellular 

processes,  including  cell death and  collagen  synthesis pathways, are affected  in HSF and 

nHSF following exposure to the silicone treatments.  

 

 

 

 

 

 

 

Page 123: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 101 

 

Gene 

HSF vs 

nHSF 

HSF 

Untreated 

vs 0.01% 

PDMS7‐g‐

PEG7 

HSF Untreated vs 0.03% 

PDMS7‐g‐PEG7 

nHSF Untreated vs 

0.03% PDMS7‐g‐PEG7 

48 hours  48 hours 6 hours 48 hours 6 hours  48 hours

APAF1  ‐1.24  ‐1.67 ‐2.09 ‐2.06 ‐1.28  ‐2.35

BIK  ‐1.08  1.03  ‐2.28  ‐2.70  ‐3.60  1.20 

CD70  2.86  ‐3.59  ‐8.36  ‐2.76  2.72  3.67 

CFLAR  1.01  11.02  ‐2.45  22.53  ‐1.16  1.16 

CIDEA  ‐2.14  1.20 ‐4.28 ‐1.88 ‐3.80  ‐1.77

DAPK1  ‐1.08  1.06  5.38  28.71  2.93  ‐1.28 

FAS  ‐1.07  ‐1.49  5.29  1.98  1.18  2.53 

HRK  1.15  1.60  ‐1.63  8.62  2.43  134.80 

LTA  1.98  1.07 ‐1.32 ‐4.84 2.00  20.79

MCL1  1.00  ‐42.39  ‐9.46  1.41  1.52  2.23 

TNF  ‐1.07  ‐1.06  ‐1.42  ‐18.13  3.64  ‐12.20 

TNFRSF9  ‐1.06  1.13  ‐1.37  ‐98.38  ‐18.18  ‐139.88 

TNFRSF10B  ‐1.30  1.19  ‐2.01  2.48  2.61  7.83 

TRAF2  ‐1.60  ‐2.63 ‐23.44 2.40 1.19  4.82

TRAF3  ‐1.38  ‐2.86  ‐10.49  1.53  1.69  2.88 

Table 5.6 – Focus genes identified through superarray analysis to be differentially expressed in HSF and nHSF treated with PDMS7‐g‐PEG7.  Focus genes are those genes found to be associated with apoptosis following superarray analysis of HSF and nHSF  treated with PDMS7‐g‐PEG7  for 48 hours. Results are expressed as gene expression fold‐change  in HSF and nHSF  treated with PDMS7‐g‐PEG7 compared  to  the untreated control or  in nHSF when  compared  to  HSF. Genes  highlighted  in  red  represent  those  that were  up‐regulated above  the  +1.8  fold  change  threshold while  genes highlighted  in blue  represent  those  that were down‐regulated and below the ‐1.8 fold change threshold.  

 

5.3.4 qRT‐PCR Validation of Differentially Expressed Genes 

Several  genes  deemed  biologically  interesting  because  of  their  differential  expression 

following exposure to different silicone treatments and/or their relevance to apoptosis and 

the  specific  cell and molecular  functions of  cell  cycle,  cell death and  cellular growth and 

proliferation, and collagen synthesis, were chosen for validation by qRT‐PCR. Total RNA was 

isolated from cells, treated with and without silicone, from three different patients in order 

to gain biologically relevant data. The differential expression of 16 transcripts identified by 

microarray  and  superarray  analysis  were  validated  by  qRT‐PCR,  using  18S  as  an 

normalisation control. The transcripts of 9 up‐regulated genes to be validated by qRT‐PCR 

are  illustrated  in Table 5.7. Additionally,  the  transcripts of 5 down‐regulated genes  to be 

validated by  qRT‐PCR  are  described  in  Table  5.8.  Furthermore,  the  genes  for  TGFβ1,  an 

Page 124: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

important cytokine in wound healing and the collagen synthesis pathway, as well as αSMA, 

an  important molecule  in  differentiating myofibroblasts, were  also  included  in  qRT‐PCR 

experiments (Table 5.9) (Hinz et al., 2001; Varga et al., 1987).  

 

 

  Gene Symbol  Gene Name Accession NumberMicroarray  AIFM2 

 Homo sapiens apoptosis‐inducing factor, mitochondrion‐associated, 2, nuclear gene encoding mitochondrial protein, mRNA. 

NM_032797.4  

 IGF2R 

 

Homo sapiens insulin‐like growth factor 2 receptor, mRNA. 

NM_000876.2 

   IL8  Homo sapiens interleukin 8, mRNA. 

 NM_000584.2 

   NSMAF 

 Homo sapiens neutral sphingomyelinase (N‐SMase) activation associated factor, mRNA. 

NM_003580.2  

  SMAD7  

Homo sapiens SMAD family member 7, mRNA.  NM_005904.2  

Superarray  DAPK1  

Death‐associated protein kinase 1  

NM_004938  

  FAS  

Fas (TNF receptor superfamily, member 6)  NM_000043  

  TNF  

Tumour necrosis factor alpha  NM_000594  

  TNFRSF10B  

Tumour necrosis factor receptor superfamily, member 10b 

NM_003842  

Table 5.7 – Up‐regulated Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR.   

 

  

  Gene Symbol  Gene Name Accession NumberMicroarray  COL1A1  Homo sapiens collagen, type I, alpha 1  NM_000088.3 

   COL3A1  Homo sapiens collagen, type III, alpha 1  NM_000090.3 

 Superarray  CFLAR  CASP8 and FADD‐like apoptosis regulator  NM_003879 

   TRAF2 

 TNF receptor‐associated factor 2  NM_021138 

   TRAF3 

 TNF receptor‐associated factor 3  NM_003300 

 

Table 5.8 – Down‐regulated Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR. 

 

 

 

Page 125: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 103 

 

 

  Gene Symbol  Gene Name  Accession NumberMiscellaneous 

 aSMA  ACTA2 actin, alpha 2, smooth muscle, aorta  NM_001613.2

  TGFβ1  Homo sapiens transforming growth factor, beta 1 

NM_000660.4 

Housekeeping gene 

18S  

18S ribosomal RNA  NR_003286.2

Table 5.9 – Miscellaneous Focus Genes selected for validation by qRT‐PCR. 

 

To  fully validate  the microarray and superarray data, relative mRNA  levels were assessed 

for the selected gene transcripts  in samples from HSF and nHSF treated with and without 

GP226 and Fraction IV at 48 hours, as well as PDMS7‐g‐PEG7 at 6 and 48 hours. Due to the 

limited  quantities  of  GP226  and  Fraction  IV  available,  the  responses  of  differentially 

regulated  genes  in  HSF  and  nHSF  could  only  be  assessed  at  48  hours.    Target  gene 

expression for each sample of HSF and nHSF treated with GP226, Fraction  IV or PDMS7‐g‐

PEG7 was normalised  to 18S  rRNA before being expressed as  fold  change  relative  to  the 

untreated samples.   Figures 5.1 and 5.2 depict  the expression of  respective up‐regulated 

and  down‐regulated  focus  genes  in HSF  and  nHSF  following  treatment with GP226  and 

Fraction IV for 48 hours. Figures 5.3 and 5.4 depict the expression of the up‐regulated and 

down‐regulated  focus  genes,  respectively,  in  HSF  and  nHSF  following  treatment  with 

PDMS7‐g‐PEG7  for 6 and 48 hours. The differential expression of  the miscellaneous  focus 

genes in HSF and nHSF cultures treated with GP226 and Fraction IV for 48 hours, as well as 

PDMS7‐g‐PEG7  for 6 and 48 hours, are  illustrated  in Figure 5.5. Furthermore, comparisons 

of fold expressions between HSF and nHSF were also made and are depicted in Figure 5.6. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 126: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.1  – Validation of up‐regulated  target  genes  in HSF and nHSF  following  treatment with GP226 and Fraction IV. Graphs of up‐regulated target gene validation, as determined by qRT‐PCR,  in (A) HSF and (B) nHSF following treatment with GP226 and Fraction IV for 48 hours. RNA expression for each target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data from each treatment were expressed as the fold difference relative to the untreated control. Data are represented as mean ± SEM and were pooled from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9). Significant  differences  (*)  are  illustrated where  expression  is  P<0.05  compared  to  the  untreated control.  The  dashed  line  indicates  the  ±  1.8  fold  change  level  in  gene  expression  relative  to  the untreated control. 

 

 

 

 

 

 

Page 127: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 105 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.2 – Validation of down‐regulated target genes in HSF and nHSF following treatment with GP226 and Fraction IV. Graphs of down‐regulated target gene validation, as determined by qRT‐PCR, in (A) HSF and (B) nHSF following treatment with GP226 and Fraction IV for 48 hours. RNA expression for each target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data from each treatment were expressed as the fold difference relative to the untreated control. Data are represented as mean ± SEM and were pooled from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9). Significant  differences  (*)  are  illustrated where  expression  is  P<0.05  compared  to  the  untreated control.  The  dashed  line  indicates  the  ±  1.8  fold  change  level  in  gene  expression  relative  to  the untreated control. 

 

 

 

 

 

 

Page 128: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.3  – Validation of up‐regulated  target  genes  in HSF and nHSF  following  treatment with PDMS7‐g‐PEG7. Graphs of up‐regulated target gene validation, as determined by qRT‐PCR,  in (A) HSF and (B) nHSF following  treatment with PDMS7‐g‐PEG7  for 6 and 48 hours. RNA expression  for each  target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data from each treatment were expressed as the fold difference relative to the untreated control. Data are represented as mean ± SEM and were pooled from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9). Significant  differences  (*)  are  illustrated where  expression  is  P<0.05  compared  to  the  untreated control.  The  dashed  line  indicates  the  ±  1.8  fold  change  level  in  gene  expression  relative  to  the untreated control. 

 

 

 

 

 

Page 129: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 107 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.4 – Validation of down‐regulated target genes in HSF and nHSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7. Graphs of down‐regulated target gene validation, as determined by qRT‐PCR, in (A) HSF and (B) nHSF following  treatment with PDMS7‐g‐PEG7  for 6 and 48 hours. RNA expression  for each  target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data from each treatment were expressed as the fold difference relative to the untreated control. Data are represented as mean ± SEM and were pooled from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9). Significant  differences  (*)  are  illustrated where  expression  is  P<0.05  compared  to  the  untreated control.  The  dashed  line  indicates  the  ±  1.8  fold  change  level  in  gene  expression  relative  to  the untreated control. 

 

 

 

 

 

 

Page 130: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.5 – Validation of miscellaneous  target genes  in HSF and nHSF  following  treatment with GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7. Graphs of miscellaneous target gene validation, as determined by qRT‐PCR, in (A) HSF and (C) nHSF following  treatment with GP226 and  Fraction  IV  for 48 hours  as well as  in  (B) HSF and  (D) nHSF following  treatment with PDMS7‐g‐PEG7  for 6 and 48 hours. RNA expression  for each  target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data from each treatment were expressed as the fold difference relative to the untreated control. Data are represented as mean ± SEM and were pooled from  three  separate  experiments,  in which  each  treatment was  performed  in  triplicate  (n  =  9). Significant  differences  (*)  are  illustrated where  expression  is  P<0.05  compared  to  the  untreated control.  The  dashed  line  indicates  the  ±  1.8  fold  change  level  in  gene  expression  relative  to  the untreated control. 

 

 

 

 

 

 

Page 131: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 109 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5.6 – Validation of up‐regulated, down‐regulated and miscellaneous  target genes  in nHSF compared to HSF. Graphs  of  (A)  up‐regulated,  (B)  down‐regulated  and  (C)  miscellaneous  target  genes  for  nHSF compared to HSF at 6 and 48 hours. RNA expression for each target gene was normalised to the 18S ribosomal gene and data  for nHSF were expressed as  the  fold difference relative  to HSF. Data are represented  as mean  ±  SEM  and were  pooled  from  three  separate  experiments,  in which  each treatment  was  performed  in  triplicate  (n  =  9).  Significant  differences  (*)  are  illustrated  where expression  is P<0.05  compared  to  the untreated control. The dashed  line  indicates  the ± 1.8  fold change level in gene expression relative to HSF. 

 

 

 

 

 

Page 132: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

Following treatment of HSF and nHSF with GP226 (Figure 5.1), expression of DAPK1, IGF2R, 

IL8, NSMAF, SMAD7 and TNFRSF10B genes were up‐regulated.  Interestingly,  treating HSF 

with Fraction  IV (Figure 5.1) did not significantly affect many of the putative up‐regulated 

focus genes. Thus, only the genes for SMAD7 and TNFRSF10B were significantly  increased 

when  nHSF  were  treated  with  Fraction  IV. While  the  IGF2R,  IL8,  NSMAF,  SMAD7  and 

TNFRSF10B genes were up‐regulated, they were not increased to the same extent as when 

these  same  cells were  treated with GP226.  In  terms of  the down‐regulated  focus  genes 

(Figure 5.2), both COL1A1 and COL3A1 were  the only genes  found  to be down‐regulated 

following treatment of HSF and nHSF with GP226 and Fraction IV. The genes for CFLAR and 

TRAF3 were found to be significantly up‐regulated  in nHSF treated with GP226, while only 

TRAF3 was up‐regulated in HSF samples treated with GP226. The exposure of HSF and nHSF 

to GP226 and Fraction  IV did not significantly affect the expression of TRAF2, a  ‘putative’ 

up‐regulated focus gene, nor αSMA or TGFβ1. 

 

The effect of PDMS7‐g‐PEG7 on the expression of  focus genes  in HSF and nHSF were also 

examined  (Figures 5.3 and Figure 5.4). Furthermore, the effect of PDMS7‐g‐PEG7 on  focus 

genes was  investigated at 6 and 48 hours. The 6 hours  timepoint was  included as many 

genes changes occur quickly in vitro. Indeed, changes in gene expression were found to be 

different  at  the  two  different  time  points.  In most  cases,  gene  expression  of  the  focus 

genes seemed to result in a greater fold change, compared to the untreated control, at 48 

hours compared to the 6 hour treatment time. In HSF, the expression of AIFM2, FAS, IGF2R, 

NSMAF and SMAD 7 genes were not different to the untreated control at 6 hours, but were 

significantly  increased  at  48  hours.  Expression  of  the  genes  for  IL8  and  TNFRSF10B was 

increased in HSF treated with PDMS7‐g‐PEG7 at both 6 and 48 hours. In nHSF samples, the 

FAS, NSMAF, SMAD7 and TNFRSF10B genes were significantly up‐regulated at 48 hours but 

not  at  6  hours  treatment with  PDMS7‐g‐PEG7.  The  expression  of  AIFM2,  IGF2R  and  IL8 

genes  in nHSF treated with PDMS7‐g‐PEG7 was significantly  increased at both 6 hours and 

48  hours.  Interesting, while most  of  the  ‘putative’  up‐regulated  focus  genes were  also 

found to be up‐regulated in these qRT‐PCR validation studies, the DAPK1 gene was actually  

found to be down‐regulated in HSF and nHSF following 48 hours treatment with PDMS7‐g‐

PEG7.   The expression of TNF was not found to be differentially regulated  in either HSF or 

nHSF following treatment with PDMS7‐g‐PEG7 for either 6 or 48 hours. 

 

Page 133: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 111 

 

In  terms  of  the  down‐regulated  focus  genes,  CLFAR was  not  found  to  be  differentially 

expressed  in HSF treated with PDMS7‐g‐PEG7, but was significantly decreased at 6 but not 

48  hours  treatment  with  PDMS7‐g‐PEG7.  Both  the  COL1A1  and  COL3A1  genes  were 

significantly decreased  in HSF and nHSF treated with PDMS7‐g‐PEG7 for 48 hours, with the 

COL1A1 gene also being significantly decreased  in nHSF  treated with PDMS7‐g‐PEG7  for 6 

hours. The TRAF2 gene was significantly decreased in HSF and nHSF treated with PDMS7‐g‐

PEG7  for  6  hours,  but  no  differences were  observed  at  48  hours.  The  expression  of  the 

TRAF3 gene was significantly up‐regulated following 48 hours exposure of PDMS7‐g‐PEG7 to 

HSF and nHSF while expression was significantly decreased for nHSF only following 6 hours 

treatment.    The  examination of  the miscellaneous  genes  (Figure 5.5) demonstrated  that 

αSMA gene expression was not affected at 6 hours but was significantly decreased  in HSF 

and  nHSF  following  48  hours  treatment with  PDMS7‐g‐PEG7.  It was  also  found  that  the 

TGFβ1 gene was not significantly affected  in either HSF or nHSF  following treatment with 

PDMS7‐g‐PEG7.  

 

Comparisons of gene expression were also made between HSF and nHSF (Figure 5.6) it was 

observed  that many  of  the  focus  genes  analysed,  including AIFM2,  FAS,  IGF2R, NSMAF, 

SMAD7, TNFRSF10B, COL3A1, TRAF3 and TGFβ1, were not differentially expressed between 

the two cell types. It was observed, however, that the TNF gene was significantly decreased 

in  nHSF  cultures,  compared  to  HSF,  at  6  hours.  The  IL8  gene  was  also  found  to  be 

significantly  decreased  in  nHSF  compared  to  nHSF  at  both  6  and  48  hours  culture. 

Furthermore,  expression  of  the  CFLAR,  COL1A1,  TRAF2  and  αSMA  genes  in  nHSF  was 

significantly decreased  in cells exposed to the treatments  for 48 hours, compared to HSF. 

However, these differences were not observed at 6 hours. 

 

The  qRT‐PCR  validation  studies  demonstrate  that  the  expression  of many  of  the  target 

genes  were  significantly  affected  in  HSF  and  nHSF  treated  with  the  silicones  when 

compared  to  the  untreated  control.  In most  cases,  the  results  of  qRT‐PCR  for  all  target 

genes were consistent with those obtained  from the microarray and superarray analyses. 

For example, the IL8 gene was originally found to be up‐regulated in the microarray studies 

and through validation via qRT‐PCR, the IL8 gene was also illustrated to be up‐regulated.  

 

 

 

Page 134: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

5.4 DISCUSSION 

The  focus of  this  chapter was on elucidating  some of  the mechanisms underpinning  the 

induction of apoptosis in fibroblasts following exposure to GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐

PEG7  in  vitro.  It  is well  established  that  changes  in  gene  expression  play major  roles  in 

cellular biology  (Risch and Merikangas, 1996). Therefore, gene microarray and superarray 

experiments were used as screening techniques to observe the changes  in fibroblast gene 

expression  following  treatment  with  the  silicones.  While  microarrays  assess  gene 

expression over the whole genome, superarrays are a smaller scale array that analyse the 

key genes  involved  in a  specific biological  function.  In our  studies, apoptosis  superarrays 

were used.  It was anticipated  that  the use of  these  screening  techniques would  indicate 

putative genes involved in the mechanistic pathways by which the silicone treatments were 

exerting their effects. The gene microarray studies revealed over 1000 genes were found to 

be  differentially  regulated  in  HSF  and  nHSF  treated  with  the  silicones,  but  only 

approximately 20 genes were found to be differentially regulated in HSF and nHSF treated 

with  the  silicones  in  the  superarray  studies.  This  can  be  explained  by  the  fact  that  the 

microarray  assessed  the whole  genome  (25000 genes) while  the  superarray  investigated 

only  genes  known  to  be  involved  in  apoptosis  (84  genes).  The  validation  experiments, 

conducted in cells from three different patients, further confirmed that many of the target 

genes were indeed differentially regulated in fibroblasts following exposure to our silicone 

treatments. 

