@article{SchwedhelmZdziebloAppeltMenzeletal.2019,
  author    = {Schwedhelm, Ivo and Zdzieblo, Daniela and Appelt-Menzel, Antje and Berger, Constantin and Schmitz, Tobias and Schuldt, Bernhard and Franke, Andre and M{\"u}ller, Franz-Josef and Pless, Ole and Schwarz, Thomas and Wiedemann, Philipp and Walles, Heike and Hansmann, Jan},
  title     = {Automated real-time monitoring of human pluripotent stem cell aggregation in stirred tank reactors},
  series = {Scientific Reports},
  volume    = {9},
  journal   = {Scientific Reports},
  doi       = {10.1038/s41598-019-48814-w},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-202649},
  pages     = {12297},
  year      = {2019},
  abstract  = {The culture of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) at large scale becomes feasible with the aid of scalable suspension setups in continuously stirred tank reactors (CSTRs). Innovative monitoring options and emerging automated process control strategies allow for the necessary highly defined culture conditions. Next to standard process characteristics such as oxygen consumption, pH, and metabolite turnover, a reproducible and steady formation of hiPSC aggregates is vital for process scalability. In this regard, we developed a hiPSC-specific suspension culture unit consisting of a fully monitored CSTR system integrated into a custom-designed and fully automated incubator. As a step towards cost-effective hiPSC suspension culture and to pave the way for flexibility at a large scale, we constructed and utilized tailored miniature CSTRs that are largely made from three-dimensional (3D) printed polylactic acid (PLA) filament, which is a low-cost material used in fused deposition modelling. Further, the monitoring tool for hiPSC suspension cultures utilizes in situ microscopic imaging to visualize hiPSC aggregation in real-time to a statistically significant degree while omitting the need for time-intensive sampling. Suitability of our culture unit, especially concerning the developed hiPSC-specific CSTR system, was proven by demonstrating pluripotency of CSTR-cultured hiPSCs at RNA (including PluriTest) and protein level.},
  language  = {en}
}
@article{BergerZdzieblo2020,
  author    = {Berger, Constantin and Zdzieblo, Daniela},
  title     = {Glucose transporters in pancreatic islets},
  series = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology},
  volume    = {472},
  journal   = {Pfl{\"u}gers Archiv - European Journal of Physiology},
  issn      = {0031-6768},
  doi       = {10.1007/s00424-020-02383-4},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-232738},
  pages     = {1249-1272},
  year      = {2020},
  abstract  = {The fine-tuning of glucose uptake mechanisms is rendered by various glucose transporters with distinct transportcharacteristics. In the pancreatic islet, facilitative diffusion glucose transporters (GLUTs), and sodium-glucosecotransporters (SGLTs) contribute to glucose uptake and represent important components in the glucose-stimulatedhormone release from endocrine cells, therefore playing a crucial role in blood glucose homeostasis. This reviewsummarizes the current knowledge aboutcell type-specific expression profiles as well as proven and putative functionsof distinct GLUT and SGLT family members in the human and rodent pancreatic islet and further discusses their possibleinvolvement in onset and progression ofdiabetes mellitus. In context of GLUTs, we focus on GLUT2, characterizing themain glucose transporter in insulin-secretingβ-cells in rodents. In addition, we discuss recent data proposing that otherGLUT family members, namely GLUT1 and GLUT3, render this task in humans. Finally, we summarize latest infor-mation about SGLT1 and SGLT2 as representatives of the SGLT family that have been reported to be expressed predominantly in the α-cell population with a suggested functional role in the regulation of glucagon release},
  language  = {en}
}
