@phdthesis{Flegler2012, author = {Flegler, Katharina}, title = {Untersuchung der Expression von Knochensialoprotein (BSP) an Gewebe von Knochenmetastasen mittels Immunhistologie : Vergleich eines Antik{\"o}rpers gegen nicht-glykosyliertes BSP mit einem Antik{\"o}rper gegen glykosyliertes BSP}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71642}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Knochensialoprotein (BSP) ist ein Protein der extrazellul{\"a}ren Matrix im Knochen und mineralisierten Geweben, wird aber auch von verschiedenen Tumorzellen exprimiert (Bellahcene et al., 1994, 1997, 1998). Dies ist assoziiert mit einer schlechten Prognose und einem erh{\"o}hten Risiko f{\"u}r eine sp{\"a}tere Entwicklung von Knochenmetastasen. Diel et al. (1999) konnte zeigen, dass ein erh{\"o}hter Serum-BSP-Wert bei Patientinnen mit Mammakarzinom zu einem geh{\"a}uften Auftreten von Knochenmetastasen im Laufe der Erkrankung f{\"u}hrt. BSP scheint ein Marker f{\"u}r die Entstehung von Knochenmetastasen zu sein. In der Literatur ist ein Antik{\"o}rper beschrieben, der ein Epitop des BSP erkennt, welches im BSP aus Tumorzellen nicht glykosyliert ist, im BSP aus mineralisiertem Gewebe allerdings schon (Armbruster et al., 2009). Im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass Knochenmetastasen verhindert werden k{\"o}nnen bei gleichzeitiger Gabe von Tumorzellen und Antik{\"o}rpern gegen BSP beziehungsweise, dass bei vorhandenen Knochenmetastasen eine Behandlung der Tiere mit einem Anti-BSP-Antik{\"o}rper die Metastasen zur{\"u}ckbildet (B{\"a}uerle et al., 2005, 2006). In der aktuellen Arbeit wird die Expression von BSP an menschlichem Gewebe von Knochenmetastasen mit unterschiedlichen Prim{\"a}rtumoren mittels Immunhistochemie untersucht. Insgesamt wurden 35 F{\"a}lle von Knochenmetastasen mit Prim{\"a}rtumor eines Mammakarzinoms untersucht, wobei 22,9\% eine BSP Expression aufweisen, davon 5,7\% eine starke. Knochenmetastasen mit dem Prim{\"a}rtumor Prostatakarzinom sind mit 8 F{\"a}llen repr{\"a}sentiert, wobei 75\% positiv f{\"u}r BSP sind, davon 25\% stark positiv. Die einzelnen F{\"a}lle zeigen eine starke BSP Expression im Stroma und eine schwache BSP Expression der Tumorzellen. Diese Ergebnisse des Antik{\"o}rpers gegen normal glykosyliertes BSP wurden verglichen mit dem Antik{\"o}rper gegen nicht glykosyliertes BSP. Der Nachweis von BSP in Tumorzellen zeigt dasselbe Ergebnis, BSP im Stroma wird durch den Antik{\"o}rper gegen nicht- glykosyliertes BSP intensiver dargestellt. Daraus l{\"a}sst sich folgern, dass der Antik{\"o}rper gegen nicht- glykosyliertes BSP nicht spezifisch f{\"u}r die Isoform des BSP aus Tumorzellen ist, sondern gleichermaßen in der Routinediagnostik von BSP eingesetzt werden kann. Die Untersuchung k{\"o}nnte sogar darauf hinweisen, dass dieser Antik{\"o}rper die nicht- glykosylierte Isoform im Stroma erkennt und damit bei Untersuchung des Stromas die bessere Alternative darstellt.}, subject = {Knochensialoprotein}, language = {de} } @article{BenischSchillingKleinHitpassetal.2012, author = {Benisch, Peggy and Schilling, Tatjana and Klein-Hitpass, Ludger and Frey, S{\"o}nke P. and Seefried, Lothar and Raaijmakers, Nadja and Krug, Melanie and Regensburger, Martina and Zeck, Sabine and Schinke, Thorsten and Amling, Michael and Ebert, Amling and Jakob, Franz}, title = {The Transcriptional Profile of Mesenchymal Stem Cell Populations in Primary Osteoporosis Is Distinct and Shows Overexpression of Osteogenic Inhibitors}, series = {PLoS One}, volume = {7}, journal = {PLoS One}, number = {9}, doi = {10.1371/journal.pone.0045142}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133379}, pages = {e45142}, year = {2012}, abstract = {Primary osteoporosis is an age-related disease characterized by an imbalance in bone homeostasis. While the resorptive aspect of the disease has been studied intensely, less is known about the anabolic part of the syndrome or presumptive deficiencies in bone regeneration. Multipotent mesenchymal stem cells (MSC) are the primary source of osteogenic regeneration. In the present study we aimed to unravel whether MSC biology is directly involved in the pathophysiology of the disease and