 

It was evident through the microarray and superarray screening process that genes related 

to  the  TNF  and  TNF  receptor  (TNFR)  superfamilies,  including  the  genes  for  TNF  FAS, 

TNFRSF10B,  TRAF2,  TRAF3,  NSMAF,  CFLAR  and  DAPK1,  were  differentially  regulated 

following  treatment  with  silicone.  The  TNF  superfamily  is  a  group  of  cytokines  with 

important functions in immunity, inflammation, differentiation, control of cell proliferation 

and  apoptosis  (Shen  and  Pervaiz,  2006).  TNF  itself  is  the  founding  member  of  the 

superfamily and  is a pro‐inflammatory  cytokine with a wide variety of  functions  in many 

different  cell  types  (Gupta,  2002).  The  TNF  gene was  demonstrated  via  the  superarray 

results  to  be  up‐regulated  following  treatment with  the  silicone  species  and  significant 

differences were  found  between  the  untreated HSF  and  nHSF  controls  in  our  validation 

experiments  via  qRT‐PCR.  However,  no  significant  differences  were  found  through 

validation  between  the  untreated  and  silicone  treated  samples.  This  suggests  that  the 

Page 135: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 113 

 

silicone  treatments were  either  affecting  different members  of  the  TNF  superfamily  or 

other molecules involved in the induction of TNF‐induced apoptosis.  

 

Members of the TNF family exert their biological effects through the TNFR superfamily. The 

TNFR  superfamily  is  compromised  of  cell  surface  receptors  that  share  a  stretch  of 

approximately 80 amino acids within  their cytoplasmic  region, named  the death domain, 

which  is critical for recruiting other proteins required for the  induction of apoptosis (Shen 

and Pervaiz, 2006). Death receptors,  including TNF receptor 1 (TNFR1), FAS, TNF receptor 

superfamily member  10A  (TNFRSF10A)  and  TNFRSF10B,  are  best  characterized  for  their 

role  in  the  induction of apoptosis  (Jin and El‐Deiry, 2005). Of note,  the expression of  the 

genes  for FAS and TNFRSF10B, were both  identified through our superarray studies to be 

up‐regulated  in  cell  samples  treated with  the  silicones. While  the  TNFRSF10B  gene was 

confirmed  though qRT‐PCR  to be significantly up‐regulated  in HSF and nHSF  treated with 

GP226, Fraction  IV and PDMS7‐g‐PEG7, the differentiated expression of  the FAS gene was 

not confirmed in the validation studies. 

 

TNFRSF10B  contains  2  extracellular  cysteine‐rich  repeats  and  the  cytoplasmic  death 

domain  (Walczak  et  al.,  1997).  TNFRSF10B  engages  a  caspase‐dependant  apoptotic 

pathway  and mediates  apoptosis  via  the  intracellular  adaptor molecule  FAS‐associating 

protein with  death  domain  (FADD)  (Walczak  et  al.,  1997).  TNFRSF10B  is  a  receptor  for 

TNFRSF10, which triggers apoptosis via  interaction with  its death receptors.  Interestingly, 

the gene for TNFRSF10B but not the gene for TNFRSF10’s other receptor, TNFRSF10A, was 

found to be differentially regulated  in our screening experiments. Furthermore, TNFRSF10 

is  characterised  as  a  powerful  activator  of  programmed  cell  death  in  tumour  cells with 

minimal toxicity against normal tissues (Almasan and Ashkenazi, 2003). While many human 

tumour cell  lines are  sensitive  to apoptosis  induction by TNFRSF10,  it has been  reported 

that most  normal  cells  are  not  (Almasan  and  Ashkenazi,  2003). Despite  this  report,  the 

silicone treatments affected the expression of the TNFRSF10B gene in both HSF and nHSF, 

however no significant differences  in gene expression were evident between the HSF and 

nHSF untreated controls. 

 

Another  gene  family  of  interest,  the  TRAF  gene  family,  are  a  family  of  six  RING  finger 

containing proteins with a homologous TRAF domain at  their C  terminus and are widely 

used as adaptor molecules by  the TNFR superfamily  (Bouwmeester et al., 2004; Rothe et 

Page 136: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

al., 1994). The TRAF2 and TRAF3 genes were  found  through  the  superarray  results  to be 

down‐regulated  in HSF and nHSF following treatment with silicone. Previous reports have 

demonstrated that both TRAF2 and TRAF3 play an important role in cellular activation and 

differentiation following engagement of a variety of TNFR superfamily members (Arch and 

Thompson, 1998; Chang et al., 2002; Grammer and  Lipsky, 2000; Hatzoglou et al., 2000; 

Saitoh et al., 2003; Sinha et al., 2002). Members of  the TRAF  family can directly  interact 

with  receptors  containing  no  death  domains,  and  can  also  interact with  death  domain 

containing  receptors  through  other  death  domain  containing  proteins  (Hsu  et  al.,  1996; 

Rothe et al., 1994). For example, TRAF2  interacts with TNF  receptor‐associated apoptotic 

signal transducer (TRADD) to ensure the recruitment of inhibitor of apoptosis proteins (IAP) 

for the direct inhibition of caspase activation (Zhang et al., 2010). Furthermore, TRAF2 has 

also  been  reported  to  form  a  complex  with  TRAF1  to  function  as  a mediator  of  anti‐

apoptotic  signals  from  other  TNF  receptors  (Zhang  et  al.,  2010).  The  current  qRT‐PCR 

validation experiments demonstrated that the gene for TRAF2  is significantly decreased  in 

HSF and nHSF treated with PDMS7‐g‐PEG7 at 6 hours, but not following 48 hours treatment 

with  GP226,  Fraction  IV  or  PDMS7‐g‐PEG7.  It  is  unknown  whether  this  decrease  in 

expression  is evident at 6 hours  treatment with GP226 or Fraction  IV as  these were not 

examined. However, taken together, it is plausible that the TRAF2 gene  is down‐regulated 

in  the  silicone  treated  samples  early  on;  this may  prevent  anti‐apoptotic  signals  from 

having  effect. Decreased  expression  of  the  TRAF2  gene was  also  observed  in  untreated 

nHSF when  compared  to untreated HSF,  indicating  that  increased  inhibition of apoptosis 

was occurring in HSF and supporting the concept that the two cell types were different.  

 

In addition  to TRAF2,  the  initial gene superarray analyses  revealed  the TRAF3 gene  to be 

under expressed in HSF and nHSF following treatment with silicone. However, TRAF3 gene 

expression  was  found  though  our  validation  experiments  to  be  significantly  increased 

following  HSF  and  nHSF  being  treated  for  48  with  GP226  and  PDMS7‐g‐PEG7,  but  not 

Fraction  IV.  This  is most  likely  due  to  experimental  errors  occurring  in  the  superarray 

analyses.  TRAF3  was  first  described  as  a  molecule  that  participates  in  the  signal 

transduction of CD40, whereby  it  acts  to mediate CD40  antibody  secretion  (Bradley  and 

Pober, 2001; Kuhne et al., 1997). TRAF3  is also  recruited and used by  the  lymphotoxin‐β 

receptor  (LTβR)  to  induce  apoptosis  and  can have  an  inhibitory  effect on nuclear  factor 

kappa‐light‐chain‐enhancer  of  activated  B  cells  (NF‐κB)  activation  through  LTβR 

(VanArsdale et al., 1997). Taken together, TRAF3  is one of the only members of the TRAF 

Page 137: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 115 

 

family  that  has  been  reported  to  be  involved  in  transducing,  rather  than  inhibiting, 

apoptotic effects, especially in LTβR‐induced apoptosis (VanArsdale et al., 1997). 

 

The LTβR receptor, a member of the TNFR superfamily, is expressed on the surface of most 

cell  types  (Chang et al., 2002).    It has been  reported  that LTβR can  induce  IL8  release  in 

A375 human malignant melanoma cells  (Degli‐Esposti et al., 1997; Hehlgans and Mannel, 

2001). Furthermore, it was reported by Chang et al. (2002) that dominant negative mutants 

of  TRAF2,  3  and  5,  could  attenuate  IL8  production  induced  by  LTβR.  Taken  together,  it 

appears that the over expression of TRAFs is implicated in regulating the expression of IL8 

through the LTβR. While our data demonstrated that treating fibroblasts with the silicones 

led  to decreased expression of  the TRAF2 gene,  increased expression of  the TRAF3 gene 

was observed. Interestingly, the IL8 gene was identified in the gene microarray studies, and 

further  validated  through  qRT‐PCR,  to  be  highly  up‐regulated  in HSF  and  nHSF  samples 

exposed to our silicone treatments.  

 

IL8  is often associated with  inflammation,  is  secreted  in a  stimulus‐specific manner by a 

variety of cell types and  is regulated primarily at the  level of gene transcription (Chang et 

al., 2002; Gillitzer and Goebeler, 2001; Schauer et al., 2009). It has also been reported that 

up‐regulation  in  IL8  protein  occurs  in  fibrotic  and  malignant  diseases,  is  increased  by 

oxidant  stress  and  is  a  key mediator  of  proliferative  responses  (Schauer  et  al.,  2009). 

Interestingly, when  comparing  the  untreated  controls  in  our  qRT‐PCR  experiments,  the 

expression of  the  IL8 gene was  found  to be  significantly decreased  in nHSF compared  to 

HSF, which corresponds with the  findings  reported by Schauer et al.  (2009) and  indicates 

that  the  two  cell  populations  tested  are  in  fact  different.  As  mentioned  above,  up 

regulation  of  IL8  gene  expression  was  confirmed  through  the  qRT‐PCR  validation 

experiments in HSF and nHSF treated with silicone. The upregulation of the IL8 gene by the 

silicones  could  be  considered  to  be  less  than  ideal  as  increased  inflammation  in  a 

hypertrophic scar would not be desirable. However, when expression of the  IL8 gene was 

examined in HSF and nHSF cultures treated with PDMS7‐g‐PEG7 for both 6 and 48 hours, it 

was  observed  that  IL8  gene  expression  decreased  between  the  6  hour  and  48  hour 

timepoint. It has been reported that  levels of IL8 peak during day 1 of wound healing and 

decrease thereafter (Engelhardt et al., 1998). It is therefore possible that the initial peak of 

IL8  gene  expression  is  initially  induced  due  to  chemical  insult  and  expression  decreases 

following this. It is unknown if IL8 gene expression levels continue to decrease following 48 

Page 138: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

hours. Further studies  investigating this phenomenon, together with the effect of silicone 

treatment on TRAF and IL8 expression in vivo, are clearly warranted. 

 

Ceramide is well established as a bioactive lipid involved in the cellular responses to stress 

and has been associated with the TNF superfamily (Clarke et al., 2008; Wu et al., 2005). TNF 

has  been  reported  to  activate  ceramide  through  proteins  that  bind  to  neutral 

sphingomyelinase  (NSMase) and  its adapter protein, NSMAF, which specifically binds to a 

distinct  cytoplasmic domain of  the TNFR1  called  the neutral  sphingomyelinase activation 

domain  (Adam‐Klages  et  al.,  1996;  Adam  et  al.,  1996;  Kolesnick  and  Kronke,  1998). 

Importantly,  this  activation  domain  has  the  amino  acid  sequence, QKWEDSAHK  (Adam‐

Klages et al., 1996; Adam et al., 1996). It is interesting to note that the cytoplasmic domain 

of TNF receptor superfamily member 5 (TNFRSF5) contains a short sequence, QETLH, which 

shares  some  homology  to  the  neutral  sphingomyelinase  activation  domain.  It  has  been 

hypothesised  that  NSMAF  can  also  bind  to  this  short  sequence  (Segui  et  al.,  1999).  In 

addition,  the  threonine  reside present  in  the middle of  this sequence  (Thr‐234) has been 

described  to  be  essential  in  various  biological  responses  to  TNF  receptor  superfamily 

member  5  (TNFRSF5)  ligation,  such  as:  homotypic  adhesion  (Hostager  et  al.,  1996); 

interaction with TRAF2, TRAF3 and TRAF5 proteins    (Hanissian and Geha, 1997; Hu et al., 

1994; Ishida et al., 1996; Lee et al., 1999; Pullen et al., 1998; Tsukamoto et al., 1999); c‐Jun 

N‐terminal  kinase  activation  (Lee  et  al.,  1999);  NF‐κB  activation  (Lee  et  al.,  1999; 

Tsukamoto et al., 1999); and  importantly, apoptotic/growth  inhibitory effects  (Inui et al., 

1990; Segui et al., 1999). Moreover, overexpression of the full‐length NSMAF gene, as was 

found  in  our  studies,  enhances  NSMase  activity  in  TNF‐treated  cells,  increasing  the 

occurrence of apoptosis (Adam‐Klages et al., 1996).  

 

CFLAR,  also  known  as  a  caspase  8  homologue,  was  first  identified  as  a molecule  that 

interacts with FAS  (Budd et al., 2006). The superarray analyses demonstrated  that CFLAR 

gene  expression  was  decreased  in  HSF  and  nHSF  following  silicone  treatment.  As  a 

characteristic  feature, CFLAR contains a  tandem death effector domain, which  is used  to 

inhibit death receptor‐induced apoptosis by binding to and preventing caspase 8 activation 

(Budd  et  al.,  2006;  Krueger  et  al.,  2001;  Scaffidi  et  al.,  1999).  Furthermore,  it  has  been 

reported  that  TNF  induces  caspase‐dependent  and  independent  Jun  N‐terminal  kinase 

(JNK) activation and reactive oxygen species (ROS) accumulation in CFLAR knockout murine 

embryonic  fibroblasts  (Nakajima  et  al.,  2006).  Despite  these  reports  linking  CFLAR  to 

Page 139: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 117 

 

apoptosis,  CFLAR  gene  expression  was  found  to  be  differentially  regulated  in  silicone 

treated  fibroblasts  in  some  of  our  validation  experiments.  This  includes  decreased 

expression  in  nHSF  following  treatment  with  PDMS7‐g‐PEG7  for  6  hours  and  increased 

expression  in nHSF following treatment with GP226 for 48 hours.  In addition, a significant 

difference in CFLAR gene expression was also observed in the untreated nHSF control when 

compared  to  the  untreated  HSF  control.  Why  these  differences  were  not  consistent 

throughout  all  the  validation  studies,  or  why  differential  expression  following  silicone 

treatment were not observed in any HSF samples is not clear. 

 

The  DAPK1  gene  was  another  protein  found  to  be  over  expressed  in  our  superarray 

analyses. The DAPK1 protein is the founding member of a newly classified family of Ser/The 

kinases, whose members not only possess significant homology  in their catalytic domains, 

but also share cell death‐associated functions (Bialik and Kimchi, 2006). The C terminus of 

DAPK1 contains a death effector domain, which when over expressed, acts as a dominant 

negative regulator of apoptosis and protects cells from death induced by TNF or FAS (Bialik 

and Kimchi, 2006; Cohen et al., 1999).  Interestingly,  the validation experiments  revealed 

that  the  DAPK1  gene  was  increased  following  treatment  with  GP226,  yet  was  not 

significantly affected  following treatment with Fraction  IV to HSF and nHSF. Furthermore, 

decreased DAPK1 gene expression was observed in HSF and nHSF following treatment with 

PDMS7‐g‐PEG7. These results are clearly  inconsistent, making  it difficult to understand the 

role of DAPK1 in dermal fibroblasts treated with the silicones.  

 

Through the evaluation of the results reported in this chapter,  it has become evident that 

apoptosis occurring through the participation of TNF and TNFR superfamily members can 

be  via many  different  pathways.  In  addition  to what  has  already  been  discussed,  TNF‐

induced apoptosis has also been reported to be modulated by mannose‐6‐phosphorylated 

glycoproteins  (Tardy  et  al.,  2004).  Furthermore,  Chen  et  al.  (2004)  demonstrated  that 

decreased expression of mRNA for IGF2R, a receptor for mannose‐6‐phosphate (M6P), led 

to  increased cell proliferation and decreased cell susceptibility  to TNF‐induced apoptosis. 

The experiments reported in this chapter reveal that the expression of the IGF2R gene was 

up‐regulated  in HSF and nHSF following treatment with silicone, especially at the 48 hour 

timepoint;  this  coincides with  our  previous  results  showing  decreased  proliferation  and 

increased apoptosis. IGF2R has been reported to be a growth inhibitor/tumour suppressor 

(Probst et al., 2009) involved in the activation of TGFβ and also in cellular functions related 

Page 140: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

to  apoptosis  and  tumorigenesis  (Motyka  et  al.,  2000).  In  addition,  the  IGF2R  controls 

concentrations  of  insulin‐like  growth  factor‐II  (IGFII),  a  growth  factor,  through 

internalization and lysosomal degradation. This has been reported to suppress mitogenesis 

by  reducing  the  availability  of  IGFII  to mediate  actions  via  the  IGFI  receptor  (Jones  and 

Clemmons, 1995).  

 

Reports that the  IGF2R  is  involved  in the activation of TGFβ are  interesting  in that TGFβ1 

stimulates  collagen production  in normal  human dermal  fibroblasts  (Varga  et  al.,  1987). 

The  gene microarray  studies demonstrate  that many of  the  genes  for different  collagen 

types,  especially  COL1A1  and  COL3A1,  the main  types  of  collagen  found  in  skin,  were 

decreased in HSF and nHSF samples exposed to GP226 and Fraction IV (Uitto et al., 1981). 

This  decrease  in  collagen  production  was  also  validated  in  the  qRT‐PCR  experiments, 

whereby  the COL1A1 and COL3A1 genes were  found  to be significantly decreased  in HSF 

and nHSF  treated with GP226, Fraction  IV and PDMS7‐g‐PEG7  for 48 hours. Furthermore, 

the  expression  of  the  COL1A1  gene  was  also  found  to  be  significantly  decreased  in 

untreated nHSF compared to the untreated HSF control.  It has been reported that TGFβ1 

overproduction  at  both  mRNA  and  protein  levels  is  associated  with  several 

fibroproliferative disorders,  such as pulmonary  fibrosis,  liver cirrhosis, glomerulonephritis 

and scleroderma  (Border and Noble, 1994; Broekelmann et al., 1991; Castilla et al., 1991; 

Gruschwitz et al., 1990). However, despite our findings demonstrating differential COL1A1 

gene  expression  between  cell  types  and  following  silicone  treatment,  no  significant 

differences  in TGFβ1 gene expression were found  in any of our qRT‐PCR experiments. It is 

possible that differences in the expression of genes for the other forms of TGFβ are present 

in  HSF  and  nHSF.  For  example,  TGFβ1  and  TGFβ2  are  known  to  modulate  collagen 

synthesis, while TGFβ3 has been demonstrated  to  reduce scarring and  is  involved  in scar 

prevention (Bock et al., 2005; Shah et al., 1992). 

