Differentiation plasticity of stromal vascular fraction cells towards adipose tissue and endothelial structures

Wosnitza, Melanie Esther Vicky; Pallua, Norbert

doi:HT015978979

Differentiation plasticity of stromal vascular fraction cells towards adipose tissue and endothelial structures = Differenzierungsplastizität der stromalen vaskulären Zellfraktion zu Fettgewebe und Endothel

Wosnitza, Melanie Esther Vicky (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Melanie Esther Vicky Wosnitza

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

Umfang115 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Pallua, Norbert (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-04-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-27838
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51112/files/Wosnitza_Melanie.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie (533530-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Präadipozyt (Genormte SW) ; Fettgewebe (Genormte SW) ; Zelldifferenzierung (Genormte SW) ; Arteriosklerose (Genormte SW) ; Plastizität (Genormte SW) ; Tissue Engineering (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; preadipocytes (frei) ; fat tissue (frei) ; stem cells (frei) ; cell differentiation (frei) ; atherosclerosis (frei) ; plasticity (frei) ; tissue engineering (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
In den letzten Jahrzehnten hat sich gezeigt, dass Fettgewebe weitaus mehr darstellt als ein simples Energiespeicherorgan. Es besteht neben reifen Fettzellen, sog. Adipozyten, aus Fettvorläuferzellen, auch Präadipozyten genannt. Präadipozyten gehören zu den mesenchymalen Stammzellen des Körpers und konnten das erste Mal vor mehr als dreißig Jahren aus humanem menschlichem Fettgewebe isoliert werden. Seither sind die Vorläuferzellen im Fettgewebe mehr und mehr in das Interesse der Forschung gerückt. Es ließ sich zeigen, dass Präadipozyten keine homogene Zellpopulation darstellen, wie anfangs geglaubt, sondern ganz im Gegenteil ein heterogener Mix aus verschiedenen Zelltypen sind. Die Heterogenität ist eine Konsequenz der Methode zur Gewinnung von Fettvorläuferzellen, nämlich Fettgewebsexzision oder Liposuktion. Sowohl das Herausschneiden als auch das Absaugen von Fett beinhaltet die Gewinnung eines ganzen Gemisches von stromalen Zellen, nicht nur selektiv von Fettvorläuferzellen. Die isolierten Zellen sind neben den klassischen Präadipozyten auch Endothelzellen, endotheliale glatte Muskelzellen, Fibroblasten, Makrophagen und Blutzellen; daher spricht man auch allumfassend von der stromalen vaskulären Fraktion (SVF). Es hat sich gezeigt, dass sich SVF Zellen nicht nur zu reifen Adipozyten differenzieren lassen, sondern auch in viele andere mesenchymale sowie nicht-mesenchymale Zelltypen. Die SVF des Fettgewebes gehört zu den Zellpopulationen, die sehr schwer zu charakterisieren sind. Daher ist die Terminologie auch nicht einheitlich. Sehr häufig finden sich neben dem Begriff adipose SVF Bezeichnungen wie human adipose tissue-derived stem cells oder adipose lineage cells. Ihre außerordentliche Differenzierungskapazität und ihre Oberflächenmerkmale unterstreichen die Ähnlichkeit von SVF Zellen zu Knochenmarkstammzellen. Aufgrund ihrer breiten Differenzierungskapazität in meso-, ekto- und endodermale Zelltypen können die fettgeweblichen SVF Zellen als multipotente Stammzellen betrachtet werden. Neueste Forschungsergebnisse legen nahe, dass Fettgewebszellen und Endothelzellen einen gemeinsamen Zellvorläufer haben könnten. Dies wird durch die enge Beziehung zwischen Angiogenese und der Entstehung von Fettgewebe unterstrichen. Angiogenese und Adipogenese beeinflussen sich gegenseitig; so verbessert die Interaktion zwischen Endothelzellen und Adipozyten das Wachstum beider Zelltypen und bewirkt gleichzeitig eine Reduktion der Apoptoserate. In Hinblick auf eine gemeinsame Vorläuferzelle bleibt die Forschung allerdings noch entscheidende Erklärungen schuldig, insbesondere der Verbindungsweg zwischen Fettgewebe und Endothel, sowie das Differenzierungspotential der Zellen in die eine oder andere Richtung über eine gemeinsame Vorläuferzelle konnten noch nicht demonstriert werden. Diese Themen waren daher ein zentraler Fokus dieser Arbeit. Die frisch isolierten SVF Zellen des Fettgewebes zeigen unabhängig von der Isolationsmethode eine starke Expression von Stammzellmarkern. Die SVF enthält jedoch auch eine Population von CD31+ Zellen, insbesondere in Liposuktionsgewebe. Dies weist auf eine hohe Kontaminationsrate mit Endothelzellen in liposuktioniertem Fettgewebe im Vergleich zu exzidiertem Gewebe hin. Insgesamt fallen die Stammzellmarker während der Kultivierung deutlich ab, was wiederum in Übereinstimmung mit der Erfahrung ist, dass Präadipozyten ihre Differenzierungskapazität nach mehreren Passagen verlieren. Die Ergebnisse der endothelialen und adipogenen Differenzierung belegen, dass die fettgewebliche SVF einen CD31- Zelltypen enthält, der zu Adipozyten sowie Endothelzellen differenziert werden kann. Zudem gibt es CD31+ Zellen, die, obwohl sie einen endothelialen Phänotyp besitzen, in reife Fettzellen differenziert werden können. Diese Resultate demonstrieren die Fähigkeit der SVF Zellen sich in beide Richtungen, und zwar Adipozyt sowie Endothelzelle, differenzieren zu können. Allgemein gesprochen zeigen die Ergebnisse die Plastizität ausgereifter, mesenchymaler Zellen aus dem Fettgewebe, eine Differenzierung zwischen Endothel und Fettgewebe sowie auch umgekehrt vollziehen zu können. Des Weiteren könnten diese Resultate von Relevanz für die Pathogenese der Arteriosklerose sein. Hier scheinen Transdifferenzierungsprozesse endothelialer Vorläuferzellen eine Rolle zu spielen.

Recent research findings postulate that adipocytes and endothelial cells (ECs) may share a common progenitor. However, the interlinking pathways between adipose tissue and endo-thelium, and the differentiation potential of cells to convert from one tissue into the other via progenitor cells, have not been elucidated so far and are therefore the focus of this thesis. Stromal vascular fraction (SVF) cells were isolated from liposuction aspirates or excised adi-pose tissue and separated into CD31+ and CD31- populations by magnet-assisted cell sorting. Differentiation to fat tissue was induced in both CD31 fractions. Differentiation was assayed enzymatically and by cell counting. Maturation to endothelium was performed with vascular endothelial growth factor, insulin like growth factor-1 plus 2% FCS and confirmed by flow cytometry and tube formation assays on Matrigel™. The results presented here show that the SVF contains a CD31-, S100+ cell type which can differentiate into adipocytes and EC. The SVF also comprises CD31+ cells that, although they have an endothelial phenotype, can be converted into mature adipocytes. These findings demonstrate the potency of SVF cells to perform both adipogenic and endothelial differentiation. Further, they reveal the plasticity of mature cells of mesenchymal origin to undergo conversion from endothelium to adipose tis-sue and vice versa.

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