therefore performed microarray analyses of hMSC of elderly patients (79-94 years old) suffering from osteoporosis (hMSC-OP). In comparison to age-matched controls we detected profound changes in the transcriptome in hMSC-OP, e.g. enhanced mRNA expression of known osteoporosis-associated genes (LRP5, RUNX2, COL1A1) and of genes involved in osteoclastogenesis (CSF1, PTH1R), but most notably of genes coding for inhibitors of WNT and BMP signaling, such as Sclerostin and MAB21L2. These candidate genes indicate intrinsic deficiencies in self-renewal and differentiation potential in osteoporotic stem cells. We also compared both hMSC-OP and non-osteoporotic hMSC-old of elderly donors to hMSC of similar to 30 years younger donors and found that the transcriptional changes acquired between the sixth and the ninth decade of life differed widely between osteoporotic and non-osteoporotic stem cells. In addition, we compared the osteoporotic transcriptome to long term-cultivated, senescent hMSC and detected some signs for pre-senescence in hMSC-OP. Our results suggest that in primary osteoporosis the transcriptomes of hMSC populations show distinct signatures and little overlap with non-osteoporotic aging, although we detected some hints for senescence-associated changes. While there are remarkable inter-individual variations as expected for polygenetic diseases, we could identify many susceptibility genes for osteoporosis known from genetic studies. We also found new candidates, e.g. MAB21L2, a novel repressor of BMP-induced transcription. Such transcriptional changes may reflect epigenetic changes, which are part of a specific osteoporosis-associated aging process.}, language = {en} } @article{RackwitzEdenReppenhagenetal.2012, author = {Rackwitz, Lars and Eden, Lars and Reppenhagen, Stephan and Reichert, Johannes C. and Jakob, Franz and Walles, Heike and Pullig, Oliver and Tuan, Rocky S. and Rudert, Maximilian and N{\"o}th, Ulrich}, title = {Stem cell- and growth factor-based regenerative therapies for avascular necrosis of the femoral head}, series = {Stem Cell Research \& Therapy}, volume = {3}, journal = {Stem Cell Research \& Therapy}, number = {7}, doi = {10.1186/scrt98}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-135413}, year = {2012}, abstract = {Avascular necrosis (AVN) of the femoral head is a debilitating disease of multifactorial genesis, predominately affects young patients, and often leads to the development of secondary osteoarthritis. The evolving field of regenerative medicine offers promising treatment strategies using cells, biomaterial scaffolds, and bioactive factors, which might improve clinical outcome. Early stages of AVN with preserved structural integrity of the subchondral plate are accessible to retrograde surgical procedures, such as core decompression to reduce the intraosseous pressure and to induce bone remodeling. The additive application of concentrated bone marrow aspirates, ex vivo expanded mesenchymal stem cells, and osteogenic or angiogenic growth factors (or both) holds great potential to improve bone regeneration. In contrast, advanced stages of AVN with collapsed subchondral bone require an osteochondral reconstruction to preserve the physiological joint function. Analogously to strategies for osteochondral reconstruction in the knee, anterograde surgical techniques, such as osteochondral transplantation (mosaicplasty), matrix-based autologous chondrocyte implantation, or the use of acellular scaffolds alone, might preserve joint function and reduce the need for hip replacement. This review summarizes recent experimental accomplishments and initial clinical findings in the field of regenerative medicine which apply cells, growth factors, and matrices to address the clinical problem of AVN.