 

The gene for αSMA was included in the qRT‐PCR validation studies as it is regulated by the 

action  of  growth  factors,  like  TGFβ1,  and  is  the  most  widely  employed  marker  of 

myofibroblasts (Hinz et al., 2007). Following tissue injury, fibroblasts incorporate αSMA into 

their  stress  fibres  facilitating differentiation  into contractile and  secretory myofibroblasts 

which contribute to tissue repair during wound healing (Hinz et al., 2001; Hinz et al., 2007). 

However,  the  presence  of  myofibroblasts  can  severely  impair  organ  function  when 

contraction  and  ECM  protein  secretion  become  excessive,  such  as  in  hypertrophic  scars 

Page 141: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   5 . 0  | 119 

 

(Hinz, 2007; Hinz et al., 2007). The qRT‐PCR  studies  showed  that  αSMA gene expression 

was  decreased  in  HSF  and  nHSF  following  48  hours  treatment  with  PDMS7‐g‐PEG7, 

potentially meaning that PDMS7‐g‐PEG7 was decreasing the contractile and secretory action 

of the fibroblasts  in vitro. Additionally, the expression of the αSMA gene was significantly 

decreased  in  untreated  nHSF  compared  to  untreated  HSF  after  48  hours  culture.  This 

provides  further support  that  the  two cell  types are actually distinct cell populations and 

that the HSF have not reverted to normal fibroblast phenotype during in vitro culture.     

 

The  SMAD7  gene was  also  identified  as  a  focus  gene  in  the microarray  studies  and was 

hence further validated via qRT‐PCR. These studies confirmed that the SMAD7 gene  is up‐

regulated following silicone treatment. SMAD7 is another protein that interacts with TGFβ1 

and  regulates  TGFβ1  signal  via  a  negative  feedback  loop  (Yan  et  al.,  2009).  In  fact,  the 

TGFβ/SMAD signalling system is well known for an autoinhibitory loop that involves SMAD7 

forming a complex with R‐SMADs, preventing  their movement  from  the cell nucleus. The 

transient induction of SMAD7 in response to TGFβ1 acts as an important negative feedback 

inhibitor of TGFβ1 signalling transduction by blocking the activation of SMAD2 and SMAD3 

proteins and preventing their  interaction with activated TGFβ1 receptors and subsequent 

phosphorylation  (Xie  et  al.,  2008).  SMAD7  has  well  described  anti‐fibrotic  and  anti‐

inflammatory activities and  it has been reported that fibroblasts derived from keloid scars 

have a decreased expression of SMAD7 (Tang et al., 2009). However, little is known about 

the  relationship between TGFβ1 and SMAD signalling  in  the hypertrophic scar  (Xie et al., 

2008).  Additionally,  no  significant  differences  in  SMAD7  gene  expression  were  found 

between HSF and nHSF.  

 

Finally,  AIFM2 was  identified  as  a  target  gene  though  our microarray  studies,  and was 

confirmed  via  qRT‐PCR  to  be  over‐expressed  in HSF  and  nHSF  following  treatment with 

silicone. There  is only a  small amount of  information  in  the  literature concerning AIFM2, 

but  it  appears  that  apoptosis  induced  by  AIFM2  is  not  p53‐dependant  nor  caspase‐

dependant (Marshall et al., 2005; Wu et al., 2002). Despite this, there  is still debate as to 

whether AIFM2 actually associates with the mitochondria, as it name suggests, or with the 

plasma membrane (Bilyy et al., 2008).  

 

Taken  together,  it  is  evident  that many events  are occurring  in dermal  fibroblasts when 

they are  treated with  the silicone  treatments. Significant differences  in  the expression of 

Page 142: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

I n v e s t i g a t i o n s   a t   t h e   G e n o m i c   l e v e l  

 

many of  the  focus genes were also  found between  the  two untreated  controls, HSF and 

nHSF.  These  findings  were  significant  as  the  initial  microarray  analyses,  which  were 

performed with fibroblasts derived from one patient only, identified less than 100 genes to 

be differentially expressed between untreated HSF and nHSF. Furthermore, the validation 

experiments  indicated that the two cell populations were  in fact distinct and that the HSF 

had not differentiated back to normal fibroblasts during in vitro culture. Through analysis of 

the  literature,  it  has  also  become  clear  that many  of  the  genes  identified  through  the 

microarray  and  superarray  screening  techniques  are  related  to  the  TNF  and  TNFR 

superfamilies. Indeed, while the gene expression data assembled is important, validation at 

the protein  level  is now required. Proteins of  interest to investigate further would  include 

αSMA, AIFM2, COL1A1, COL3A1,  IGF2R, NSMAF,  SMAD7,  TRAF2,  TRAF3  and  TNFRSF10B. 

The  studies  outlined  in  this  chapter  have,  however,  increased  our  knowledge  base 

regarding which genes and biological pathways may be affected through the application of 

products  containing  silicone,  particularly  silicone‐PEG  copolymers,  to  hypertrophic  scars.

Page 143: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 121 

 

CHAPTER 6.0 

GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS  

The  formation  of  hypertrophic  scars  is  a  frequent  outcome  of wound  repair  and  often 

results in disfigurement, pain, itching, reduced mobility and psychological trauma to those 

suffering  from  them  (Ferguson  and  O'Kane,  2004;  Mutsaers  et  al.,  1997).  Nationally, 

170,000 burn and  scald  injuries, all with  the potential  for adverse  scarring, are  reported 

each  year  in  Australia  (Australian  Bureau  of  Statistics,  2001).  On  a  wider  scale, 

approximately  100 million  people  develop  scars  each  year  in  the  developed world.  It  is 

estimated that 11 million of these scars develop abnormally and 4 million result from burn 

injuries, of which 70% occur  in children  (Bayat et al., 2003). Of note, the survival rates of 

burns  patients  have  increased  significantly  in  the  last  couple  of  decades,  leading  to  a 

pressing need for improved and optimised wound healing methods (Bloemen et al., 2009). 

Moreover, a study performed by Li‐Tsang et al.  (2005) demonstrated that the prevalence 

rate of post‐surgical hypertrophic scarring was 74.7%. Clearly, scarring  is a major medical 

side effect and any  improvement  in scar management will  impact on many  lives, not only 

increasing aesthetics, but also enhancing quality of lives by restoring physical movement to 

affected  areas  and  relieving  emotional  trauma  that may  accompany  abnormal  recovery 

processes.    

 

SGS are currently used as a treatment for hypertrophic scars, with many beneficial effects 

being reported following use (Ahn et al., 1989; Berman and Flores, 1999; Eishi et al., 2003; 

Gold et al., 2001; Quinn et al., 1985). Although widely used, no  specific  factor has been 

proven to be the major contributor or inducer of the scar remediation properties attributed 

to SGS. Research undertaken by our laboratory re‐investigated the chemical role of SGS on 

scarring.  It  was  demonstrated  that  small‐amounts  of  amphiphilic,  linear,  oligomeric 

silicones with low molecular weight have the ability to migrate from commercially available 

SGS  into  the  human  stratum  corneum  (Sanchez  et  al.,  2005).  In  view  of  this,  the 

investigations  described  within  this  doctoral  thesis  were  based  around  assessing  the 

potential scar remediating ability of low molecular weight amphiphilic silicone species. The 

underlying  hypothesis  of  this  doctoral  thesis  was  that  low  molecular  weight  and 

amphiphilic  silicones  decrease  cell  viability  by  regulating  apoptosis  in  dermal  fibroblasts 

and keratinocytes.  

Page 144: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

The research began by investigating the commercially available oligomeric silicone, GP226, 

which  is  structurally  similar  to  those  found  previously  to  traverse  the  stratum  corneum 

(Sanchez et al., 2005). These experiments were motivated by a need to validate the earlier 

findings from our laboratory indicating that exposure of dermal fibroblasts to GP226 and its 

five  fractions decreased  cell  viability  (Charters, 2007).  Furthermore,  these earlier  studies 

needed to be extended as the effect of the silicones were only assessed on fibroblasts and 

did  not  include  keratinocytes.  In  addition,  cell  viability,  but  not  cell  proliferation,  was 

investigated  and  the  effects  were  only  assessed  at  48  hours.  However,  a  report  by 

Hanasono et al., (2004) had shown that differences in cell growth curves occurred between 

days 2 and 5 following application of silicone to dermal fibroblasts, prompting us to pursue 

studies examining more time points.  

 

The  first  studies  reported  in  this  thesis  (Chapter  3.0)  confirmed  the previously  reported 

results  (Charters,  2007)  and  illustrated  that  GP226,  fractionated  into  five  species  of 

differing molecular weights,  reduces  cell  viability and proliferation of HSF, nHSF, KF, nKF 

and HK at 24, 48, 72 and 168 hours (7 days). Interestingly, differing effects on cell viability 

and  proliferation were  observed when  the  cells were  treated with  the  five  fractions  of 

GP226.  It was observed  that  fractions  III,  IV and V were  the most active  components of 

GP226, dose‐dependently decreasing  viability  and proliferation of  all  cell  types. Of note, 

application  of  Fraction  IV  to  dermal  fibroblasts  and  keratinocytes  in  vitro was  found  to 

induce effects that were most similar to GP226. Unlike Hanasono et al., (2004), differences 

in  the  trends  observed  for  viability  or  proliferation  of HSF,  nHSF,  KF  and  nKF were  not 

apparent following treatment with silicone at the four time points assessed. Therefore, 48 

hours  was  selected  as  the  best  timepoint  for  subsequent  experiments  as  it  was  the 

timepoint  that  led  to  the  greatest proliferation of  cells  in  the majority of  the untreated 

control cultures. 

 

Another key aspect of the analyses reported in Chapter 3.0  is that the effects of both HSF 

and KF were examined. This was especially  important as  limited  studies on  the effect of 

GP226 on  keloid‐derived  tissues had been  conducted. Keloid  and hypertrophic  scars  are 

histologically and morphologically different (Bayat et al., 2003) and the fibroblasts derived 

from keloid scars appear and behave differently to those derived from hypertrophic scars 

(Hanasono  et  al.,  2004).  Our  analyses  of  cell  viability  and  proliferation,  however, 

Page 145: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 123 

 

demonstrated no major differences between HSF and KF or nHSF and nKF when compared 

to their respective controls. Furthermore, differences  in KF behaviour were not observed, 

but  this  could have also been due  to  the  fact  that cells of passage 4‐7,  rather  than cells 

derived  directly  from  tissues, were  utilised. As  no  pronounced differences between HSF 

and KF in the studies reported in Chapter 3.0 were observed, the future analyses described 

within this thesis investigated only HSF and nHSF. 

 

In  the experiments  that demonstrated decreased cell viability and proliferation  following 

treatment  with  GP226  and  its  fractions,  a  concern  became  apparent  that  perhaps  the 

silicones were  inducing  aggregation of  FCS proteins within  the  cell  culture medium. This 

hypothesis originated from the report that silicone oil has previously been implicated in the 

induction  of  protein  aggregation  (Bernstein,  1987).  Furthermore,  Jones  et  al.  (2005) 

reported that silicone oil‐induced aggregation of proteins occurred dramatically with BSA, 

possibly  causing  it  to  undergo  gross  conformational  changes  and  rendering  it  non‐

functional.  In  our  experimental  situation,  it  was  thought  that  the  aggregation  of  FCS 

proteins may possibly  ‘starve’  the  cells of  their  required nutrients  and  therefore be  the 

underlying cause for decreased cell viability and proliferation. To investigate this, HSF were 

cultured with medium  containing  FCS of  varying  concentrations up  to 20% and  the  cells 

simultaneously treated with silicone. Of note, 20% FCS in cell culture medium is considered 

a significant over supply of nutrients  to  the cells. However,  following  treatment with  the 

silicones  in  cell  culture medium  containing  20%  FCS,  cell  density  was  still  dramatically 

decreased. Moreover, similar responses were obtained regardless of what concentrations 

of FCS were present. 

 

Following on  from  this,  the  cell morphology of HSF exposed  to GP226, Fraction  IV and a 

commonly  used  surfactant,  Tween  20,  was  examined  in  order  to  observe  what  was 

happening morphologically to the cells during treatment. Real‐time microscopy was utilised 

to observe cell morphology as  it enables the cells to be  imaged  in high definition over an 

extended  period  of  time  (Wilson  et  al.,  1998).  Through  these  experiments  it  became 

evident  that HSF  exhibited morphology  indicative  of  apoptosis,  including  cell  shrinkage, 

membrane  blebbing  and  nuclear  fragmentation  following  treatment  with  silicone.  This 

observation of apoptosis  in HSF following treatment with GP226 and Fraction IV was then 

confirmed using the Tunel assay.  Interestingly, when HSF were exposed to Tween 20, the 

cells appeared  to be undergoing a  form of apoptosis called anoikis;  this  is  induced when 

Page 146: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

anchorage‐dependent cells detach from the surrounding ECM (Frisch and Screaton, 2001). 

Tween 20 was  included  in these  investigations to determine whether the action of GP226 

and Fraction  IV arose from their properties as surfactants. Given that the phenomenon of 

anoikis was not observed  in the HSF cultures exposed to GP226 or Fraction  IV,  it suggests 

that their effect is independent of their surfactant properties.  

 

Taken together, the results detailed in Chapter 3.0 demonstrated that one fraction, IV, was 

largely  responsible  for  the  effects  elicited  by  GP226.  The  methodology  required  for 

obtaining pure samples of Fraction IV from GP226  involved separation via PSEC and HPLC. 

Fraction  IV  represents  only  a  small  proportion  (8%)  of  the  complete  GP226  mixture, 

meaning that large amounts of GP226 starting material needed to be fractionated in order 

to  obtain  small  amounts  of  Fraction  IV.  In  addition,  the  PSEC  and  HPLC methodology 

required  for  the  fractionation  is  labour‐intensive  and  time  inefficient.  In  view  of  this,  it 

became  apparent  that  the  silicone  treatments would need  to be  synthesised within our 

laboratory  in  order  to  achieve  the  level  of  purity  and  quantity  of  silicones  required  for 

experimentation.  As  Fraction  IV  had  demonstrated  the  most  consistent  and  dose 

dependant  results within Chapter  3.0,  a  series of  amphiphilic  silicones were  synthesised 

based on its structure. A small library of amphiphilic silicone oligomers, including PDMS15.2‐

PEG8, PDMS10.5‐PEG8, PDMS15.2‐PEG4 and PDMS7‐g‐PEG7, with  low molecular weight and a 

broad range of properties were synthesised by chemists within the laboratory. Importantly, 

the amphiphilicity of these synthesised silicones, as  indicated by their HLB  factor  in table 

4.1, varied greatly. Of note, HLB indicates the balance of the degree of hydrophobicity and 

hydrophilicty  within  a  chemical  structure,  whereby  lower  HLB  values  indicate  more 

hydrophobic  compounds,  such  as  PDMS15.2‐PEG8  and  PDMS15.2‐PEG4, while  higher  values 

indicate more hydrophilic compounds, including PDMS10.5‐PEG8 and PDMS7‐PEG7. 

  

The goal of the studies in Chapter 4.0 was to find a species of silicone that had either equal 

or  greater  effects  on  HSF,  nHSF  and  HK  than  GP226  and  Fraction  IV,  in  terms  of  cell 

proliferation and apoptosis. As no major differences were observed in Chapter 3.0 between 

our  proliferation  and  viability  data,  only  cell  proliferation  was  investigated  following 

exposure  to  the  synthetic  silicones.  These  experiments  indicated  that  each  of  the 

synthesised silicones had differing effects on HSF and nHSF. In fact, PDMS7‐g‐PEG7 was the 

only silicone to decrease both HSF and nHSF proliferation to  levels below those obtained 

for GP226 and was therefore chosen for further  investigation.  Interestingly, comparing all 

Page 147: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 125 

 

the synthetic silicones together, PDMS7‐g‐PEG7 had  the  lowest molecular weight, was  the 

most hydrophilic and was  the only synthesised silicone oligomer  that consisted of a  rake 

structure.  Further  experimentation  with  PDMS7‐g‐PEG7  demonstrated  that  it  could  also 

elicit dose dependant decreases in HSF, nHSF and HK proliferation when applied at a wider 

range of concentrations. Not surprisingly, the results obtained with PDMS7‐g‐PEG7 were far 

more consistant  than  those obtained with GP226 and  its  fractions. As PDMS7‐g‐PEG7 was 

manufactured in house using high quality materials, its purity was able to be maintained at 

a level suitable for application to cells cultured in vitro. 

 

Given the earlier experiments that demonstrated GP226 and Fraction IV induced apoptosis 

when applied  to dermal  fibroblasts,  it  seemed  likely  that application of PDMS7‐g‐PEG7  to 

HSF, nHSF and HK also induced apoptosis. Indeed, induction of apoptosis by PDMS7‐g‐PEG7 

was demonstrated through analyses of cell morphology and the Tunel assay  in cultures of 

HSF, nHSF and HK. Interestingly, decreased apoptosis of fibroblasts has been reported as a 

major factor in the etiopathogenesis of hypertrophic scars (Appleton et al., 1996; Saray and 

Gulec, 2005; Sayah et al., 1999). While the regulation of ECM deposition and remodelling 

are  key  elements  in  hypertrophic  scar  formation,  so  too  is  tissue  homeostasis, which  is 

maintained through a balance between cell proliferation and death (Bellemare et al., 2005; 

Eckes et al., 2000; Moulin et al., 2004).  Apoptosis is a method of controlled cell death that 

has been widely  investigated. The process  is marked morphologically by cellular shrinking, 

condensation  and  margination  of  the  chromatin,  as  well  as  ruffling  of  the  plasma 

membrane, with  eventual  break‐up  of  the  cell  in  apoptotic  bodies  (Taylor  et  al.,  2008). 

Investigations  using  real‐time  and  immunofluorescent microscopy  revealed  that  GP226, 

Fraction  IV  and  PDMS7‐g‐PEG7  induce  apoptosis  in  cultures  of  HSF,  nHSF  and  HK.  In 

addition,  in  some of  the cell morphology experiments  it was observed  that cell contents 

were  ruptured  following  the  induction  of  apoptosis with  the  silicones,  hence  indicating 

necrosis.  However,  it  has  been  reported  that  the  distinction  between  apoptosis  and 

necrosis in cells cultured in vitro can be confused because there is a lack of scavenging cells 

present,  and  thus  the  phagocytic  step  after  apoptosis may  not  occur.  Instead,  as  was 

observed,  the  apoptotic  cell  can  eventually  undergo  secondary  necrosis  and  release  its 

contents into the surrounding medium (Duke and Cohen, 1986). 

