Untersuchungen zur Bedeutung mesenchymaler Stammzellen in der Geweberegeneration

Neuß-Stein, Sabine; Jahnen-Dechent, Wilhelm

doi:26338

Untersuchungen zur Bedeutung mesenchymaler Stammzellen in der Geweberegeneration

Neuß-Stein, Sabine (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sabine Neuß-Stein, geb. Neuß

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang109 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Jahnen-Dechent, Wilhelm (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-12-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-10105
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51892/files/Neuss-Stein_Sabine.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei) ; mesenchymale Stammzellen (frei) ; Wundheilung (frei) ; Tissue Engineering (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Verwendung von mesenchymalen Stammzellen in der Geweberegeneration und im Tissue Engineering ist wünschenswert und realistisch. Die Kombination mesenchymaler Stammzellen mit Biomaterialien benötigt umfangreiche Kenntnis über die zellbiologischen und materialtechnischen Grundlagen, denn sie wirft neue Fragen über Zelldifferenzierung, Zellmigration, Stoffwechselleistung und Materialstabilität, also über die gegenseitige Beeinflussung der Komponenten auf. Viele Fragen sind an Einzelkomponenten weder studierbar, noch vorhersehbar, sondern treten erst nach Kombination von Zellen und Material auf. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Kombination exemplarisch untersucht. Folgende Einzelziele wurden im Hinblick auf die Bedeutung der Stammzellen in der Geweberegeneration im Allgemeinen und ihren möglichen Einsatz mit Formgedächtnispolymeren im Tissue Engineering im Speziellen formuliert: Stammzellen müssen nach einer Verletzung Signale erhalten, welche dazu führen, daß sie ihre Nische verlassen, im Blutkreislauf zirkulieren, dann adhärieren, in das betroffende Gewebe migrieren, dort proliferieren und schließlich differenzieren. Läßt sich ein Rekrutierungsfaktor identifizieren, der mesenchymale Stammzellen aus ihrer Nische lockt und zum Gewebedefekt leitet Zu Beginn der Wundheilung wird ein dichtes Fibrinnetz gebildet, das eine natürliche Barriere zur Verhinderung von Infektionen darstellt. Besitzen mesenchymale Stammzellen fibrinolytische Fähigkeiten, die den Stammzellen das Eindringen tief in ein Wundgebiet erleichtern würden Behalten mesenchymale Stammzellen ihre multipotenten Eigenschaften, wenn sie auf ein biokompatibles Formgedächtnispolymer gebracht werden, oder kommt es zu einer spontanen Differenzierung Transplantate werden nachweislich weniger abgestoßen, wenn sie zusammen mit mesenchymalen Stammzellen in den Körper eingebracht werden. Was ruft diese immunmodulatorischen Fähigkeiten mesenchymaler Stammzellen hervor Diese Fragen konnten in der eingereichten Arbeit nach ausreichender Charakterisierung der isolierten Zellen weitestgehend beantwortet werden. Als chemotaktischer Faktor für hMSC konnte der Hepatozytenwachstumsfaktor (HGF) identifiziert werden. In vitro migrierten die hMSC aktiv in Richtung HGF, während die Proliferation unterdrückt wurde. Humane mesenchymale Stammzellen exprimierten in vitro die fibrinolytischen Enzyme tPA, uPA und uPAR. Das bei der Wundheilung entstehende Fribrinnetz stellt demnach keine unüberwindbare Barriere für die Stammzellen dar. Die drei ausgewählten Formgedächtnispolymere sind zytokompatibel für hMSC und haben keinen negativen Einfluß auf die Differenzierbarkeit in Richtung Osteoblasten und Adipozyten. Humane MSC exprimierten den TLR 4 und reagierten nach LPS-Stimulation mit einer verstärkten TNF-Alpha -Expression. Die aus dieser Arbeit entstandenen Daten stützen die These, daß mesenchymale Stammzellen an der Geweberegeneration beteiligt sind.

Mesenchymal stem cells (hMSC) are suitable for applications in tissue regeneration and tissue engineering. The combination of mesenchymal stem cells with biomaterials requires extensive knowledge about biological (concerning the cells) and technical (concerning the biomaterial) basics. New questions regarding cell differentiation, cell migration, metabolism and material stability, thus regarding the mutual interactions arise after combining cells and biomaterials. Such a combination was investigated exemplarily in the work in hand. The following questions and goals were formulated in terms of the relevance of mesenchymal stem cells in tissue regeneration in general and the potential application with shape memory polymers in tissue engineering in particular: After an injury, stem cells must receive signals which induce them to leave their niche, circulate in the blood, adhere near the target tissue, migrate into the target tissue, there proliferate and finally differentiate. Can a recruitment factor be identified, which attracts the stem cells out of its niche and conducts the cells to the target tissue At the beginning of the wound healing a thick fibrin mesh is formed, which represents a natural barrier as prevention of infections. Do mesenchymal stem cells have fibrinolytic capacities which would facilitate migration of the stem cells into the wounded area Do mesenchymal stem cells keep their multipotency if they are combined with biocompatible shape memory polymers or does it come to a spontaneous differentiation It can be observed that there is a minor rejection of transplants if mesenchymal stem cells are co-transplanted. What causes the immunmodulatory effects of mesenchymal stem cells These questions could be answered in most instances in the submitted work after sufficient characterization of the isolated cells. The hepatocyte growth factor could be identified as a chemotactic factor for hMSC. The hMSC migrated to HGF in vitro (dependent on the HGF concentration), while the proliferation was suppressed. Human mesenchymal stem cells expressed the fibrinolytic enzymes tPA, uPA and uPAR. Therefore, the arising fibrin mesh during the wound healing does not represent an invincible barrier for the stem cells. The three tested shape memory polymers were cytocompatible for hMSC and did not have any negative influence on the differentiation into osteoblasts and adipocytes. Human mesenchymal stem cells expressed TLR4 and a stimulation with LPS leaded to an enhanced TNF-Alpha expression. The results of this work support the assumption, that mesenchymal stem cells are involved in tissue regeneration.

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