}, language = {en} } @phdthesis{Schlegelmilch2012, author = {Schlegelmilch, Katrin}, title = {Molecular function of WISP1/CCN4 in the musculoskeletal system with special reference to apoptosis and cell survival}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73430}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Human adult cartilage is an aneural and avascular type of connective tissue, which consequently reflects reduced growth and repair rates. The main cell type of cartilage are chondrocytes, previously derived from human mesenchymal stem cells (hMSCs). They are responsible for the production and maintainance of the cartilaginous extracellular matrix (ECM), which consists mainly of collagen and proteoglycans. Signal transmission to or from chondrocytes, generally occurs via interaction with signalling factors connected to the cartilaginous ECM. In this context, proteins of the CCN family were identified as important matricellular and multifunctional regulators with high significance during skeletal development and fracture repair. In this thesis, main focus lies on WISP1/CCN4, which is known as a general survival factor in a variety of cell types and seems to be crucial during lineage progression of hMSCs into chondrocytes. We intend to counter the lack of knowledge about the general importance of WISP1-signalling within the musculoskeletal system and especially regarding cell death and survival by a variety of molecular and cell biology methods. First, we established a successful down-regulation of endogenous WISP1 transcripts within different cell types of the human musculoskeletal system through gene-silencing. Interestingly, WISP1 seems to be crucial to the survival of all examined cell lines and primary hMSCs, since a loss of WISP1 resulted in cell death. Bioinformatical analyses of subsequent performed microarrays (WISP1 down-regulated vs. control samples) confirmed this observation in primary hMSCs and the chondrocyte cell line Tc28a2. Distinct clusters of regulated genes, closely related to apoptosis induction, could be identified. In this context, TRAIL induced apoptosis as well as p53 mediated cell death seem to play a crucial role during the absence of WISP1 in hMSCs. By contrast, microarray analysis of WISP1 down-regulated chondrocytes indicated rather apoptosis induction via MAPK-signalling. Despite apoptosis relevant gene regulations, microarray analyses also identified clusters of differentially expressed genes of other important cellular activities, e.g. a huge cluster of interferon-inducible genes in hMSCs or gene regulations affecting cartilage homeostasis in chondrocytes. Results of this thesis emphasize the importance of regulatory mechanisms that influence cell survival of primary hMSCs and chondrocytes in the enforced absence of WISP1. Moreover, findings intensified the assumed importance for WISP1-signalling in cartilage homeostasis. Thus, this thesis generated an essential fundament for further examinations to investigate the role of WISP1-signalling in cartilage homeostasis and cell death.}, subject = {Knorpelzelle}, language = {en} } @article{SteinertWeissenbergerKunzetal.2012, author = {Steinert, Andre F. and Weissenberger, Manuel and Kunz, Manuela and Gilbert, Fabian and Ghivizzani, Steven C. and Goebel, Sascha and Jakob, Franz and N{\"o}th, Ulrich and Rudert, Maximilian}, title = {Indian hedgehog gene transfer is a chondrogenic inducer of human mesenchymal stem cells}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-75425}, year = {2012}, abstract = {Introduction: To date, no single most-appropriate factor or delivery method has been identified for the purpose of mesenchymal stem cell (MSC)-based treatment of cartilage injury. Therefore, in this study we tested whether gene delivery of the growth factor Indian hedgehog (IHH) was able to induce chondrogenesis in human primary MSCs, and whether it was possible by such an approach to modulate the appearance of chondrogenic hypertrophy in pellet cultures in vitro. Methods: First-generation adenoviral vectors encoding the cDNA of the human IHH gene were created by cre-lox recombination and used alone or in combination with adenoviral vectors, bone morphogenetic protein-2 (Ad.BMP- 2), or transforming growth factor beta-1 (Ad.TGF-b1) to transduce human bone-marrow derived MSCs at 5 × 102 infectious particles/cell. Thereafter, 3 × 105 cells were seeded into aggregates and cultured for 3 weeks in serumfree medium, with untransduced or marker gene transduced cultures as controls. Transgene expressions were determined by ELISA, and aggregates were analysed