 

These  results  concerning  the  induction  of  apoptosis  following  treatment  with  silicone 

demonstrated  to  us  that  amphiphilic  silicone  oligomers with  low molecular weight  are 

Page 148: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

potential novel  scar  treatments  that  can  remove  the  tissue bulk  and prevent  the excess 

ECM deposition  that  is associated with abnormal  scars.  In  fact, cytotoxic agents,  such as 

bleomycin, are currently used to reduce the extraneous tissue associated with hypertrophic 

scarring  (Espana et al., 2001; Meier and Nanney, 2006). Bleomycin  is an apoptotic agent 

that is also used in chemotherapy and has the potential to cause major side‐effects, such as 

systemic  toxicity,  as well  as pulmonary,  renal  and  cutaneous  fibrosis  in  the  longer  term 

(Crooke and Bradner, 1976; Shastri et al., 1971). Furthermore,  its use requires application 

by  injection,  an  invasive procedure with  increased  associated  complications  (Crooke and 

Bradner, 1976; Shastri et al., 1971). Clearly, a non‐invasive topical silicone treatment that 

stimulates  an  equivalent  apoptotic  effect  with  minimal  side‐effects  would  be 

advantageous. 

 

The results obtained through the studies reported in Chapters 3.0 and 4.0 led us to propose 

that  the  silicone  species  are  able  to  interact with  dermal  fibroblast  cells  and  affect  key 

cellular  mechanisms  pertinent  to  cell  proliferation  and  apoptosis.  However,  the 

mechanisms  occurring  in  fibroblasts  undergoing  apoptosis  during  treatment  were  still 

unknown. The  focus of Chapter 5.0  therefore was  to elucidate  some of  the mechanisms 

underpinning  the  induction  of  apoptosis  in  fibroblasts  following  exposure  to  GP226, 

Fraction  IV and PDMS7‐g‐PEG7  in vitro. Although the earlier  investigations reported  in this 

thesis  involved  studies  with  both  fibroblasts  and  keratinocytes,  the  mechanistic 

experiments focussed only on fibroblasts. As changes in gene expression play major roles in 

cellular  biology,  the  initial  experiments  focussed  on  investigating  differential  gene 

expression  in dermal  fibroblasts  following exposure  to  the silicone  treatments  (Risch and 

Merikangas,  1996).  To  explore  this,  gene microarray  and  superarray  experiments  were 

used as screening techniques to identify possible ‘target’ genes and mechanisms by which 

the  silicone  treatments  were  mediating  their  effects.  The  HumanHT‐12  v3  Expression 

BeadChip microarray was used  to determine differentially expressed genes  in cultures of 

HSF and nHSF following treatment with and without GP226 and Fraction IV, while qRT‐PCR 

apoptosis  superarrays were  performed  on  HSF  and  nHSF  cultures  exposed  to  PDMS7‐g‐

PEG7.  Following  analysis  of  the  microarray  and  superarray  results,  the  differential 

expression of 16  ‘target’  transcripts were validated by qRT‐PCR, using 18S as an  internal 

control for normalisation. A summary of these results is illustrated in Table 6.1. 

 

 

Page 149: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 127 

 

Focus Genes  Silicone treated samples HSF vs nHSF

Microarray Superarray qRT‐PCR qRT‐PCR

αSMA  ‐ ‐ Down ‐ 

AIFM2  Up ‐ Up ‐ 

CFLAR  ‐ Up Inc Down

COL1A1  Down ‐ Down Down

COL3A1  Down ‐ Down ‐ 

DAPK1  ‐ Down Inc ‐ 

FAS  ‐ Down Inc ‐ 

IGF2R  Up ‐ Up ‐ 

IL8  Up ‐ Up Down

NSMAF Up ‐ Up ‐ 

SMAD7 Up ‐ Up ‐ 

TGFβ1  ‐ ‐ ‐ ‐ 

TNF  ‐ Down ‐ Down

TNFRSF10B  ‐ Up Up ‐ 

TRAF2  ‐ Down Down ‐ 

TRAF3  ‐ Down Up ‐ 

Table 6.1 – Summary of Results obtained for microarray, superarray and qRT‐PCR analyses.  Genes depicted as being differentially regulated are indicative of changes in silicone‐treated samples compared to the untreated control or  in untreated nHSF when compared to untreated HSF. Genes marked with  –  indicate  those with  no  significant  changes  in  gene  expression  or  in  terms  of  the superarray experiments, were not included in the array performed. Genes marked with Inc indicate results that were inconclusive or not significant.  

 

It was evident through the microarray and superarray screening process that genes related 

to  the  TNF  and  TNFR  superfamilies,  including  the  TNF,  FAS,  TRAF2,  TRAF3,  NSMAF, 

TNFRSF10B  and  CFLAR  genes,  were  differentially  regulated  following  treatment  with 

silicone. Furthermore, many genes  involved  in the collagen production pathway,  including 

the  genes  for  COL1A1,  COL3A1,  IGF2R  and  SMAD7, were  also  found  to  be  differentially 

regulated  through  the microarray  analyses  performed.  Table  6.1  summarises  that  that 

some of the investigated focus genes, including CFLAR, DAPK1 or FAS, were not significantly 

differentially  regulated  or  confirmed  by  the  qRT‐PCR  validation  experiments.  Similarly, 

TRAF3 gene expression was found to be down‐regulated  in our gene superarray analyses, 

yet was  significantly  increased  following  treatment of GP226 and PDMS7‐g‐PEG7, but not 

Fraction IV to HSF and nHSF in the qRT‐PCR experiments. These conflicting results may arise 

from  the  fact  that  the microarray  and  superarray  analyses were performed on HSF  and 

Page 150: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

nHSF derived from one patient only, while the validation experiments were performed on 

cells  derived  from  three  different  patients.  Despite  this,  the  validation  experiments 

confirmed  that  many  of  the  target  genes  were  differentially  regulated  in  fibroblasts 

following  exposure  to  the  silicone  treatments.  Indeed,  through  the  analysis of  the peer‐

reviewed  literature  in  Section 5.4, many  links between  the  results obtained  and  cellular 

processes important in apoptosis, proliferation and collagen production were found. Figure 

6.1  depicts  a  summary  of  the  pathways  involved  and  predicted  relationships  made 

between  the  protein  products  of  the  genes  identified  as  being  differentially  regulated 

following treatment of the silicone treatments to HSF and nHSF.      

 

 

 

Figure 6.1 – Predicted relationships between differentially regulated genes  identified  in HSF and nHSF following treatment with the silicones.  Genes for molecules in red indicate those found to be up‐regulated, blue indicates those found to be down‐regulated  and  green  indicates  those  focus  genes  not  found  to  be  differentially  regulated. Molecules  in yellow  indicate other  important proteins that were not  identified through microarray or  superarray  analyses  to  be  differentially  regulated  at  gene  level  in  HSF  and  nHSF  following treatment with  silicone.  Pathways marked with    indicate  an  increased  effect while  pathways marked with   indicate an inhibitory effect. 

 

As is illustrated in Figure 6.1, although the gene for TNF was not differentially expressed in 

fibroblasts  following  treatment with  the  silicones, apoptosis  induced by members of  the 

TNF  superfamily  requires  the  interaction with many other molecules and  can do  this via 

many  different  pathways.  For  example,  many  TNF  family  members,  including  TNF, 

Page 151: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 129 

 

TNFRSF10  and  LTβR,  have  been  reported  to  exert  their  biological  effects  through  TNFR 

superfamily members,  such as TNFRSF10B, and other adaptor molecules, NSMAF, TRAF2 

and TRAF3 (Adam‐Klages et al., 1996; Adam et al., 1996; Bouwmeester et al., 2004; Gupta, 

2002; Jin and El‐Deiry, 2005; Rothe et al., 1994; VanArsdale et al., 1997). As summarised in 

Table 6.1 and Figure 6.1, the genes for all of these proteins were found to be differentially 

expressed at the genomic level in dermal fibroblasts following treatment with the silicones. 

Another gene identified to be up‐regulated following exposure to the silicones was AIFM2, 

which has been reported to  induce apoptosis that  is neither p53‐dependant nor caspase‐

dependant (Marshall et al., 2005; Wu et al., 2002). Associations between AIFM2‐ and TNF‐

induced apoptosis or the TNFR superfamily were not apparent in the literature.  It has also 

been demonstrated that many of the protein products of the investigated genes belonging 

to or associating with the TNF and TNFR superfamilies are involved in other pathways that 

are not related to the  induction of apoptosis.   For example,  IL8 gene expression, found to 

be up‐regulated  in  the qRT‐PCR experiments, has been  reported  to be  regulated  through 

the  LTβR  (Chang  et  al.,  2002).  Furthermore,  Chen  et  al.,  (2004)  also  reported  that 

decreased expression of IGF2R mRNA can lead to increased cell proliferation and decreased 

cell  susceptibility  to  TNF‐induced  apoptosis,  which  corresponds  with  our  results  of 

increased  IGF2R  gene  expression  and  increased  apoptosis  following  application  of  the 

silicones to HSF and nHSF. 

 

In  addition  to  the  role of  IGF2R  in  apoptosis,  IGF2R  is  also  involved  in  the  activation of 

TGFβ, a protein that has been widely reported to stimulate collagen production  in normal 

human  dermal  fibroblasts  (Varga  et  al.,  1987).  Indeed,  our  investigations  of  differential 

gene  expression  illustrated  that  the  genes  for  both  COL1A1  and  COL3A1,  the  two main 

types of  collagen within  skin, were decreased  in  silicone‐treated  fibroblasts  (Uitto et al., 

1981).  Furthermore,  links  between  TGFβ  and  αSMA  and  SMAD7,  two  other  genes 

investigated in our expression studies, have also been reported. αSMA, identified as being 

decreased at the genomic level in HSF and nHSF following 48 hours treatment with PDMS7‐

g‐PEG7,  is  the  most  widely  employed  marker  of  myofibroblasts,  the  proliferative  and 

secretory fibroblasts responsible for collagen production during wound healing (Hinz et al., 

2001; Hinz et al., 2007). Moreover,  It has been extensively reported that the TGFβ/SMAD 

signalling  system,  involved  in collagen production,  includes an autoinhibitory  loop  that  is 

largely  mediated  by  SMAD7  (Xie  et  al.,  2008).  Although  little  is  known  regarding  the 

Page 152: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

relationship  between  SMAD7  and  hypertrophic  scars,  it  is  known  that  SMAD7  has  anti‐

fibrotic and anti‐inflammatory effects (Tang et al., 2009; Xie et al., 2008).  

 

It is evident that the effect of exposure of dermal fibroblasts to the silicones is significant, 

with many genes being differentially regulated  following treatment. One observation that 

became  apparent  through  these  studies was  that many  of  the  genes  for  the  cytokines 

investigated, including TNF, Fas and TGFβ1, were not found to be differentially regulated in 

the qRT‐PCR  validation experiments.  Interestingly, many of  the  receptors  reported  to be 

involved with  these  cytokines were  found  to be differentially  regulated.  The most  likely 

reason  underlying  this  phenomenon  is  that  the  fibroblasts  are  regulating  receptor 

expression as a mechanism to  induce apoptosis quickly  following exposure to the silicone 

treatments. It is also possible that the silicone treatments are directly interacting with the 

cell membrane  during  treatment,  inducing  a mechanistic  effect  and  regulating  receptor 

activity as a result. Indeed, other studies performed within our laboratory have attempted 

to  investigate  the  interaction and  location of  silicone within  fibroblasts but  the methods 

adopted have proved troublesome thus far and the results are still inconclusive (Keddie, D. 

and Farrugia, B. pers. comm.).  

 

The  gene  expression  studies  performed  in  Chapter  5.0  also  demonstrated  that  many 

differences in gene expression were present between HSF and nHSF, the two main types of 

fibroblasts  investigated within this doctoral thesis. For example, the expression of the  IL8 

gene  was  found  to  be  significantly  decreased  in  nHSF  compared  to  HSF.  These  results 

corroborate those of Schauer et al. (2009), who reported that IL8 protein expression is up‐

regulated  in  fibrotic  and  malignant  diseases,  increased  by  oxidant  stress  and  is  a  key 

mediator  of  proliferative  responses.  In  addition,  expression  of  the  TNF  gene,  a  pro‐

inflammatory  cytokine  with  many  functions,  as  well  as  the  TRAF2  gene,  involved  in 

inhibiting apoptosis, were also  found  to be decreased  in nHSF  compared  to HSF  (Gupta, 

2002). Finally, expression of  the gene  for  αSMA was  significantly decreased  in untreated 

nHSF compared  to untreated HSF at 48 hours culture. As mentioned previously, αSMA  is 

the most widely employed marker of myofibroblasts (Hinz, 2007). The finding of decreased 

expression  of  αSMA  in  nHSF  compared  to  HSF  indicates  that  HSF  are  indeed  more 

proliferative  and  secretory  myofibroblastic  in  nature.  Furthermore,  the  decreased 

expression of the αSMA gene, along with IL8, TNFα and TRAF2, in nHSF demonstrates that 

HSF  and nHSF  are  actually distinct  cell populations.  Finally,  the  expression of  the CFLAR 

Page 153: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 131 

 

gene, a caspase homologue known to induce apoptosis, was also found to be decreased in 

nHSF  compared  to  HSF.  However,  it was  anticipated  that  nHSF would  undergo  greater 

apoptosis compared to HSF, as myofibroblasts are a more proliferative cell type. Why this 

difference in CFLAR gene expression is not consistent with our other findings indicating that 

HSF  are more  like proliferative myofibroblasts,  is not  clear.  Importantly, however,  these 

results, which are summarised  in Figure 6.2, suggest that HSF have not reverted back to a 

‘normal’ fibroblast phenotype during their in vitro culture.  

 

 

 

Figure  6.2  –  Differential  gene  expression  between  HSF  and  nHSF  and  the  effects  on cellular processes involved in myofibroblast differentiation.  Genes  in blue  indicate those found to be down‐regulated  in nHSF compared to HSF while cellular  processes  in  green  indicate  those  important  in  myofibroblast  differentiation. Pathways marked with    indicate an  increased effect while pathways marked with   indicate an inhibitory effect.  

The gene expression data  reported  in Chapter 5.0  is significant as  they demonstrate  that 

the silicone treatments affect gene regulation. However, the studies were only performed 

on dermal  fibroblasts  and  the  effect of  these  silicone  treatments on  gene  expression  in 

keratinocytes, the other main cell type within skin, also needs to be assessed  (Werner et 

al.,  2007).  Furthermore,  although  the  results  presented  are  of  great  interest,  gene 

expression  studies  only  examine  the  transcription  of  genes  into  RNA  and  the  effects  of 

Page 154: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

transcriptional  changes  with  the  cell.  Validation  at  the  protein  level  is  therefore  also 

required  since many  changes occur during  translation,  following  transcription, and  these 

influence protein production,  conformation and  their effects within  cells  (Chuaqui et al., 

2002). Nevertheless, the studies have provided significant clues regarding which genes and 

biological  pathways  are  affected  through  the  application  of  silicone‐PEG  copolymers  to 

cells,  and  indeed have  implications  for  the  application of  silicone‐containing products  to 

hypertrophic scars. Furthermore, this  is the first study to demonstrate a  link between the 

genes  involved  in TNF‐induced apoptosis, the genes for members of the TNFR superfamily 

and silicone‐PEG copolymers for the treatment of hypertrophic scars.  

 

6.1 LIMITATIONS AND FUTURE DIRECTIONS 

Although the experiments within this thesis studied the effects of the silicone treatments 

on  fibroblasts  in  detail,  it  is  evident  that  further  experimentation  is  required  to  fully 

characterise the biological effect of the silicones  in vitro, as well as the fibroblasts used  in 

culture.  For  example, differential  α‐smooth muscle  actin  expression of normal  and  scar‐

derived fibroblasts requires assessment at the protein level to investigate the effects of the 

silicones  and  to  quantify  changes  in  cell  phenotype  due  to  the  in  vitro  culture. 

Methodological  approaches  such  as  immunocytochemistry  or  flowcytometry  could  be 

employed  to  examine  this.  Expression  of  α‐smooth  muscle  actin  is  characteristic  of 

myofibroblast  phenotype  and  these  investigations  are  important  as  the  percentage  of 

myofibroblast  cells  within  the  cultures  and  following  treatment  with  silicone  was  not 

examined within this thesis  (Desmouliere et al., 2005). Furthermore, probing the cells  for 

both  α‐smooth  muscle  actin  and  annexin  V  in  flow  cytometry  experiments  may  be 

particularly useful as this will enable the detection of apoptosis  in a specific population of 

cells. These experiments, among others, are important as it is not yet established how the 

silicones affect protein expression and  the  regulation of biological pathways.  In addition, 

knowledge  regarding  keratinocytes  and  their  responses  to  the  treatments  also warrants 

further  research. Given  there  is  a  close  paracrine  relationship  between  the  dermis  and 

epidermis within skin, further experiments assessing the effects of the silicone treatments 

on keratinocytes and dermal fibroblasts co‐cultured together are essential (Martin, 1997).  

 

One of the other  limitations of the research reported within this doctoral thesis relates to 

the fact that the data were generated in vitro using 2D cell culture techniques. Firstly, cell 

culture  was  performed  on  fibroblasts  isolated  and  available  for  purchase  from  Cell 

Page 155: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 133 

 

Research  Corpration.  Although  2D  culture  techniques  using  cells  isolated  from  humans 

produces more physiologically relevant results than when immortalised cell lines are used, 

they  can  be  hard  to  perform  because  the  cells  are  more  ‘fragile’  and  susceptible  to 

infection (Freshney, 2010; Pan et al., 2009). Additionally, the fact that the cells used were 

purchased from an external supplier means that we had no control over the experimental 

techniques used to  isolate and  initially culture the cells. Additionally, the fibroblasts were 

also only available for purchase from passage 4 onwards. While all cell culture experiments 

were performed when cells were under passage 10,  it  is  likely that changes  in phenotype 

occurred during culture (Freshney, 2010).  

 

Another  limitation of  the  studies performed herein  is  that  the optimal concentrations of 

the silicone treatments described have been investigated for in vitro use only; the optimal 

concentration of each of these silicone treatments for  in vivo use, as well as the resulting 

effects, may well be quite different. Clearly, future experiments will require the use of 3D 

cull culture models, such as the ex vivo 3D human skin equivalent (Regnier et al., 1990; Xie 

et al., 2010) and in vivo porcine scar models (Cuttle et al., 2006) reported by others. The 3D 

human skin equivalent model is one that utilises de‐epidermised dermis to create a model 

of human skin that can be used  in fundamental studies of wound repair and  in preclinical 

investigations of novel wound  therapies  (Xie  et  al.,  2010).  The porcine  scar model  is  an 

animal model,  in which  reproducible  hypertrophic  scars  are  created  in  pigs  using  deep 

dermal partial thickness burns (Cuttle et al., 2006). Importantly, the skin of pigs is known to 

be anatomically and physiologically similar  to human  skin  (Meyer et al., 1978; Montagna 

and Yun, 1964).  