@article{WeigelMalkmusWeigeletal.2022,
  author    = {Weigel, Tobias and Malkmus, Christoph and Weigel, Verena and Wußmann, Maximiliane and Berger, Constantin and Brennecke, Julian and Groeber-Becker, Florian and Hansmann, Jan},
  title     = {Fully Synthetic 3D Fibrous Scaffolds for Stromal Tissues—Replacement of Animal-Derived Scaffold Materials Demonstrated by Multilayered Skin},
  series = {Advanced Materials},
  volume    = {34},
  journal   = {Advanced Materials},
  number    = {10},
  doi       = {10.1002/adma.202106780},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-276403},
  year      = {2022},
  abstract  = {The extracellular matrix (ECM) of soft tissues in vivo has remarkable biological and structural properties. Thereby, the ECM provides mechanical stability while it still can be rearranged via cellular remodeling during tissue maturation or healing processes. However, modern synthetic alternatives fail to provide these key features among basic properties. Synthetic matrices are usually completely degraded or are inert regarding cellular remodeling. Based on a refined electrospinning process, a method is developed to generate synthetic scaffolds with highly porous fibrous structures and enhanced fiber-to-fiber distances. Since this approach allows for cell migration, matrix remodeling, and ECM synthesis, the scaffold provides an ideal platform for the generation of soft tissue equivalents. Using this matrix, an electrospun-based multilayered skin equivalent composed of a stratified epidermis, a dermal compartment, and a subcutis is able to be generated without the use of animal matrix components. The extension of classical dense electrospun scaffolds with high porosities and motile fibers generates a fully synthetic and defined alternative to collagen-gel-based tissue models and is a promising system for the construction of tissue equivalents as in vitro models or in vivo implants.},
  language  = {en}
}
@article{AlHejailanWeigelSchuerleinetal.2022,
  author    = {Al-Hejailan, Reem and Weigel, Tobias and Sch{\"u}rlein, Sebastian and Berger, Constantin and Al-Mohanna, Futwan and Hansmann, Jan},
  title     = {Decellularization of full heart — optimizing the classical sodium-dodecyl-sulfate-based decellularization protocol},
  series = {Bioengineering},
  volume    = {9},
  journal   = {Bioengineering},
  number    = {4},
  issn      = {2306-5354},
  doi       = {10.3390/bioengineering9040147},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-270781},
  year      = {2022},
  abstract  = {Compared to cell therapy, where cells are injected into a defect region, the treatment of heart infarction with cells seeded in a vascularized scaffold bears advantages, such as an immediate nutrient supply or a controllable and persistent localization of cells. For this purpose, decellularized native tissues are a preferable choice as they provide an in vivo-like microenvironment. However, the quality of such scaffolds strongly depends on the decellularization process. Therefore, two protocols based on sodium dodecyl sulfate or sodium deoxycholate were tailored and optimized for the decellularization of a porcine heart. The obtained scaffolds were tested for their applicability to generate vascularized cardiac patches. Decellularization with sodium dodecyl sulfate was found to be more suitable and resulted in scaffolds with a low amount of DNA, a highly preserved extracellular matrix composition, and structure shown by GAG quantification and immunohistochemistry. After seeding human endothelial cells into the vasculature, a coagulation assay demonstrated the functionality of the endothelial cells to minimize the clotting of blood. Human-induced pluripotent-stem-cell-derived cardiomyocytes in co-culture with fibroblasts and mesenchymal stem cells transferred the scaffold into a vascularized cardiac patch spontaneously contracting with a frequency of 25.61 ± 5.99 beats/min for over 16 weeks. The customized decellularization protocol based on sodium dodecyl sulfate renders a step towards a preclinical evaluation of the scaffolds.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Berger2023,