histologically, immunohistochemically, biochemically and by RT-PCR for chondrogenesis and hypertrophy. Results: IHH, TGF-b1 and BMP-2 genes were equipotent inducers of chondrogenesis in primary MSCs, as evidenced by strong staining for proteoglycans, collagen type II, increased levels of glycosaminoglycan synthesis, and expression of mRNAs associated with chondrogenesis. IHH-modified aggregates, alone or in combination, also showed a tendency to progress towards hypertrophy, as judged by the expression of alkaline phosphatase and stainings for collagen type X and Annexin 5. Conclusion: As this study provides evidence for chondrogenic induction of MSC aggregates in vitro via IHH gene delivery, this technology may be efficiently employed for generating cartilaginous repair tissues in vivo.}, subject = {Medizin}, language = {en} } @article{JakobEbertRudertetal.2012, author = {Jakob, Franz and Ebert, Regina and Rudert, Maximilian and N{\"o}th, Ulrich and Walles, Heike and Docheva, Denitsa and Schieker, Matthias and Meinel, Lorenz and Groll, J{\"u}rgen}, title = {In situ guided tissue regeneration in musculoskeletal diseases and aging}, series = {Cell and Tissue Research}, volume = {347}, journal = {Cell and Tissue Research}, number = {3}, doi = {10.1007/s00441-011-1237-z}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124738}, pages = {725-735}, year = {2012}, abstract = {In situ guided tissue regeneration, also addressed as in situ tissue engineering or endogenous regeneration, has a great potential for population-wide "minimal invasive" applications. During the last two decades, tissue engineering has been developed with remarkable in vitro and preclinical success but still the number of applications in clinical routine is extremely small. Moreover, the vision of population-wide applications of ex vivo tissue engineered constructs based on cells, growth and differentiation factors and scaffolds, must probably be deemed unrealistic for economic and regulation-related issues. Hence, the progress made in this respect will be mostly applicable to a fraction of post-traumatic or post-surgery situations such as big tissue defects due to tumor manifestation. Minimally invasive procedures would probably qualify for a broader application and ideally would only require off the shelf standardized products without cells. Such products should mimic the microenvironment of regenerating tissues and make use of the endogenous tissue regeneration capacities. Functionally, the chemotaxis of regenerative cells, their amplification as a transient amplifying pool and their concerted differentiation and remodeling should be addressed. This is especially important because the main target populations for such applications are the elderly and diseased. The quality of regenerative cells is impaired in such organisms and high levels of inhibitors also interfere with regeneration and healing. In metabolic bone diseases like osteoporosis, it is already known that antagonists for inhibitors such as activin and sclerostin enhance bone formation. Implementing such strategies into applications for in situ guided tissue regeneration should greatly enhance the efficacy of tailored procedures in the future.}, language = {en} } @phdthesis{Lueker2012, author = {L{\"u}ker, Anna-Lena}, title = {Funktionelle Ergebnisse der zweizeitigen H{\"u}ftendoprothesenrevision bei periprothetischer Infektion}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-123829}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Diese retrospektive Studie analysierte die Ergebnisse der zweizeitigen, unzementierten Revision bei periprothetischer Infektion der H{\"u}ftendoprothese. Dabei wurde besonders auf die Eradikationsrate, die Rate septischer und aseptischer Rezidive, die Standzeit des Spacers, die Art der lokalen Antibiotikatherapie und die postoperativen funktionellen Ergebnisse eingegangen. Die Studie umfasst die klinische Nachuntersuchung der Patienten unter Verwendung des Harris Hip Scores, sowie die radiologische Kontrolle des Sitzes der H{\"u}ftendoprothese und die laborchemische {\"U}berpr{\"u}fung der Entz{\"u}ndungsparameter. Insgesamt wurden 52 Patienten von 2000 bis 2007 in der Orthop{\"a}dischen Klinik K{\"o}nig Ludwig Haus in W{\"u}rzburg mit einer zweizeitigen Revision der H{\"u}ftendoprothese bei periprothetischer Infektion versorgt. 