 

It  is  expected  that  further  investigation  of  the  silicone  treatments using  3D human  skin 

equivalent models will  illustrate decreased cellularity and an  induction  in apoptosis  in the 

dermal layer, as well as give additional insight into the effect of the silicone treatments on 

keratinocytes within the epidermal layer. The use of the porcine scar models will also allow 

the in vivo investigation of the effect of the silicones on both scarred and normal skin. This 

is essential as the results obtained using 2D cell culture techniques demonstrated that the 

silicone  treatments elicited  similar effects on both HSF and nHSF.  Further advantages of 

studies  in  in vivo models  relate  to  their utility  in examining  the effect of  the silicones on 

inflammation; this is important as increased IL8 gene expression was observed in both HSF 

and nHSF following treatment. Histological investigations could be used in conjunction with 

Page 156: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

G e n e r a l   D i s c u s s i o n   a n d   C o n c l u s i o n s  

 

the porcine scar model, such that inflammatory cells, including neutrophils, monocytes and 

mast cells, could be identified by using traditional haematoxylin and eosin staining as well 

as the  leder stain (Leder, 1979). Finally, qRT‐PCR and  immunohistochemistry experiments, 

using both 3D human skin equivalent and porcine scar models, would also be employed to 

investigate the expression of the genes of interest identified in this thesis at both the gene 

and protein level.   

 

Further  investigations  of  the  silicone  treatments  using  3D models  are  also  required  to 

investigate their mode of action as it has been reported that the in vitro effects of silicone 

are not  likely to be observed in vivo (1995). This  is because silicone oils, which are usually 

hydrophobic,  have  difficulty  penetrating  the  stratum  corneum.  In  fact,  it  is  generally 

accepted that SGS are  inert and do not  instigate biological effects  following treatment to 

hypertrophic  scars  (Chang  et  al.,  1995). However, biological  effects were  clearly  evident 

when  GP226,  Fraction  IV  and  PDMS7‐g‐PEG7 were  exposed  to  dermal  fibroblasts. More 

importantly,  it  has  been  demonstrated  that  these  silicones  can  actually  traverse  the 

stratum  corneum  (Dickfos,  2008; Gardoni,  2007). Despite  these  results,  it  is  known  that 

GP226, Fraction IV and PDMS7‐g‐PEG7, are different to those present in SGS in that they are 

amphiphilic  silicone‐PEG  copolymers  with  a  low  molecular  weight.  Although  the 

investigated  silicones  are  of  different  structure  to  those  present  in  SGS,  the  results 

presented herein raise issues regarding the mechanism by which SGS work. The mechanism 

of SGS action  is a controversial area that  is yet to be completely understood. Clearly, the 

hypothesis that SGS can cause biological effects is not able to be dismissed at this time. 

 

6.2 CONCLUSION 

In summary, the results reported in this doctoral thesis indicate that low molecular weight 

and  amphiphilic  silicone‐PEG  copolymers,  such  as GP226,  Fraction  IV  and PDMS7‐g‐PEG7, 

have  potential  for  use  as  a  scar  remediation  therapy.  It  was  demonstrated  that  the 

mechanism of action lies in inducing apoptosis in dermal fibroblasts and keratinocytes. This 

was  further  substantiated  by  gene  expression  studies  in  fibroblasts  following  treatment 

with  the  silicones;  these  demonstrated  that  many  genes  pertinent  to  apoptosis  and 

scarring  were  implicated.  More  specifically,  many  genes  relating  to  the  TNF‐induced 

apoptosis and collagen production pathways were affected. Future  studies will  therefore 

focus  on  further  examining  these  mechanistic  pathways  at  the  protein  level  in  both 

fibroblasts and keratinocytes. This will not only clarify the mechanism of silicone action but 

Page 157: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   6 . 0  | 135 

 

will  facilitate  the optimisation of  these  treatments prior  to clinical  trials evaluating  these 

novel silicones  for scar  remediation.  It  is anticipated  that  this will ultimately assist  in  the 

design of a novel  scar  therapy with  faster and  improved outcomes  for patients  suffering 

from hypertrophic scars. 

Page 158: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

A p p e n d i c i e s  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 159: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   7 . 0  | 137 

 

CHAPTER 7.0 

APPENDICIES  

APPENDIX 1 

 

PDMS‐PEG oligomers were synthesized by Daniel Keddie, Marilla Dickfos, Brooke Farrugia 

and Tim Dargaville using methodology described previously (Keddie et al., 2010; submitted; 

Dickfos,  2008). Brief  descriptions  of  the methods  used  are  outlined  below.   All  solvents 

used were of AR grade and purchased from Sigma‐Aldrich unless otherwise stated. 

 

Synthesis of PEG sidechains 

Discrete  allyl‐PEG  sidechains  to  be  used  for  block  (ABA)  PDMS‐PEG  oligomers  were 

synthesized  step‐wise  starting  from diethylene glycol  (99%) and diethylene glycol methyl 

ether (99%) and coupling these with p‐toluenesulfonyl (98%) activation. When the desired 

number of ethylene glycol repeat units had been achieved, allyl groups were added to the 

hydroxyl  termini. This was achieved by stirring  the discrete PEG sidechains with 0.25 mol 

equivalent Na+  followed  by  dropwise  addition  via  cannula  to  an  ice  cooled  flask  under 

argon  containing  0.25 mol  equivalent  allyl bromide.   Non‐discrete  commercially  sourced 

PEGs (Sigma‐Aldrich) were used to prepare rake PDMS‐PEG oligomers, whereby allyl groups 

were added using the same procedure. 

 

Synthesis of silicone (PDMS) backbone 

α,ω‐Dihydro(polydimethylsiloxane)s  were  synthesized  via  acid  catalysed  ring‐opening 

polymerization  of  octamethylcyclotetrasiloxane  (D4,  99%)  and  capped  with 

tetramethyldisiloxane  (TMDS,  97%).  α,ω‐dihydro(polydimethylsiloxane)s  of  differing 

molecular weight were synthesized by altering the ratio of D4 to TMDS used. For example, 

the PDMS10.5 polymer was synthesized using the following process; to a mixture of D4 (30 g, 

31.41 mL, 101 mmol), TDMS  (13.8 g, 18.16 mL, 102 mmol) and  trifluoromethanesulfonic 

acid (300 μL, 509 mg, 3.4 mmol, 3.4 mol %) was combined and the reaction mixture stirred 

at  100  °C  for  5  hours.  Following  this,  the  reaction was  quenched on NaHCO3  (2  g) with 

stirring.  The  reaction mixture was  diluted with  diethyl  ether  in  order  for  filtering  to  be 

carried out, and the ether was subsequently removed under reduced pressure. Kugelrohr 

Page 160: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

A p p e n d i c i e s  

 

distillation was used to remove the resulting unwanted cyclic and to give the  linear PDMS 

as a colourless, viscous liquid (25.4 g, Mn = 850).  

 

Hydrosilation of PEG to backbone – block PEG‐PDMS oligomers  

To  synthesis  the  block  PDMS‐PEG  oligomers,  discrete  allyl‐PEG  (3.35  g,  7.9 mmol,  ~2.2 

equiv.)  and  α,ω–dihydro(polydimethylsiloxane)  (3.05  g,  Mn  =  850,  ~3.58  mmol)  were 

dissolved  in  toluene and heated  to 90°C under argon  in a Schlenk vessel  (Sigma‐Aldrich). 

Speier’s catalyst (70 µL, 2 % wt/v H2[PtCl6].6H2O in i–PrOH; Sigma‐Aldrich) was then added 

and the resulting solution heated at 130 °C in a sealed Schlenk tube for 16 hours. Following 

this, activated charcoal was added to the solution and stirred for 16 hours. The product was 

filtered and the solvent was removed. The reaction product was purified by an n–pentane 

and methanol wash to ensure the block copolymer was a colourless, viscous liquid (4.83 g). 

Different  block  PEG‐PDMS  copolymers  were  obtained  by  changing  the  PEG  or  PDMS 

reagents to generate the desired products. 

 

Hydrosilation of PEG to backbone – rake PEG – PDMS oligomers  

To  synthesise  the  rake  PDMS‐PEG  oligomers,  Karstedt’s  catalyst  (Sigma‐Aldrich)  was 

combined with a solution of non discrete allyl‐PEG (0.08 g, 2.2x10‐4 mol, ~1 equiv) and α,ω–

dihydro(polydimethylsiloxane)    (0.055 g, 7x10‐5   mol, ~0.3 equiv)  in tetrahydrofuran (THF). 

The resulting reaction mixture was stirred for 3 hours at 80 ˚C. Following cooling, activated 

charcoal  (0.1 g) was  added and  the mixture  stirred at  room  temperature overnight. The 

solution was then filtered and the (THF) evaporated.  

 

 

 

 

Page 161: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   7 . 0  | 139 

 

APPENDIX 2 

 

 

 Treatment 

time Untreated   0.01% GP226 

0.03% 

GP226 0.1% GP226  0.3% GP226  1% GP226 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.25 ± 0.17 1.19 ± 0.16 1.19 ± 0.17 1.31 ± 0.22  1.27 ± 0.35

48 hours  1.70 ± 0.16  1.51 ± 0.10 1.27 ± 0.08 1.10 ± 0.11 0.83 ± 0.19  0.23 ± 0.05

72 hours  1.95 ± 0.17  1.42 ± 0.03 1.37 ± 0.09 1.23 ± 0.06 0.84 ± 0.19  0.11 ± 0.03

168 hours  2.03 ± 0.05  1.22 ± 0.03 1.09 ± 0.05 0.99 ± 0.06 0.03 ± 0.02  0.05 ± 0.01

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1538 ± 99.9 1371 ± 79.7 1304 ± 100 1192 ± 73.7  1073 ± 90.2

48 hours  2641 ± 87.0  1855 ± 167 1572 ± 115 1450 ± 116 1292 ± 133  967.7 ± 121

72 hours  2939 ± 120  1911 ± 172 1549 ± 167 1420 ± 113 1096 ± 123  801.8 ± 123

168 hours  3380 ± 102  1889 ± 88.1 1519 ± 103 1383 ± 106 620.3 ± 109  110.0 ± 30.1

Table A2.1 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with GP226 for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate. 

 

 

 

 Treatment 

time Untreated  

0.01% 

Fraction I 

0.03% 

Fraction I 

0.1%  

Fraction I 

0.3%  

Fraction I 

1%      

Fraction I 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.15 ± 0.11 1.19 ± 0.10 1.16 ± 0.09 1.11 ± 0.13  0.55 ± 0.27

48 hours  1.70 ± 0.16  1.84 ± 0.19 1.87 ± 0.22 1.91 ± 0.22 1.73 ± 0.30  1.12 ± 0.56

72 hours  1.95 ± 0.17  2.25 ± 0.19 2.03 ± 0.27 1.83 ± 0.14 2.00 ± 0.21  1.00 ± 0.48

168 hours  2.03 ± 0.05  1.89 ± 0.07 1.80 ± 0 08 1.50 ± 0.10 1.37 ± 0.14  0.62 ± 0.33

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1700 ± 91.5 1724 ± 109 1607 ± 135 1452 ± 164  1125 ± 200

48 hours  2641 ± 87.0  2737 ± 165 2766 ± 156 2326 ± 208 1928 ± 298  1579 ± 246

72 hours  2939 ± 120  3000 ± 168 2897 ± 207 2466 ± 270 1800 ± 333  1337 ± 278

168 hours  3380 ± 102  3252 ± 141 3323 ± 110 2662 ± 194 1701 ± 358  1367 ± 237

Table A2.2 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with Fraction I for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate.  

 

 

Page 162: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

A p p e n d i c i e s  

 

 

 

 

 Treatment 

time Untreated  

0.01% 

Fraction II 

0.03% 

Fraction II 

0.1%  

Fraction II 

0.3%  

Fraction II 

1%      

Fraction II 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.16 ± 0.11 1.18 ± 0.12 1.21 ± 0.11 1.37 ± 0.15  0.84 ±0.39

48 hours  1.70 ± 0.16  1.87 ± 0.22 1.82 ± 0.20 1.91 ± 0.17 2.17 ± 0.17  1.22 ± 0.59

72 hours  1.95 ± 0.17  1.99 ± 0.23 1.77 ± 0.16 2.04 ± 0.15 2.38 ± 0.14  1.22 ± 0.58

168 hours  2.03 ± 0.05  1.89 ± 0.07 1.73 ± 0.06 1.74 ± 0.07 1.84 ± 0.11  0.76 ± 0.36

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1853 ± 83.1 1818 ± 98.7 1724 ± 108 1506 ± 144  1244 ± 217

48 hours  2641 ± 87.0  2830 ± 134 2582 ± 167 2336 ± 147 2081 ± 208  1598 ± 335

72 hours  2939 ± 120  2910 ± 141 2805 ± 146 2347 ± 147 1930 ± 258  1416 ± 357

168 hours  3380 ± 102  3420 ± 178 3080 ± 155 2540 ± 95.5 2166 ± 153  1392 ± 361

Table A2.3 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with Fraction II for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate. 

 

 

 

 Treatment 

time Untreated  

0.01% 

Fraction III 

0.03% 

Fraction III 

0.1%  

Fraction III 

0.3%  

Fraction III 

1%      

Fraction III 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.17 ± 0.12 1.20 ± 0.13 1.30 ± 0.09 1.25 ± 0.09  1.09 ± 0.15

48 hours  1.70 ± 0.16  1.75 ± 0.22 1.75 ± 0.20 1.81 ± 0.19 1.32 ± 0.08  1.01 ± 0.22

72 hours  1.95 ± 0.17  2.02 ± 0.25 1.92 ± 0.16 1.53 ± 0.22 1.45 ± 0.03  1.11 ± 0.22

168 hours  2.03 ± 0.05  2.11 ± 0.04 1.85 ± 0.07 1.60 ± 0.15 1.23 ± 0.09  0.94 ± 0.20

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1853 ± 78.7 1832 ± 81.5 1697 ± 87.1 1454 ± 108  1063 ± 184

48 hours  2641 ± 87.0  2821 ± 158 2696 ± 128 2275 ± 153 1955 ± 252  1383 ± 265

72 hours  2939 ± 120  2952 ± 111 2650 ± 194 2093 ± 158 1707 ± 150  1112 ± 196

168 hours  3380 ± 102  3425 ± 166 3227 ± 168 2187 ± 139 1827 ± 34.7  1137 ± 230

Table A2.4 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with Fraction III for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate.  

 

 

Page 163: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   7 . 0  | 141 

 

 

 

 

  Treatment 

time Untreated  

0.01% 

Fraction IV 

0.03% 

Fraction IV 

0.1%  

Fraction IV 

0.3%  

Fraction IV 

1%      

Fraction IV 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.11 ± 0.10 1.13 ± 0.11 1.19 ± 0.09 1.09 ± 0.08  0.016 ± 0.01

48 hours  1.70 ± 0.16  1.48 ± 0.18 1.50 ± 0.18 1.43 ± 0.12 1.02 ± 0.03  0.003 ± 0.01

72 hours  1.95 ± 0.17  1.55 ± 0.07 1.63 ± 0.09 1.47 ± 0.02 1.14 ± 0.01  0.011 ± 0.01

168 hours  2.03 ± 0.05  1.21 ± 0.09 1.25 ± 0.14 1.30 ± 0.10 0.91 ± 0.05  ‐0.01 ± 0.01

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1569 ± 105 1537 ± 105 1440 ± 95.4 1132 ± 62.5  406.3 ± 39.4

48 hours  2641 ± 87.0  2077 ± 184 2094 ± 219 1884 ± 148 1399 ± 104  578.7 ± 102

72 hours  2939 ± 120  2034 ± 127 1771 ± 140 1942 ± 143 1406 ± 96.3  324.9 ± 45.1

168 hours  3380 ± 102  2022 ± 71.5 1918 ± 121 2052 ± 68.9 1501 ± 25.5  137.4 ± 19.3

Table A2.5 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with Fraction IV for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate. 

 

 

 

 Treatment 

time Untreated  

0.01% 

Fraction V 

0.03% 

Fraction V 

0.1%  

Fraction V 

0.3%  

Fraction V 

1%      

Fraction V 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.14 ± 0.14 1.01 ± 0.05 0.01 ± 0.01 0.02 ± 0.01  0.03 ± 0.01

48 hours  1.70 ± 0.16  1.22 ± 0.06 1.11 ± 0.03 0.06 ± 0.05 0.02 ± 0.01  0.02 ± 0.01

72 hours  1.95 ± 0.17  1.54 ± 0.12 1.37 ± 0.04 0.01 ± 0.01 0.02 ± 0.02  0.03 ± 0.02

168 hours  2.03 ± 0.05  1.11 ± 0.10 1.17 ± 0.11 ‐0.03 ± 0.01 0.00 ± 0.01  ‐0.02 ± 0.01

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1203 ± 72.2 1298 ± 67.3 590.2 ± 90.6 363.0 ± 94.0  1061 ± 32.6

48 hours  2641 ± 87.0  1529 ± 110 1809 ± 77.0 738.8 ± 82.0 506.2 ± 106  708.0 ± 127

72 hours  2939 ± 120  1453 ± 98.0 1803 ± 64.2 677.8 ± 87.7 278.9 ± 38.9  349.0 ± 101

168 hours  3380 ± 102  1427 ± 59.2 1918 ± 99.2 766.0 ± 181 158.2 ± 17.4  127.0 ± 53.9

Table A2.6 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with Fraction V for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate.  

 

 

Page 164: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

A p p e n d i c i e s  

 

 

 

 

 Treatment 

time Untreated   0.01% PEG  0.03% PEG  0.1% PEG  0.3% PEG  1% PEG 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.20 ± 0.11 1.24 ± 0.12 1.22 ± 0.12 1.278 ± 0.14  1.29 ± 0.11

48 hours  1.70 ± 0.16  1.80 ± 0.22 1.82 ± 0.20 1.83 ± 0.22 1.86 ± 0.22  2.02 ± 0.19

72 hours  1.95 ± 0.17  1.99 ± 0.22 2.00 ± 0.26 1.88 ± 0.24 2.03 ± 0.21  2.02 ± 0.17

168 hours  2.03 ± 0.05  1.97 ± 0.05 1.82 ± 0.07 1.78 ± 0.07 2.00 ± 0.09  2.11 ± 0.07

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1772 ± 96.0 1671 ± 76.6 1617 ± 104 1739 ± 67.3  1722 ± 93.3

48 hours  2641 ± 87.0  2719 ± 180 2527 ± 174 2634 ± 139 2641 ± 112  2724 ± 169

72 hours  2939 ± 120  2828 ± 137 2766 ± 153 2748 ± 157 2884 ± 145  2979 ± 177

168 hours  3380 ± 102  3260 ± 135 3354 ± 257 3026 ± 282 3483 ± 155  3871 ± 119

Table A2.7 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with PEG for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate.  