36 dieser 52 Patiente konnten 2008 im Rahmen dieser Studie nachuntersucht werden. Dabei betrug die mittlere Nachuntersuchungszeit 42 Monate. Das mittlere Patientenalter war 66,3 Jahre. 81\% der Patienten hatten zum Zeitpunkt der Infektion internistische oder orthop{\"a}dische Grunderkrankungen, oftmals auch multiple, welche das Risiko f{\"u}r die Entstehung einer periprothetischen Infektion erh{\"o}hten. 47\% der Patienten waren zum Zeitpunkt der zweizeitigen Revision bereits mehr als einmal an der H{\"u}fte voroperiert, die H{\"a}lfte davon mussten aufgrund von septischen Komplikationen bereits revidiert werden. 10\% der Patienten hatten eine akute Fr{\"u}hinfektion, 90\% ein chronisches Geschehen (51\% low-grade Infekt, 39\% Sp{\"a}tinfekt). Die h{\"a}ufigsten bakteriellen Erreger waren Staphylococcus epidermidis (39\%), Staphylococcus aureus (14\%), Streptococcus agalactiae (14\%) und weitere koagulase negative Staphylokokken (11\%). Bei zwei Patienten konnten Methicillin-resistente Keime isoliert werden. Insgesamt waren 25\% der Infektionen Mischinfektionen. Bei drei Patienten konnte kein Keim nachgewiesen werden. Diese Patienten wurden anhand ihrer eindeutigen klinischen Symptome bei gleichzeitiger Erh{\"o}hung der Entz{\"u}ndungsparameter behandelt. Zur besseren Eradikation der chronischen, persistierenden und komplizierten Infektionen wurden die Patienten mit einer zweizeitigen Revision der H{\"u}ftendoprothese behandelt. Hierbei wurde nach Explantation der infizierten Prothese mit ausf{\"u}hrlichem chirurgischen Debridement ein - soweit m{\"o}glich - patientenspezifischer antibiotikaimpr{\"a}gnierter Spacer vor Implantation der Zweitprothese eingesetzt. Diese Methode dient einerseits der Vermeidung einer Girdlestone-Situation und der damit verbundenen Komplikationen, andererseits erm{\"o}glicht der Spacer eine kalkulierte und hoch dosierte lokale, weitreichende und patientenspezifische Antibiotikatherapie (Kombinationstherapie) zur sicheren Eradikation der Infektion. Die Standzeit (zwischen vier und neunzehn Wochen, Mittelwert von 9 Wochen) des Spacers wurde individuell anhand des klinischen Bildes und dem R{\"u}ckgang der laborchemischen Entz{\"u}ndungsparameter entschieden. Die Eradiaktionsrate durch die zweizeitige Revision lag in dieser Studie bei 94\%. Lediglich zwei Patienten zeigten eine persistierende bzw. wiederkehrende Infektion im Verlauf und mussten erneut revidiert werden. Es konnten keine aseptische Komplikationen, insbesondere keine Prothesenlockerung oder -sinterung nachgewiesen werden. Sechs Patienten mussten aufgrund anderer, nicht Infekt-assoziierter Komplikationen im Verlauf erneut operiert werden. Die funktionellen Ergebnisse wurden anhand des Harris Hip Scores untersucht. Der Median lag bei 74 Punkten. Somit l{\"a}sst sich auch funktionell ein insgesamt zufriedenstellendes Ergebnis pr{\"a}sentieren. Schlussfolgernd ist die Aussage m{\"o}glich, dass die zweizeitige, unzementierte Revision unter Verwendung eines antibiotikabeladenen Spacers eine zuverl{\"a}ssige Methode zur Behandlung auch chronischer und komplizierter periprothetischer Infektionen der H{\"u}ftendoprothese ist. Insgesamt konnten mit einer Eradikationsrate von 94\% und keinen aseptischen Rezidiven gute Ergebnisse erzielt werden. Bez{\"u}glich der Antibiotikatherapie l{\"a}sst sich eine kalkulierte, lokale Kombinationstherapie zur optimalen Eradikation der Infektion empfehlen. Des Weiteren empfiehlt es sich, die Standzeit des Spacers ebenfalls individuell bis zum klinischen und laborchemischen Nachweis der Infektfreiheit festzulegen. Dadurch wird eine ausreichende Dauer der lokalen Antibiotikatherapie gew{\"a}hrleistet, und gleichzeitig die Standzeit des Spacers auf eine m{\"o}glichst kurze Zeit beschr{\"a}nkt um eine fr{\"u}he Mobilisation und gute Funktionalit{\"a}t und Zufriedenheit des Patienten zu erreichen.}, subject = {periprothetische Infektion}, language = {de} } @phdthesis{Bischofberger2012, author = {Bischofberger, Simon}, title = {Entwicklung und biomechanische Untersuchungen eines Kreuzbandkonstrukts aus biomaterialbasiertem Kollagen I}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85648}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Das ACL ist eine der am h{\"a}ufigsten verletzten Strukturen des menschlichen K{\"o}rpers bei Sportunf{\"a}llen und die Anzahl der Rekonstruktionen wird weiterhin zunehmen. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Charakterisierung der biomechanischen Eigenschaften von Sehnen und B{\"a}ndern erzielt und neue Ans{\"a}tze auf dem Gebiet des Tissue Engineering er{\"o}ffnen neue M{\"o}glichkeiten. In dieser Arbeit wurde ein ACL-Konstrukt aus biomaterialbasiertem Kollagen I entwickelt und getestet. Die gewonnenen Ergebnisse k{\"o}nnen als Grundlage f{\"u}r die Herstellung eines Kreuzbandkonstruktes verwendet werden.}, subject = {Kreuzband}, language = {de} } @article{WalshLemsKarrasetal.2012, author = {Walsh, J. Bernard and Lems, Willem F. and Karras, Dimitrios and Langdahl, Bente L. and Ljunggren, Osten and Fahrleitner-Pammer, Astrid and Barrett, Annabel and Rajzbaum, Gerald and Jakob, Franz and Marin, Fernando}, title = {Effectiveness of Teriparatide in Women Over 75 Years of Age with Severe Osteoporosis: 36-Month Results from the European Forsteo Observational Study (EFOS)}, series = {Calcified Tissue International}, volume = {90}, journal = {Calcified Tissue International}, number = {5}, doi = {10.1007/s00223-012-9590-9}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124746}, pages = {373-383}, year = {2012}, abstract = {This predefined analysis of the European Forsteo Observational Study (EFOS) aimed to describe clinical fracture incidence, back pain, and health-related quality of life (HRQoL) during 18 months of teriparatide treatment and 18 months post-teriparatide in the subgroup of 589 postmenopausal women with osteoporosis aged ≥75 years. Data on clinical fractures, back pain (visual analogue scale, VAS), and HRQoL (EQ-5D) were collected over 36 months. Fracture data were summarized in 6-month intervals and analyzed using logistic regression with repeated measures. A repeated-measures model analyzed changes from baseline in back pain VAS and EQ-VAS. During the 36-month observation period, 87 (14.8 \%) women aged ≥75 years sustained a total of 111 new fractures: 37 (33.3 \%) vertebral fractures and 74 (66.7 \%) nonvertebral fractures. Adjusted odds of fracture was decreased by 80 \% in the 30 to <36-month interval compared with the first 6-month interval (P < 0.009). Although the older subgroup had higher back pain scores and poorer HRQoL at baseline than the younger subgroup, both age groups showed significant reductions in back pain and improvements in HRQoL postbaseline. In conclusion, women aged ≥75 years with severe postmenopausal osteoporosis treated with teriparatide in normal clinical practice showed a reduced clinical fracture incidence by 30 months compared with baseline. An improvement in HRQoL and, possibly, an early and significant reduction in back pain were also observed, which lasted for at least 18 months after teriparatide discontinuation when patients were taking other osteoporosis medication. The results should be interpreted in the context of an uncontrolled observational study.}, language = {en} } @phdthesis{Klotz2012, author = {Klotz, Barbara}, title = {Die Rolle der Modulatoren 1,25-Dihydroxyvitamin D3, Aktivin A, Myostatin und der Sauerstoffspannung bei der Schl{\"u}sselentscheidung zwischen Stemness und Morphogenese}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73793}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Aus dem Knochenmark isolierte humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) sind als Vorl{\"a}uferzellen der Osteoblasten an der Knochenformation sowie an der Knochenremodellierung beteiligt und aufgrund ihrer Multipotenz in der Lage, in mesenchymales Gewebe (Knochen, Knorpel, Fett) zu differenzieren. Aufgrund dieser Eigenschaften gelten sie als Quelle der Regeneration und der Heilung im Hinblick auf zellbasierte Therapien zur Behandlung degenerativer Erkrankungen (Arthrose, Osteoporose) des muskuloskelettalen Systems. Die besondere Situation der Geweberegeneration beim {\"a}lteren Menschen ist gekennzeichnet durch