 

 

 Treatment 

time Untreated  

0.01% 

PDMS 0.03% PDMS 

0.1%

PDMS 

0.3%

PDMS 

1% 

PDMS 

Viability 

24 hours  1.27 ± 0.08  1.12 ± 0.09 1.15 ± 0.11 1.19 ± 0.12 1.17 ± 0.12  1.21 ± 0.11

48 hours  1.70 ± 0.16  1.80 ± 0.23 1.75 ± 0.24 1.76 ± 0.23 1.79 ± 0.21  1.76 ± 0.22

72 hours  1.95 ± 0.17  1.95 ± 0.21 1.87 ± 0.18 1.91 ± 0.18 1.93 ± 0.22  1.96 ± 0.19

168 hours  2.03 ± 0.05  1.66 ± 0.06 1.74 ± 0.04 1.82 ± 0.04 1.62 ± 0.11  1.64 ± 0.05

Proliferation  24 hours  1779 ± 46.1  1521 ± 146 1548 ± 119 1550 ± 128 1592 ± 152  1568 ± 124

48 hours  2641 ± 87.0  2077 ± 250 2120 ± 256 2228 ± 279 2323 ± 303  2151 ± 282

72 hours  2939 ± 120  2861 ± 282 2840 ± 276 2800 ± 270 2919 ± 239  2923 ± 265

168 hours  3380 ± 102  2960 ± 147 2943 ± 115 3022 ± 181 3176 ± 148  3065 ± 101

Table A2.8 – Numerical Values of HSF Viability and Proliferation following treatment with PDMS for 24, 48, 72 and 168 hours.  Data are expressed as an average of the true values (Viability, absorbance at 620 nm, ref at 620 nm; Proliferation, Fluorescence, ex at 480 nm, em at 520 nm) pooled from three separate experiments, in which each treatment was performed in triplicate.  

Page 165: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   7 . 0  | 143 

 

APPENDIX 3 

For Appendix 3, please refer to the folder named Appendix 3 on the attached DVD. 

 

APPENDIX 4 

 

For Appendix 4, please refer to the file named Appendix 4 on the attached DVD. 

 

 

Page 166: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Page 167: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 145 

 

CHAPTER 8.0 

REFERENCES 

 Aarabi S, Bhatt KA, Shi Y, Paterno J, Chang EI, Loh SA, et al. (2007) Mechanical load initiates hypertrophic scar formation through decreased cellular apoptosis. FASEB J 21:3250‐3261.  Abergel  RP,  Pizzurro  D,  Meeker  CA,  Lask  G,  Matsuoka  LY,  Minor  RR,  et  al.  (1985) Biochemical  composition  of  the  connective  tissue  in  keloids  and  analysis  of  collagen metabolism in keloid fibroblast cultures. J Invest Dermatol 84:384‐390.  Adam‐Klages S, Adam D, Wiegmann K, Struve S, Kolanus W, Schneider‐Mergener  J, et al. (1996)  FAN,  a  novel  WD‐repeat  protein,  couples  the  p55  TNF‐receptor  to  neutral sphingomyelinase. Cell 86:937‐947.  Adam D, Wiegmann K, Adam‐Klages S, Ruff A, Kronke M (1996) A novel cytoplasmic domain of the p55 tumor necrosis factor receptor initiates the neutral sphingomyelinase pathway. J Biol Chem 271:14617‐14622.  Ahn  ST,  Monafo  WW,  Mustoe  TA  (1989)  Topical  silicone  gel:  a  new  treatment  for hypertrophic scars. Surgery 106:781‐786; discussion 786‐787.  Ahn  ST,  Monafo  WW,  Mustoe  TA  (1991)  Topical  silicone  gel  for  the  prevention  and treatment of hypertrophic scar. Arch Surg 126:499‐504.  Akasaka Y, Fujita K, Ishikawa Y, Asuwa N,  Inuzuka K,  Ishihara M, et al. (2001) Detection of apoptosis  in keloids and a comparative study on apoptosis between keloids, hypertrophic scars, normal healed flat scars, and dermatofibroma. Wound Repair Regen 9:501‐506.  Alhady SM, Sivanantharajah K (1969) Keloids  in various races. A review of 175 cases. Plast Reconstr Surg 44:564‐566.  Almasan A, Ashkenazi A (2003) Apo2L/TRAIL: apoptosis signaling, biology, and potential for cancer therapy. Cytokine Growth Factor Rev 14:337‐348.  Alster TS, Tanzi EL (2003) Hypertrophic scars and keloids: etiology and management. Am J Clin Dermatol 4:235‐243.  Amicucci  G,  Schietroma M,  Rossi M, Mazzotta  C  (2005)  [Silicone  occlusive  sheeting  vs silicone  cushion  for  the  treatment  of  hypertrophic  and  keloid  scars.  A  prospective‐randomized study]. Ann Ital Chir 76:79‐83.  Appleton I, Brown NJ, Willoughby DA (1996) Apoptosis, necrosis, and proliferation: possible implications in the etiology of keloids. Am J Pathol 149:1441‐1447.  Arakawa M, Hatamochi A, Mori Y, Mori K, Ueki H, Moriguchi T (1996) Reduced collagenase gene expression in fibroblasts from hypertrophic scar tissue. Br J Dermatol 134:863‐868.  

Page 168: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Arch RH, Thompson CB  (1998) 4‐1BB  and Ox40  are members of a  tumor necrosis  factor (TNF)‐nerve  growth  factor  receptor  subfamily  that  bind  TNF  receptor‐associated  factors and activate nuclear factor kappaB. Mol Cell Biol 18:558‐565.  Australian Bureau of Statistics (2001) National Health Survey: Injuries.  (  Babu M, Diegelmann R, Oliver N  (1989) Fibronectin  is overproduced by keloid  fibroblasts during abnormal wound healing. Mol Cell Biol 9:1642‐1650.  Baryza MJ,  Baryza  GA  (1995)  The  Vancouver  Scar  Scale:  an  administration  tool  and  its interrater reliability. J Burn Care Rehabil 16:535‐538.  Bayat A, McGrouther DA, Ferguson MW (2003) Skin scarring. Bmj 326:88‐92.  Beanes SR, Dang C, Soo C, Ting K (2003) Skin repair and scar formation: the central role of TGF. Expert Rev Mol Med 2003:1‐22.  Bellemare  J, Roberge CJ, Bergeron D, Lopez‐Valle CA, Roy M, Moulin VJ  (2005) Epidermis promotes dermal fibrosis: role in the pathogenesis of hypertrophic scars. J Pathol 206:1‐8.  Berman  B,  Flores  F  (1999)  Comparison  of  a  silicone  gel‐filled  cushion  and  silicon  gel sheeting for the treatment of hypertrophic or keloid scars. Dermatol Surg 25:484‐486.  Bernstein RK (1987) Clouding and deactivation of clear (regular) human insulin: association with silicone oil from disposable syringes? Diabetes Care 10:786‐787.  Berridge MV, Tan AS, McCoy KD, Wang R (1996) The biochemical and cellular basis of cell proliferation assays that use tetrazolium salts. Biochemica 4:14‐19.  Bettinger DA, Yager DR, Diegelmann RF, Cohen  IK (1996) The effect of TGF‐beta on keloid fibroblast proliferation and collagen synthesis. Plast Reconstr Surg 98:827‐833.  Bialik  S,  Kimchi  A  (2006)  The  death‐associated  protein  kinases:  structure,  function,  and beyond. Annu Rev Biochem 75:189‐210.  Bilyy R, Kit Y, Hellman U, Stoika R (2008) AMID: new insights on its intracellular localization and expression at apoptosis. Apoptosis 13:729‐732.  Bloemen MC,  van  der  Veer WM, Ulrich MM,  van  Zuijlen  PP, Niessen  FB, Middelkoop  E (2009) Prevention and curative management of hypertrophic scar formation. Burns 35:463‐475.  Bobashev G, Das S, Das A (2002) Experimental design for gene microarray experiments and differential  expression  anaysis  In: Methods  of Microarray  data  Analysis  II;  Papers  from CAMDA' 01 (Lin SM, Johnson KF, eds), New York: Springer US.  Bock O, Yu H, Zitron S, Bayat A, Ferguson MW, Mrowietz U (2005) Studies of transforming growth factors beta 1‐3 and their receptors I and II in fibroblast of keloids and hypertrophic scars. Acta Derm Venereol 85:216‐220.  

Page 169: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 147 

 

Bonfoco E, Krainc D, Ankarcrona M, Nicotera P, Lipton SA  (1995) Apoptosis and necrosis: two  distinct  events  induced,  respectively,  by mild  and  intense  insults with  N‐methyl‐D‐aspartate  or  nitric  oxide/superoxide  in  cortical  cell  cultures.  Proc  Natl  Acad  Sci  U  S  A 92:7162‐7166.  Border WA, Noble NA  (1994)  Transforming  growth  factor‐beta  in  glomerular  injury.  Exp Nephrol 2:13‐17.  Borgognoni L (2002) Biological effects of silicone gel sheeting. Wound Repair Regen 10:118‐121.  Bott R, Crissman  J, Kollar C, Saldajeno M, Ganshaw G, Thomas X, et al.  (2007) A silicone‐based  controlled‐release  device  for  accelerated  proteolytic  debridement  of  wounds. Wound Repair Regen 15:227‐235.  Bouwmeester T, Bauch A, Ruffner H, Angrand PO, Bergamini G, Croughton K, et al. (2004) A physical  and  functional  map  of  the  human  TNF‐alpha/NF‐kappa  B  signal  transduction pathway. Nat Cell Biol 6:97‐105.  Bouwstra  JA,  Ponec M  (2006)  The  skin  barrier  in  healthy  and  diseased  state.  Biochim Biophys Acta 1758:2080‐2095.  Bradley  JR,  Pober  JS  (2001)  Tumor  necrosis  factor  receptor‐associated  factors  (TRAFs). Oncogene 20:6482‐6491.  Brissett  AE,  Sherris  DA  (2001)  Scar  contractures,  hypertrophic  scars,  and  keloids.  Facial Plast Surg 17:263‐272.  Broekelmann  TJ,  Limper  AH,  Colby  TV, McDonald  JA  (1991)  Transforming  growth  factor beta  1  is  present  at  sites  of  extracellular matrix  gene  expression  in  human  pulmonary fibrosis. Proc Natl Acad Sci U S A 88:6642‐6646.  Brown  JJ, Bayat A  (2009) Genetic  susceptibility  to  raised  dermal  scarring. Br  J Dermatol 161:8‐18.  Bucala R, Spiegel LA, Chesney J, Hogan M, Cerami A (1994) Circulating  fibrocytes define a new leukocyte subpopulation that mediates tissue repair. Mol Med 1:71‐81.  Budd  RC,  Yeh  WC,  Tschopp  J  (2006)  cFLIP  regulation  of  lymphocyte  activation  and development. Nat Rev Immunol 6:196‐204.  Carney SA, Cason CG, Gowar JP, Stevenson JH, McNee J, Groves AR, et al. (1994) Cica‐Care gel sheeting in the management of hypertrophic scarring. Burns 20:163‐167.  Castilla A, Prieto J, Fausto N (1991) Transforming growth factors beta 1 and alpha in chronic liver disease. Effects of interferon alfa therapy. N Engl J Med 324:933‐940.  Chan  KY,  Lau  CL,  Adeeb  SM,  Somasundaram  S,  Nasir‐Zahari  M  (2005)  A  randomized, placebo‐controlled, double‐blind, prospective  clinical  trial of  silicone gel  in prevention of 

Page 170: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

hypertrophic  scar  development  in  median  sternotomy  wound.  Plast  Reconstr  Surg 116:1013‐1020; discussion 1021‐1012.  Chang  CC,  Kuo  YF,  Chiu  HC,  Lee  JL, Wong  TW,  Jee  SH  (1995)  Hydration,  not  silicone, modulates the effects of keratinocytes on fibroblasts.  Chang  YH,  Hsieh  SL,  Chen  MC,  Lin  WW  (2002)  Lymphotoxin  beta  receptor  induces interleukin 8 gene expression via NF‐kappaB and AP‐1 activation. Exp Cell Res 278:166‐174.  Charters E. Investigating the potential of a novel fractionated silicone for scar remediation. Honours thesis, Queensland University of Technology, 2007.  Chen  Z, Ge  Y,  Kang  JX  (2004) Down‐regulation of  the M6P/IGF‐II  receptor  increases  cell proliferation and reduces apoptosis in neonatal rat cardiac myocytes. BMC Cell Biol 5:15.  Chernoff WG, Cramer H, Su‐Huang S (2007) The Efficacy of Topical Silicone Gel Elastomers in the Treatment of Hypertrophic Scars, Keloid Scars, and Post‐Laser Exfoliation Erythema. Aesthetic Plast Surg.  Chesney J, Metz C, Stavitsky AB, Bacher M, Bucala R (1998) Regulated production of type I collagen  and  inflammatory  cytokines by peripheral blood  fibrocytes.  J  Immunol 160:419‐425.  Chuaqui  RF,  Bonner  RF,  Best  CJ,  Gillespie  JW,  Flaig MJ,  Hewitt  SM,  et  al.  (2002)  Post‐analysis follow‐up and validation of microarray experiments. Nat Genet 32 Suppl:509‐514.  Clarke  CJ,  Guthrie  JM,  Hannun  YA  (2008)  Regulation  of  neutral  sphingomyelinase‐2 (nSMase2) by tumor necrosis factor‐alpha involves protein kinase C‐delta in lung epithelial cells. Mol Pharmacol 74:1022‐1032.  Cohen O, Inbal B, Kissil JL, Raveh T, Berissi H, Spivak‐Kroizaman T, et al. (1999) DAP‐kinase participates  in TNF‐alpha‐ and Fas‐induced apoptosis and  its  function  requires  the death domain. J Cell Biol 146:141‐148.  Crockett DJ (1964) Regional Keloid Susceptibility. Br J Plast Surg 17:245‐253.  Crooke ST, Bradner WT (1976) Bleomycin, a review. J Med 7:333‐428.  Crowe  MJ,  Doetschman  T,  Greenhalgh  DG  (2000)  Delayed  wound  healing  in immunodeficient TGF‐beta 1 knockout mice. J Invest Dermatol 115:3‐11.  Cruz‐Korchin NI  (1996) Effectiveness of  silicone  sheets  in  the prevention of hypertrophic breast scars. Ann Plast Surg 37:345‐348.  Cuttle  L, Kempf M, Phillips GE, Mill  J, Hayes MT,  Fraser  JF,  et al.  (2006) A porcine deep dermal partial thickness burn model with hypertrophic scarring. Burns 32:806‐820.  Darby I, Skalli O, Gabbiani G (1990) Alpha‐smooth muscle actin is transiently expressed by myofibroblasts during experimental wound healing. Lab Invest 63:21‐29.  

Page 171: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 149 

 

Darby  IA, Hewitson TD  (2007) Fibroblast differentiation  in wound healing and  fibrosis.  Int Rev Cytol 257:143‐179.  Darzi MA, Chowdri NA, Kaul SK, Khan M (1992) Evaluation of various methods of treating keloids and hypertrophic scars: a 10‐year follow‐up study. Br J Plast Surg 45:374‐379.  Dawson  RA,  Upton  Z,  Malda  J,  Harkin  DG  (2006)  Preparation  of  cultured  skin  for transplantation  using  insulin‐like  growth  factor  I  in  conjunction with  insulin‐like  growth factor  binding  protein  5,  epidermal  growth  factor,  and  vitronectin.  Transplantation 81:1668‐1676.  De Oliveira GV, Nunes TA, Magna LA, Cintra ML, Kitten GT, Zarpellon S, et al. (2001) Silicone versus nonsilicone gel dressings: a controlled trial. Dermatol Surg 27:721‐726.  Degli‐Esposti  MA,  Davis‐Smith  T,  Din  WS,  Smolak  PJ,  Goodwin  RG,  Smith  CA  (1997) Activation of the lymphotoxin beta receptor by cross‐linking induces chemokine production and growth arrest in A375 melanoma cells. J Immunol 158:1756‐1762.  Deitch EA, Wheelahan TM, Rose MP, Clothier  J, Cotter  J  (1983) Hypertrophic burn  scars: analysis of variables. J Trauma 23:895‐898.  Desmouliere  A,  Chaponnier  C,  Gabbiani  G  (2005)  Tissue  repair,  contraction,  and  the myofibroblast. Wound Repair Regen 13:7‐12.  Desmouliere A, Redard M, Darby  I, Gabbiani G (1995) Apoptosis mediates the decrease  in cellularity during  the transition between granulation tissue and scar. Am  J Pathol 146:56‐66.  Dickfos M.  Spectroscopic  studies  of  the  transdermal  delivery  of  active  silicones  for  scar remediation. Honours thesis, Queensland University of Technology, 2008.  Duke RC, Cohen  JJ  (1986)  IL‐2  addiction: withdrawal of growth  factor activates  a  suicide program in dependent T cells. Lymphokine Res 5:289‐299.  Eckes B, Zigrino P, Kessler D, Holtkotter O, Shephard P, Mauch C, et al.  (2000) Fibroblast‐matrix interactions in wound healing and fibrosis. Matrix Biol 19:325‐332.  Ehrlich HP, Desmouliere A, Diegelmann RF, Cohen IK, Compton CC, Garner WL, et al. (1994) Morphological and immunochemical differences between keloid and hypertrophic scar. Am J Pathol 145:105‐113.  Eisenbeiss W,  Peter  FW,  Bakhtiari  C,  Frenz  C  (1998)  Hypertrophic  scars  and  keloids.  J Wound Care 7:255‐257.  Eishi  K,  Bae  SJ, Ogawa  F, Hamasaki  Y,  Shimizu  K,  Katayama  I  (2003)  Silicone  gel  sheets relieve pain and pruritus with clinical improvement of keloid: possible target of mast cells. J Dermatolog Treat 14:248‐252.  El Ghalbzouri A, Gibbs S, Lamme E, Van Blitterswijk CA, Ponec M (2002) Effect of fibroblasts on epidermal regeneration. Br J Dermatol 147:230‐243. 