den Anstieg der Produktion von Hemmstoffen der Geweberegeneration und durch verschiedene h{\"a}ufige Mangelzust{\"a}nde wie z.B. den Vitamin D-Mangel. In der vorliegenden Arbeit wurden Modulatoren (Morphogene) untersucht, die in der Lage sind, die hMSC in vitro in ihrem proliferativen, undifferenzierten Zustand (transient amplifying pool) und am {\"U}bergang in die Differenzierung und Reifung zu beeinflussen. Ziel war es, durch die Charakterisierung solcher Modulatoren, Verfahren zu etablieren, die zu einer verbesserten Zellqualit{\"a}t bei regenerativen Therapiestrategien f{\"u}hren, sei es in situ oder beim Tissue Engineering. Der Fokus lag auf der Geweberegeneration beim {\"a}lteren Menschen. Daf{\"u}r wurden als Morphogene 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25D3), Aktivin A (AA), Myostatin (MSTN) und Low Oxygen (LO) ausgew{\"a}hlt und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit auf Stemness, Differenzierung und Seneszenzentwicklung in der Zellkultur getestet. Alle 4 Kandidaten nehmen im menschlichen Organismus wichtige regulatorische Aufgaben ein. 1,25D3 wirkt nicht nur lokal auf Zellen und Gewebe, sondern mit der Mineralisierung des Knochens und der Regulierung des Kalzium- und Phosphatspiegels im Serum auch systemisch. AA und MSTN werden als Mitglieder der TGFβ-Familie mit dem muskuloskelettalen System in Verbindung gebracht, da eine Inaktivierung von MSTN bei Mensch und Tier zu einem deutlichen Anstieg der Skelettmuskelmasse f{\"u}hrt. Gleichzeitig f{\"o}rdert ein Aktivin Antagonist, der neue Wirkstoff Sotatercept (ACE-011), die Knochenbildung im Menschen. Mit der Kultivierung der hMSC unter reduzierter Sauerstoffspannung (2,5 \% Sauerstoff, LO) sollten Bedingungen in der Zellkultur geschaffen werden, die - im Vergleich zur traditionellen Kultivierung mit einem atmosph{\"a}rischen Sauerstoffgehalt von 21 \% - n{\"a}her an den physiologischen Gegebenheiten bei der Geweberegeneration sind. Zu Beginn wurde sichergestellt, dass alle 4 Modulatoren die Expression typischer mesenchymaler Oberfl{\"a}chenmarker nicht beeinflussten und die klonogene Kapazit{\"a}t der stimulierten hMSC erhielten. Im Rahmen weiterer Untersuchungen zeigte sich, dass eine permanente 1,25D3 Supplementierung die chondrogene, adipogene und osteogene Differenzierungskapazit{\"a}t der hMSC erhielt und somit den Stammzellcharakter der hMSC nicht beeintr{\"a}chtigte. Die verst{\"a}rkte Expression der Quieszenz-assoziierten Gene in 1,25D3 stimulierten hMSC deutete darauf hin, dass sich die hMSC aufgrund der 1,25D3 Supplementation in Richtung Quieszenz ver{\"a}ndern. Die permanente 1,25D3 Supplementation {\"u}bt somit eine vor Alterungsprozessen sch{\"u}tzende Wirkung in der Zellkultur aus, indem die Entwicklung replikativer Seneszenz verz{\"o}gert wird und das multipotente Potential der hMSC erhalten wird. Im Bezug auf die Differenzierungsf{\"a}higkeit der Zellen verhielten sich rh AA und rh MSTN kontr{\"a}r. W{\"a}hrend eine rh MSTN Stimulation keine Wirkung auf die adipogene und osteogene Differenzierung hatte, schr{\"a}nkte rh AA das adipogene und osteogene Differenzierungspotential der hMSC nahezu vollst{\"a}ndig ein und die Zellen wurden in einem Zustand des Pr{\"a}-Kommittments festgehalten. Da die LO Expandierung die Stemness erh{\"o}hte bzw. die Seneszenz reduzierte und die hMSC in einem proliferativen Zustand bei gleichzeitiger Hemmung der Differenzierung arretierte, scheint diese Art der Kultivierung ein besonderer Schutz f{\"u}r die hMSC zu sein. Mit der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, wirksame Morphogene (1,25D3, rh AA, LO) zu finden, die in der Lage sind, modulatorisch auf die hMSC einzuwirken ohne dabei den Stammzellcharakter zu ver{\"a}ndern. Durch ihre Modulation kann nicht nur die Qualit{\"a}t der hMSC verbessert werden, sondern je nach Bedarf k{\"o}nnen auch die verschiedenen Phasen der Geweberegeneration insbesondere beim {\"U}bergang vom „transient amplifying pool" zur Differenzierung gesteuert werden. Diese Ergebnisse k{\"o}nnen Konsequenzen f{\"u}r die Anwendung haben, bei der in situ Geweberegeneration ebenso wie f{\"u}r das ex vivo Tissue Engineering.}, subject = {Adulte Stammzelle}, language = {de} }