Page 172: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

 Engelhardt E, Toksoy A, Goebeler M, Debus S, Brocker EB, Gillitzer R (1998) Chemokines IL‐8, GROalpha, MCP‐1,  IP‐10,  and Mig  are  sequentially  and differentially expressed during phase‐specific  infiltration  of  leukocyte  subsets  in  human  wound  healing.  Am  J  Pathol 153:1849‐1860.  Espana  A,  Solano  T,  Quintanilla  E  (2001)  Bleomycin  in  the  treatment  of  keloids  and hypertrophic scars by multiple needle punctures. Dermatol Surg 27:23‐27.  Ferguson MW, O'Kane  S  (2004)  Scar‐free  healing:  from  embryonic mechanisms  to  adult therapeutic intervention. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 359:839‐850.  Ferguson MW, Whitby  DJ,  Shah M,  Armstrong  J,  Siebert  JW,  Longaker MT  (1996)  Scar formation: the spectral nature of  fetal and adult wound repair. Plastic and Reconstructve Surgery 97:854‐860.  Freshney RI, Culture of Animal Cells, 6 edn. John Wiley & Sons, 2010.  Frisch SM, Screaton RA (2001) Anoikis mechanisms. Curr Opin Cell Biol 13:555‐562.  Fulton JE, Jr.  (1995) Silicone gel sheeting for the prevention and management of evolving hypertrophic and keloid scars. Dermatol Surg 21:947‐951.  Funayama E, Chodon T, Oyama A, Sugihara T  (2003) Keratinocytes promote proliferation and inhibit apoptosis of the underlying fibroblasts: an important role in the pathogenesis of keloid. J Invest Dermatol 121:1326‐1331.  Gabbiani G, Ryan GB, Majno G (1971) Presence of modified fibroblasts in granulation tissue and their possible role in wound contraction. Experientia 27:549‐550.  Gardoni M.  Functionalised  siloxanes  for  scar  tissue  treatment. Queensland University  of Technology, 2007.  Gavrieli Y, Sherman Y, Ben‐Sasson SA (1992) Identification of programmed cell death in situ via specific labeling of nuclear DNA fragmentation. J Cell Biol 119:493‐501.  Ghahary A, Ghaffari A  (2007) Role of keratinocyte‐fibroblast cross‐talk  in development of hypertrophic scar. Wound Repair Regen 15 Suppl 1:S46‐53.  Ghahary A, Shen YJ, Scott PG, Gong Y, Tredget EE (1993) Enhanced expression of mRNA for transforming  growth  factor‐beta,  type  I  and  type  III  procollagen  in  human  post‐burn hypertrophic scar tissues. J Lab Clin Med 122:465‐473.  Ghazizadeh  M,  Tosa  M,  Shimizu  H,  Hyakusoku  H,  Kawanami  O  (2007)  Functional implications of the IL‐6 signaling pathway in keloid pathogenesis. J Invest Dermatol 127:98‐105.  Gibbons M,  Zuker  R,  Brown M,  Candlish  S,  Snider  L,  Zimmer  P  (1994)  Experience with silastic gel sheeting in pediatric scarring. Journal of Burn care & Rehabilitation 15:69‐73.  

Page 173: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 151 

 

Gillitzer  R,  Goebeler M  (2001)  Chemokines  in  cutaneous  wound  healing.  J  Leukoc  Biol 69:513‐521.  Gold MH (1994) A controlled clinical trial of topical silicone gel sheeting in the treatment of hypertrophic scars and keloids. J Am Acad Dermatol 30:506‐507.  Gold MH, Foster TD, Adair MA, Burlison K, Lewis T (2001) Prevention of hypertrophic scars and  keloids  by  the  prophylactic  use  of  topical  silicone  gel  sheets  following  a  surgical procedure in an office setting. Dermatol Surg 27:641‐644.  Goldman MP, Fitzpatrick RE (1995) Laser treatment of scars. Dermatol Surg 21:685‐687.  Grammer AC, Lipsky PE  (2000) CD40‐mediated  regulation of  immune  responses by TRAF‐dependent and TRAF‐independent signaling mechanisms. Adv Immunol 76:61‐178.  Green H (1991) Cultured cells for the treatment of disease. Sci Am 265:96‐102.  Green H, Rheinwald  JG, Sun TT  (1977) Properties of an epithelial cell  type  in culture:  the epidermal keratinocyte and its dependence on products of the fibroblast. Prog Clin Biol Res 17:493‐500.  Griffin WC (1954) Calculation of HLB values of non‐ionic surfactants. Journal of the Society of Cosmetic Chemists 5:249‐256.  Grinnell F, Zhu M, Carlson MA, Abrams  JM  (1999) Release of mechanical  tension  triggers apoptosis of  human  fibroblasts  in  a model of  regressing  granulation  tissue.  Exp  Cell Res 248:608‐619.  Gruschwitz M, Muller PU,  Sepp N, Hofer  E,  Fontana A, Wick G  (1990)  Transcription  and expression  of  transforming  growth  factor  type  beta  in  the  skin  of  progressive  systemic sclerosis: a mediator of fibrosis? J Invest Dermatol 94:197‐203.  Gupta S (2002) A decision between life and death during TNF‐alpha‐induced signaling. J Clin Immunol 22:185‐194.  Hanasono MM, Lum J, Carroll LA, Mikulec AA, Koch RJ (2004) The effect of silicone gel on basic fibroblast growth factor levels in fibroblast cell culture. Arch Facial Plast Surg 6:88‐93.  Hanissian SH, Geha RS (1997) Jak3 is associated with CD40 and is critical for CD40 induction of gene expression in B cells. Immunity 6:379‐387.  Hatzoglou  A,  Roussel  J,  Bourgeade MF,  Rogier  E, Madry  C,  Inoue  J,  et  al.  (2000)  TNF receptor family member BCMA (B cell maturation) associates with TNF receptor‐associated factor (TRAF) 1, TRAF2, and TRAF3 and activates NF‐kappa B, elk‐1, c‐Jun N‐terminal kinase, and p38 mitogen‐activated protein kinase. J Immunol 165:1322‐1330.  Haukipuro K, Melkko J, Risteli L, Kairaluoma M, Risteli J (1991) Synthesis of type I collagen in healing wounds in humans. Ann Surg 213:75‐80.  

Page 174: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Hehlgans  T,  Mannel  DN  (2001)  Recombinant,  soluble  LIGHT  (HVEM  ligand)  induces increased  IL‐8  secretion and growth arrest  in A375 melanoma cells.  J  Interferon Cytokine Res 21:333‐338.  Hill RM Silicone surfactants. Marcell Dekker: New york, 1999.  Hill  RM  (2002)  Silicone  surfactants  ‐  new  developments.  Current Opinion  in  Colloid  and Interface Science 7:255‐261.  Hinz B  (2007)  Formation  and  function of  the myofibroblast during  tissue  repair.  J  Invest Dermatol 127:526‐537.  Hinz B, Celetta G, Tomasek JJ, Gabbiani G, Chaponnier C (2001) Alpha‐smooth muscle actin expression upregulates fibroblast contractile activity. Mol Biol Cell 12:2730‐2741.  Hinz  B,  Phan  SH,  Thannickal  VJ,  Galli  A,  Bochaton‐Piallat  ML,  Gabbiani  G  (2007)  The myofibroblast: one function, multiple origins. Am J Pathol 170:1807‐1816.  Hirshowitz  B,  Lindenbaum  E,  Har‐Shai  Y,  Feitelberg  L,  Tendler M,  Katz  D  (1998)  Static‐electric  field  induction by a silicone cushion  for the treatment of hypertrophic and keloid scars. Plast Reconstr Surg 101:1173‐1183.  Hirshowitz B, Ullman Y, Har‐Shail Y, Vilenski A, Peled  IJ  (1993) Silicone occlusive sheeting (SOS) in the management of hypertrophic and keloid scarring, including the possible mode of action of silicone, by static electricity. European Journal of Plastic Surgery 16:5‐9.  Hostager  BS,  Hsing  Y,  Harms  DE,  Bishop  GA  (1996)  Different  CD40‐mediated  signaling events require distinct CD40 structural features. J Immunol 157:1047‐1053.  Hsu H, Shu HB, Pan MG, Goeddel DV  (1996) TRADD‐TRAF2 and TRADD‐FADD  interactions define two distinct TNF receptor 1 signal transduction pathways. Cell 84:299‐308.  Hu HM, O'Rourke K, Boguski MS, Dixit VM (1994) A novel RING finger protein interacts with the cytoplasmic domain of CD40. J Biol Chem 269:30069‐30072.  Inui S, Kaisho T, Kikutani H, Stamenkovic  I, Seed B, Clark EA, et al. (1990)  Identification of the  intracytoplasmic  region  essential  for  signal  transduction  through  a  B  cell  activation molecule, CD40. Eur J Immunol 20:1747‐1753.  Ishida TK, Tojo T, Aoki T, Kobayashi N, Ohishi T, Watanabe T, et al. (1996) TRAF5, a novel tumor necrosis  factor  receptor‐associated  factor  family protein, mediates CD40 signaling. Proc Natl Acad Sci U S A 93:9437‐9442.  Jin Z, El‐Deiry WS (2005) Overview of cell death signaling pathways. Cancer Biol Ther 4:139‐163.  Jones  JI,  Clemmons  DR  (1995)  Insulin‐like  growth  factors  and  their  binding  proteins: biological actions. Endocr Rev 16:3‐34.  

Page 175: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 153 

 

Jones LS, Kaufmann A, Middaugh CR  (2005) Silicone oil  induced aggregation of proteins. J Pharm Sci 94:918‐927.  Junginger HE, Bodde HE, Hann FHd (1994) Visualization of drug transport across human skin and  the  influrence of penetration enhancers.  In: Drug Permeation Enhancement  (Marcel Dekker Inc, 59‐90.  Katz AB, Taichman  LB  (1994) Epidermis as a  secretory  tissue: an  in vitro  tissue model  to study keratinocyte secretion. J Invest Dermatol 102:55‐60.  Katz BE (1995) Silicone gel sheeting in scar therapy. Cutis 56:65‐67.  Keddie  DJ,  Farrugia  BL,  Dargaville  TR  (2010)  Synthesis  of  discrete  allyl‐functional polyethylene glycol for efficient hydrophilization of dihydro(polydimethylsiloxane). Polymer Bulletins Submitted.  Keddie  DJ,  Farrugia  BL,  Dargaville  TR  (2011)  Synthesis  of  discrete  allyl‐functional polyethylene glycol for efficient hydrophilization of dihydro(polydimethylsiloxane). Polymer Bulletins Submitted.  Kolesnick RN, Kronke M (1998) Regulation of ceramide production and apoptosis. Annu Rev Physiol 60:643‐665.  Krieger  LM, Pan F, Dong H,  Lee RC  (1993) Thermal  response of  the epidermis  to  surface gels. Surgery Forum 44:738‐742.  Krueger  A,  Baumann  S,  Krammer  PH,  Kirchhoff  S  (2001)  FLICE‐inhibitory  proteins: regulators of death receptor‐mediated apoptosis. Mol Cell Biol 21:8247‐8254.  Kuhn MA, Moffit MR, Smith PD, Lyle WG, Ko F, Meltzer DD, et al. (2001) Silicone sheeting decreases fibroblast activity and downregulates TGFbeta2 in hypertrophic scar model. Int J Surg Investig 2:467‐474.  Kuhne  MR,  Robbins M,  Hambor  JE,  Mackey  MF,  Kosaka  Y,  Nishimura  T,  et  al.  (1997) Assembly  and  regulation  of  the  CD40  receptor  complex  in  human  B  cells.  J  Exp  Med 186:337‐342.  Lamkanfi M, Festjens N, Declercq W, Vanden Berghe T, Vandenabeele P (2007) Caspases in cell survival, proliferation and differentiation. Cell Death Differ 14:44‐55.  Leder  LD  (1979)  The  chloroacetate  esterase  reaction.  A  useful  means  of  histological diagnosis of hematological disorders  from paraffin  sections of  skin. Am  J Dermatopathol 1:39‐42.  Lee HH, Dempsey PW, Parks TP, Zhu X, Baltimore D, Cheng G (1999) Specificities of CD40 signaling:  involvement  of  TRAF2  in  CD40‐induced NF‐kappaB  activation  and  intercellular adhesion molecule‐1 up‐regulation. Proc Natl Acad Sci U S A 96:1421‐1426.  Lee JY, Yang CC, Chao SC, Wong TW (2004) Histopathological differential diagnosis of keloid and hypertrophic scar. Am J Dermatopathol 26:379‐384. 

Page 176: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

 Lee  SM,  Ngim  CK,  Chan  YY,  Ho MJ  (1996)  A  comparison  of  Sil‐K  and  Epiderm  in  scar management. Burns 22:483‐487.  LeVier  RR, Harrison MC,  Cook  RR,  Lane  TH  (1993) What  is  silicone?  Plast  Reconstr  Surg 92:163‐167.  Lewin  SL, Miller  TA  (1997)  A  review  of  epidemiologic  studies  analyzing  the  relationship between  breast  implants  and  connective  tissue  diseases.  Plast  Reconstr  Surg  100:1309‐1313.  Li‐Tsang  CW,  Lau  JC,  Chan  CC  (2005)  Prevalence  of  hypertrophic  scar  formation  and  its characteristics among the Chinese population. Burns 31:610‐616.  Li‐Tsang CW, Lau JC, Choi J, Chan CC, Jianan L (2006) A prospective randomized clinical trial to investigate the effect of silicone gel sheeting (Cica‐Care) on post‐traumatic hypertrophic scar among the Chinese population. Burns 32:678‐683.  Linge C, Richardson  J, Vigor C, Clayton E, Hardas B, Rolfe K  (2005) Hypertrophic scar cells fail  to  undergo  a  form  of  apoptosis  specific  to  contractile  collagen‐the  role  of  tissue transglutaminase. J Invest Dermatol 125:72‐82.  Lyle WG (2001) Silicone gel sheeting. Plast Reconstr Surg 107:272‐275.  Maas‐Szabowski N, Shimotoyodome A, Fusenig NE  (1999) Keratinocyte growth  regulation in fibroblast cocultures via a double paracrine mechanism. J Cell Sci 112 ( Pt 12):1843‐1853.  Marneros  AG,  Norris  JE,  Olsen  BR,  Reichenberger  E  (2001)  Clinical  genetics  of  familial keloids. Arch Dermatol 137:1429‐1434.  Marshall KR, Gong M, Wodke  L,  Lamb  JH,  Jones DJ, Farmer PB, et al.  (2005) The human apoptosis‐inducing protein AMID  is an oxidoreductase with a modified flavin cofactor and DNA binding activity. J Biol Chem 280:30735‐30740.  Martin P (1997) Wound healing‐‐aiming for perfect skin regeneration. Science 276:75‐81.  McCauley  RL,  Riley WB,  Jr.,  Juliano  RA,  Brown  P,  Evans MJ,  Robson MC  (1990)  In  vitro alterations in human fibroblast behavior secondary to silicone polymers. J Surg Res 49:103‐109.  McGrath B. Honours thesis, Queensland University of Technology, 2006.  Meier  K, Nanney  LB  (2006)  Emerging  new  drugs  for  scar  reduction.  Expert Opin  Emerg Drugs 11:39‐47.  Messadi DV, Le A, Berg S, Jewett A, Wen Z, Kelly P, et al.  (1999) Expression of apoptosis‐associated genes by human dermal scar fibroblasts. Wound Repair Regen 7:511‐517.  Meyer W, Schwarz R, Neurand K (1978) The skin of domestic mammals as a model for the human skin, with special reference to the domestic pig. Curr Probl Dermatol 7:39‐52. 

Page 177: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 155 

 

 Mitragotri  S  (2003) Modeling  skin  permeability  to  hydrophilic  and  hydrophobic  solutes based on four permeation pathways. J Control Release 86:69‐92.  Momeni M, Hafezi F, Rahbar H, Karimi H (2009) Effects of silicone gel on burn scars. Burns 35:70‐74.  Montagna W, Yun JS (1964) The Skin of the Domestic Pig. J Invest Dermatol 42:11‐21.  Mori  L,  Bellini  A,  Stacey MA,  Schmidt M, Mattoli  S  (2005)  Fibrocytes  contribute  to  the myofibroblast population  in wounded skin and originate  from  the bone marrow. Exp Cell Res 304:81‐90.  Moss  GP,  Dearden  JC,  Patel  H,  Cronin  MT  (2002)  Quantitative  structure‐permeability relationships (QSPRs) for percutaneous absorption. Toxicol In Vitro 16:299‐317.  Motyka B, Korbutt G, Pinkoski MJ, Heibein JA, Caputo A, Hobman M, et al. (2000) Mannose 6‐phosphate/insulin‐like growth factor II receptor is a death receptor for granzyme B during cytotoxic T cell‐induced apoptosis. Cell 103:491‐500.  Moulin V,  Larochelle  S,  Langlois C, Thibault  I,  Lopez‐Valle CA, Roy M  (2004) Normal  skin wound  and  hypertrophic  scar  myofibroblasts  have  differential  responses  to  apoptotic inductors. J Cell Physiol 198:350‐358.  Musgrave MA, Umraw N, Fish  JS, Gomez M, Cartotto RC  (2002) The effect of silicone gel sheets on perfusion of hypertrophic burn scars. J Burn Care Rehabil 23:208‐214.  Mustoe  TA  (2008)  Evolution  of  silicone  therapy  and  mechanism  of  action  in  scar management. Aesthetic Plast Surg 32:82‐92.  Mutsaers  SE,  Bishop  JE, McGrouther G,  Laurent GJ  (1997) Mechanisms  of  tissue  repair: from wound healing to fibrosis. Int J Biochem Cell Biol 29:5‐17.  Myers MA (1998) Direct measurement of cell numbers in microtitre plate cultures using the fluorescent dye SYBR green I. J Immunol Methods 212:99‐103.  Nakajima A, Komazawa‐Sakon S, Takekawa M, Sasazuki T, Yeh WC, Yagita H, et al. (2006) An antiapoptotic protein, c‐FLIPL, directly binds to MKK7 and inhibits the JNK pathway. EMBO J 25:5549‐5559.  Narine K, De Wever O, Van Valckenborgh D, Francois K, Bracke M, DeSmet S, et al. (2006) Growth  factor  modulation  of  fibroblast  proliferation,  differentiation,  and  invasion: implications for tissue valve engineering. Tissue Eng 12:2707‐2716.  Nassiri M, Woolery‐Lloyd  H,  Ramos  S,  Jacob  SE,  Gugic  D,  Viciana  A,  et  al.  (2009) Gene expression  profiling  reveals  alteration  of  caspase  6  and  14  transcripts  in  normal  skin  of keloid‐prone patients. Arch Dermatol Res 301:183‐188.  

Page 178: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Nedelec  B,  Shankowsky  H,  Scott  PG,  Ghahary  A,  Tredget  EE  (2001) Myofibroblasts  and apoptosis  in human hypertrophic scars: the effect of  interferon‐alpha2b. Surgery 130:798‐808.  Niessen FB, Andriessen MP, Schalkwijk  J, Visser L, Timens W  (2001) Keratinocyte‐derived growth factors play a role in the formation of hypertrophic scars. J Pathol 194:207‐216.  Niessen FB, Spauwen PH, Robinson PH, Fidler V, Kon M (1998) The use of silicone occlusive sheeting (Sil‐K) and silicone occlusive gel (Epiderm)  in the prevention of hypertrophic scar formation. Plast Reconstr Surg 102:1962‐1972.  Nikkonen MM,  Pitkanen  JM, Al‐Qattan MM  (2001)  Problems  associated with  the use  of silicone gel sheeting for hypertrophic scars in the hot climate of Saudi Arabia. Burns 27:498‐501.  Nunes  I,  Gleizes  PE, Metz  CN,  Rifkin  DB  (1997)  Latent  transforming  growth  factor‐beta binding  protein  domains  involved  in  activation  and  transglutaminase‐dependent  cross‐linking of latent transforming growth factor‐beta. J Cell Biol 136:1151‐1163.  O'Brien L, Pandit A (2006) Silicon gel sheeting for preventing and treating hypertrophic and keloid scars. Cochrane Database Syst Rev:CD003826.  O'Sullivan  ST,  O'Shaughnessy  M,  O'Connor  TP  (1996)  Aetiology  and  management  of hypertrophic scars and keloids. Ann R Coll Surg Engl 78:168‐175.  Ogawa  R, Mitsuhashi  K,  Hyakusoku  H, Miyashita  T  (2003)  Postoperative  electron‐beam irradiation  therapy  for  keloids  and  hypertrophic  scars:  retrospective  study  of  147  cases followed for more than 18 months. Plast Reconstr Surg 111:547‐553; discussion 554‐545.  Ono  I,  Akasaka  Y,  Kikuchi  R,  Sakemoto  A,  Kamiya  T,  Yamashita  T,  et  al.  (2007)  Basic fibroblast growth factor reduces scar formation  in acute  incisional wounds. Wound Repair Regen 15:617‐623.  Paddock HN, Schultz GS, Baker HV, Varela JC, Beierle EA, Moldawer LL, et al. (2003) Analysis of  gene  expression patterns  in  human postburn  hypertrophic  scars.  J Burn  Care  Rehabil 24:371‐377.  Palmieri B, Gozzi G, Palmieri G (1995) Vitamin E added silicone gel sheets for treatment of hypertrophic scars and keloids. Int J Dermatol 34:506‐509.  Pan  C,  Kumar  C,  Bohl  S,  Klingmueller  U,  Mann  M  (2009)  Comparative  proteomic phenotyping  of  cell  lines  and  primary  cells  to  assess  preservation  of  cell  type‐specific functions. Mol Cell Proteomics 8:443‐450.  Paquet P, Hermanns JF, Pierard GE (2001) Effect of the 585 nm flashlamp‐pumped pulsed dye laser for the treatment of keloids. Dermatol Surg 27:171‐174.  Perkins  K, Davey  RB, Wallis  KA  (1983)  Silicone  gel:  a  new  treatment  for  burn  scars  and contractures. Burns Incl Therm Inj 9:201‐204.  

Page 179: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 157 

 

Probst OC,  Puxbaum  V,  Svoboda  B,  Leksa  V,  Stockinger H, Mikula M,  et  al.  (2009)  The mannose  6‐phosphate/insulin‐like  growth  factor  II  receptor  restricts  the  tumourigenicity and invasiveness of squamous cell carcinoma cells. Int J Cancer 124:2559‐2567.  Pullen SS, Miller HG, Everdeen DS, Dang TT, Crute JJ, Kehry MR (1998) CD40‐tumor necrosis factor receptor‐associated factor (TRAF) interactions: regulation of CD40 signaling through multiple  TRAF  binding  sites  and  TRAF  hetero‐oligomerization.  Biochemistry  37:11836‐11845.  Quinn KJ (1987) Silicone gel in scar treatment. Burns Incl Therm Inj 13 Suppl:S33‐40.  Quinn KJ, Evans  JH, Courtney  JM, Gaylor  JD, Reid WH  (1985) Non‐pressure  treatment of hypertrophic scars. Burns Incl Therm Inj 12:102‐108.  Radi  B.  Reinforced  hydrogels  for  silicone  copolymer  delivery  for  scar  remediation.  PhD thesis, Queensland University of Technology, 2010.  Rayatt S, Subramaniyan V, Smith G (2006) Audit of reactions to topical silicon used  in the management of hypertrophic scars. Burns 32:653‐654.  Regnier M,  Asselineau  D,  Lenoir MC  (1990)  Human  epidermis  reconstructed  on  dermal substrates in vitro: an alternative to animals in skin pharmacology. Skin Pharmacol 3:70‐85.  Reish RG, Eriksson E (2008a) Scar treatments: preclinical and clinical studies. J Am Coll Surg 206:719‐730.  Reish RG, Eriksson E (2008b) Scars: a review of emerging and currently available therapies. Plast Reconstr Surg 122:1068‐1078.  Rheinwald JG (1979) The role of terminal differentiation in the finite culture lifetime of the human epidermal keratinocyte. Int Rev Cytol Suppl:25‐33.  Rheinwald  JG,  Green  H  (1975)  Serial  cultivation  of  strains  of  human  epidermal keratinocytes: the formation of keratinizing colonies from single cells. Cell 6:331‐343.  Ricketts  CH, Martin  L,  Faria  DT,  Saed  GM,  Fivenson  DP  (1996)  Cytokine mRNA  changes during  the  treatment  of  hypertrophic  scars with  silicone  and  nonsilicone  gel  dressings. Dermatol Surg 22:955‐959.  Risch N, Merikangas K  (1996) The  future of  genetic  studies of  complex human diseases. Science 273:1516‐1517.  Robbers JE, Bhatia VN (1961) Technique for the rapid determination of HLB and required‐HLB values. J Pharm Sci 50:708‐709.  Robles DT, Berg D (2007) Abnormal wound healing: keloids. Clin Dermatol 25:26‐32.  Rockwell WB, Cohen IK, Ehrlich HP (1989) Keloids and hypertrophic scars: a comprehensive review. Plast Reconstr Surg 84:827‐837.  

Page 180: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Rothe  M,  Wong  SC,  Henzel  WJ,  Goeddel  DV  (1994)  A  novel  family  of  putative  signal transducers associated with  the cytoplasmic domain of  the 75 kDa  tumor necrosis  factor receptor. Cell 78:681‐692.  Sage (1982) Final Report on the Safety Assessment of Dimethicone Copolyol. Journal of the American College of Toxicology 1:33‐54.  Saitoh  T,  Nakayama  M,  Nakano  H,  Yagita  H,  Yamamoto  N,  Yamaoka  S  (2003)  TWEAK induces NF‐kappaB2 p100 processing  and  long  lasting NF‐kappaB  activation.  J Biol Chem 278:36005‐36012.  Sanchez W, Evans  J, George G  (2005)  Silicone polymers  in  scar  remediation: The  role of migration of oligomers through stratum corneum. Australian Journal of Chemistry 58:447‐450.  Sanchez W, Hynard N, Evans J, George G (2003) The  identification of mobile species from silicone gels used in burns scar remediation. Silicon Chemistry 2:1‐10.  Sanchez WH. Elucidating  the  role of silicone  in  the  treatment of burn scars  : an essential step  in  the  development  of  improved  treatment  products.  Queensland  University  of Technology, 2006.  Sank  A,  Chalabian‐Baliozian  J,  Ertl  D,  Sherman  R,  Nimni  M,  Tuan  TL  (1993)  Cellular responses  to  silicone  and  polyurethane prosthetic  surfaces.  Journal  of  Surgical  Research 54:12‐ 20.  Saray  Y,  Gulec  AT  (2005)  Treatment  of  keloids  and  hypertrophic  scars  with  dermojet injections of bleomycin: a preliminary study. Int J Dermatol 44:777‐784.  Saulis AS, Chao JD, Telser A, Mogford JE, Mustoe TA (2002) Silicone occlusive treatment of hypertrophic scar in the rabbit model. Aesthet Surg J 22:147‐153.  Sawada Y, Sone K  (1990) Treatment of scars and keloids with a cream containing silicone oil. Br J Plast Surg 43:683‐688.  Sawada Y, Sone K (1992) Beneficial effects of silicone cream on grafted skin. Br J Plast Surg 45:105‐108.  Sayah  DN,  Soo  C,  Shaw  WW,  Watson  J,  Messadi  D,  Longaker  MT,  et  al.  (1999) Downregulation of apoptosis‐related genes in keloid tissues. J Surg Res 87:209‐216.  Scaffidi  C,  Schmitz  I,  Krammer  PH,  Peter ME  (1999)  The  role  of  c‐FLIP  in modulation  of CD95‐induced apoptosis. J Biol Chem 274:1541‐1548.  Schauer IG, Ressler SJ, Rowley DR (2009) Keratinocyte‐derived chemokine induces prostate epithelial  hyperplasia  and  reactive  stroma  in  a  novel  transgenic mouse model.  Prostate 69:373‐384.  Schlachter  I,  Feldmann‐Krane G  Silicone  Surfactants,  vol.  74. Marcell Dekker: New  york, 1998. 

Page 181: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 159 

 

 Segui B, Andrieu‐Abadie N, Adam‐Klages  S, Meilhac O,  Kreder D, Garcia V,  et  al.  (1999) CD40  signals  apoptosis  through  FAN‐regulated  activation of  the  sphingomyelin‐ceramide pathway. J Biol Chem 274:37251‐37258.  Shaffer  JJ, Taylor SC, Cook‐Bolden F  (2002) Keloidal scars: a  review with a critical  look at therapeutic options. J Am Acad Dermatol 46:S63‐97.  Shah  M,  Foreman  DM,  Ferguson  MW  (1992)  Control  of  scarring  in  adult  wounds  by neutralising antibody to transforming growth factor beta. Lancet 339:213‐214.  Shah M, Foreman DM, Ferguson MW (1994) Neutralising antibody to TGF‐beta 1,2 reduces cutaneous scarring in adult rodents. J Cell Sci 107 ( Pt 5):1137‐1157.  Shakespeare PG (1993) Who should lead the burn care team? Burns 19:490‐494.  Shastri  S,  Slayton  RE,  Wolter  J,  Perlia  CP,  Taylor  SG,  3rd  (1971)  Clinical  study  with bleomycin. Cancer 28:1142‐1146.  Shen HM, Pervaiz S (2006) TNF receptor superfamily‐induced cell death: redox‐dependent execution. FASEB J 20:1589‐1598.  Shigeki S, Nobuoka N, Murakami T, Ikuta Y (1999) Release and skin distribution of silicone‐related  compound(s)  from  a  silicone  gel  sheet  in  vitro.  Skin Pharmacol Appl  Skin Physiol 12:284‐288.  Signorini M, Clementoni MT (2006) Clinical Evaluation of a New Self‐Drying Silicone Gel  in the Treatment of Scars: A Preliminary Report. Aesthetic Plast Surg.  Singer AJ, Clark RA (1999) Cutaneous wound healing. N Engl J Med 341:738‐746.  Sinha SK, Zachariah S, Quinones HI, Shindo M, Chaudhary PM (2002) Role of TRAF3 and ‐6 in  the  activation of  the NF‐kappa B  and  JNK pathways by  X‐linked  ectodermal dysplasia receptor. J Biol Chem 277:44953‐44961.  Smith CJ, Smith JC, Finn MC (1987) The possible role of mast cells (allergy) in the production of keloid and hypertrophic scarring. J Burn Care Rehabil 8:126‐131.  Sorrell  JM,  Caplan  AI  (2004)  Fibroblast  heterogeneity:  more  than  skin  deep.  J  Cell  Sci 117:667‐675.  Sproat JE, Dalcin A, Weitauer N, Roberts RS (1992) Hypertrophic sternal scars: silicone gel sheet versus Kenalog injection treatment. Plast Reconstr Surg 90:988‐992.  Staley M,  Richard  R  (1997) Management  of  the  acute  burn  wound:  an  overview.  Adv Wound Care 10:39‐44.  Suetake T, Sasai S, Zhen Y‐X, Tagami H  (2000) Effects of silicone gel sheet on the stratum corneum hydration. British Journal of Plastic Surgery 53:503‐507.  

Page 182: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Tan  E,  Chua  S,  Lim  J  (1999)  Topical  silicone  gel  sheet  versus  intralesional  injections  of triamcinolone  acetonide  in  the  treatment of  keloids —  a patient‐controlled  comparative clinical trial. Journal of Dermatological Treatment 10:251‐254.  Tanaka A, Hatoko M, Tada H,  Iioka H, Niitsuma K, Miyagawa S  (2004) Expression of p53 family in scars. J Dermatol Sci 34:17‐24.  Tang B, Zhu B, Bi LK, Xue CL, Cai H, Zhu  JY  (2009) Expression of Smads  in keloid scarring. Zhonghua Wai Ke Za Zhi 47:941‐943.  Tardy  C,  Autefage  H,  Garcia  V,  Levade  T,  Andrieu‐Abadie  N  (2004)  Mannose  6‐phosphorylated  proteins  are  required  for  tumor  necrosis  factor‐induced  apoptosis: defective response in I‐cell disease fibroblasts. J Biol Chem 279:52914‐52923.  Taylor RC, Cullen SP, Martin SJ (2008) Apoptosis: controlled demolition at the cellular level. Nat Rev Mol Cell Biol 9:231‐241.  Templeton  SF,  Solomon  AR,  Swerlick  RA  (1994)  Intradermal  bleomycin  injections  into normal  human  skin.  A  histopathologic  and  immunopathologic  study.  Arch  Dermatol 130:577‐583.  Tiede S, Ernst N, Bayat A, Paus R, Tronnier V, Zechel C (2009) Basic fibroblast growth factor: a potential new  therapeutic  tool  for  the  treatment of hypertrophic and keloid scars. Ann Anat 191:33‐44.  Tsukamoto N, Kobayashi N, Azuma S, Yamamoto T, Inoue J (1999) Two differently regulated nuclear  factor kappaB activation pathways triggered by the cytoplasmic tail of CD40. Proc Natl Acad Sci U S A 96:1234‐1239.  Tuan TL, Nichter LS (1998) The molecular basis of keloid and hypertrophic scar formation. Mol Med Today 4:19‐24.  Uitto J, Ryanen L, Tan EML Progress in Diseases of the Skin, vol. 1. Grune and Stratton: New York, 1981.  Van den Kerckhove E, Stappaerts K, Boeckx W, Van den Hof B, Monstrey S, Van der Kelen A, et al. (2001) Silicones  in the rehabilitation of burns: a review and overview. Burns 27:205‐214.  van der Veer WM, Bloemen MC, Ulrich MM, Molema G, van Zuijlen PP, Middelkoop E, et al. (2009) Potential cellular and molecular causes of hypertrophic scar formation. Burns 35:15‐29.  VanArsdale  TL,  VanArsdale  SL,  Force WR, Walter  BN, Mosialos  G,  Kieff  E,  et  al.  (1997) Lymphotoxin‐beta  receptor  signaling  complex:  role  of  tumor  necrosis  factor  receptor‐associated factor 3 recruitment in cell death and activation of nuclear factor kappaB. Proc Natl Acad Sci U S A 94:2460‐2465.  

Page 183: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

C h a p t e r   8 . 0  | 161 

 

Varga  J,  Rosenbloom  J,  Jimenez  SA  (1987)  Transforming  growth  factor  beta  (TGF  beta) causes  a persistent  increase  in  steady‐state  amounts of  type  I  and  type  III  collagen  and fibronectin mRNAs in normal human dermal fibroblasts. Biochem J 247:597‐604.  Verderio  E,  Gaudry  C,  Gross  S,  Smith  C,  Downes  S,  Griffin M  (1999)  Regulation  of  cell surface  tissue  transglutaminase: effects on matrix  storage of  latent  transforming  growth factor‐beta binding protein‐1. J Histochem Cytochem 47:1417‐1432.  Walczak H,  Degli‐Esposti MA,  Johnson  RS,  Smolak  PJ, Waugh  JY,  Boiani N,  et  al.  (1997) TRAIL‐R2: a novel apoptosis‐mediating receptor for TRAIL. EMBO J 16:5386‐5397.  Wang XQ, Liu YK, Wang ZY, Wei J, Jiang YZ, Qing C, et al. (2008) Antimitotic drug injections and  radiotherapy:  a  review of  the effectiveness of  treatment  for hypertrophic  scars  and keloids. Int J Low Extrem Wounds 7:151‐159.  Werner S, Krieg T, Smola H (2007) Keratinocyte‐fibroblast  interactions  in wound healing. J Invest Dermatol 127:998‐1008.  Widgerow AD, Chait LA, Stals PJ, Stals R, Candy G (2009) Multimodality scar management program. Aesthetic Plast Surg 33:533‐543.  Widgerow  AD,  Chait  LA,  Stals  R,  Stals  PJ  (2000)  New  innovations  in  scar management. Aesthetic Plast Surg 24:227‐234.  Wilson T, Neil MA, Juskaitis R (1998) Real‐time three‐dimensional  imaging of macroscopic structures. J Microsc 191:116‐118.  Wittenberg GP, Fabian BG, Bogomilsky JL, Schultz LR, Rudner EJ, Chaffins ML, et al. (1999) Prospective, single‐blind, randomized, controlled study to assess the efficacy of the 585‐nm flashlamp‐pumped  pulsed‐dye  laser  and  silicone  gel  sheeting  in  hypertrophic  scar treatment. Arch Dermatol 135:1049‐1055.  Wu J, Ma B, Yi S, Wang Z, He W, Luo G, et al. (2004) Gene expression of early hypertrophic scar tissue screened by means of cDNA microarrays. J Trauma 57:1276‐1286.  Wu M, Xu LG, Li X, Zhai Z, Shu HB (2002) AMID, an apoptosis‐inducing factor‐homologous mitochondrion‐associated  protein,  induces  caspase‐independent  apoptosis.  J  Biol  Chem 277:25617‐25623.  Wu Z, Tandon R, Ziembicki J, Nagano J, Hujer KM, Miller RT, et al. (2005) Role of ceramide in Ca2+‐sensing receptor‐induced apoptosis. J Lipid Res 46:1396‐1404.  Xie JL, Qi SH, Pan S, Xu YB, Li TZ, Liu XS, et al. (2008) Expression of Smad protein by normal skin fibroblasts and hypertrophic scar fibroblasts in response to transforming growth factor beta1. Dermatol Surg 34:1216‐1224; discussion 1224‐1215.  Xie Y, Rizzi SC, Dawson R, Lynam E, Richards S, Leavesley DI, et al. (2010) Development of a three‐dimensional  human  skin  equivalent  wound  model  for  investigating  novel  wound healing therapies. Tissue Eng Part C Methods 16:1111‐1123.  

Page 184: PRE CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE …eprints.qut.edu.au/47998/1/Emily_Lynam_Thesis.pdf · PRE‐CLINICAL EVALUATION OF AMPHIPHILIC SILICONE OLIGOMERS FOR SCAR REMEDIATION

R e f e r e n c e s  

 

Yamamoto T (2006) Bleomycin and the skin. Br J Dermatol 155:869‐875.  Yan  X,  Liu  Z,  Chen  Y  (2009)  Regulation  of  TGF‐beta  signaling  by  Smad7.  Acta  Biochim Biophys Sin (Shanghai) 41:263‐272.  Yang L, Scott PG, Dodd C, Medina A, Jiao H, Shankowsky HA, et al. (2005) Identification of fibrocytes in postburn hypertrophic scar. Wound Repair Regen 13:398‐404.  Zhang L, Blackwell K, Shi Z, Habelhah H (2010) The RING domain of TRAF2 plays an essential role in the inhibition of TNFalpha‐induced cell death but not in the activation of NF‐kappaB. J Mol Biol 396:528‐539.  Zouboulis CC, Blume U, Buttner P, Orfanos CE  (1993) Outcomes of cryosurgery  in keloids and  hypertrophic  scars.  A  prospective  consecutive  trial  of  case  series.  Arch  Dermatol 129:1146‐1151.