  author    = {Berger, Constantin},
  title     = {Influence of the pancreatic extracellular matrix on pancreatic differentiation of human induced pluripotent stem cells and establishment of 3D organ models},
  doi       = {10.25972/OPUS-24126},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-241268},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Der Diabetes mellitus bezeichnet eine bislang unheilbare, metabolische Erkrankung, die mit schwerwiegenden Folgeerkrankungen einhergeht. Unter den potentiellen Strategien zur Heilung von Diabetes mellitus stellt die in vitro Generierung adulter β-Zellen des endokrinen Pankreas aus humanen induziert pluripotenten Stammzellen (hiPS) einen vielversprechenden Ansatz dar. Zwar erm{\"o}glichen bisherige Protokolle die Herstellung von Zellen mit einem β-Zell-{\"a}hnlichen Charakter, jedoch zeigen diese eine zun{\"a}chst eingeschr{\"a}nkte Funktion, die sich erst im Verlauf einer vollst{\"a}ndigen, durch Transplantation induzierten, Reifung der Zellen, normalisiert. Vorangegangene Studien zeigen, dass sich die Extrazellularmatrix (EZM) von Geweben positiv auf das {\"U}berleben und die Funktion adulter, isolierter Langerhans-Inseln des Pankreas auswirkt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob Einfl{\"u}sse der organspezifischen EZM die finale Reifung in vitro hergestellter β-Zellen herbeif{\"u}hren k{\"o}nnen. Um diese Hypothese zu testen, wurde im Rahmen der vorliegenden Studie die Wirkung der pankreatischen EZM auf die in vitro Differenzierung von hiPS zu endokrinen Zellen des Pankreas untersucht sowie die Eignung der pankreatischen EZM zur Etablierung eines Organmodells des endokrinen Pankreas erprobt. Hierzu wurde zun{\"a}chst eine pankreasspezifische EZM-Tr{\"a}gerstruktur (PanMa) durch Dezellularisierung von Pankreaten des Schweins mittels Natriumdesoxycholat hergestellt. Die generierte PanMa wurde anhand (immun-) histologischer F{\"a}rbungen, Rasterelektronen-mikroskopie, Feststellung des DNA-Gehalts sowie durch Versuche zur Perfusion und Wiederbesiedelung mit Endothelzellen eingehend charakterisiert. Zudem wurde auf Basis der ermittelten Daten ein Bewertungssystem (PancScore) zur standardisierten Herstellung der PanMa entwickelt. Als N{\"a}chstes wurde untersucht, ob die PanMa {\"u}ber gewebespezifische EZM-Merkmale verf{\"u}gt. Zu diesem Zweck wurden biophysikalische und strukturelle Eigenschaften wie Festigkeit, Porosit{\"a}t und Hygroskopie mittels rheologischer Messungen sowie Versuchen zur Teilchendiffusion und zum Wasserbindungsverhalten bestimmt und mit azellul{\"a}ren EZMs des D{\"u}nndarms (SISser) und der Lunge (LungMa) verglichen. Nach der eingehenden Analyse der PanMa wurde deren Effekt auf die Eigenschaften von Stammzellen sowie auf fr{\"u}he Stadien der Stammzellentwicklung untersucht. Hierzu wurde die PanMa als Tr{\"a}gerstruktur w{\"a}hrend der Erhaltung sowie der spontanen Differenzierung von hiPS verwendet und der Einfluss der PanMa anhand von Genexpressionsanalysen und immunhistochemischer F{\"a}rbungen analysiert. In einem n{\"a}chsten Schritt wurde die Wirkung der PanMa auf die Differenzierung von hiPS zu endokrinen Zellen des Pankreas untersucht. Hierf{\"u}r wurde die PanMa zum einen in fl{\"u}ssiger Form als Mediumzusatz sowie als solide Tr{\"a}gerstruktur w{\"a}hrend der Differenzierung von hiPS zu hormonexprimierenden Zellen (Rezania et al. 2012; Rezania et al. 2014) oder maturierenden β-Zellen verwendet (Rezania et al. 2014). Der Effekt der PanMa wurde anhand von Genexpressions-analysen, immunhistochemischer F{\"a}rbungen und Analysen zur Glukose-abh{\"a}ngigen Insulinsekretion untersucht. In einem letzten Teil der Studie wurde die Eignung der PanMa zur verl{\"a}ngerten Kultivierung von hiPS-abgeleiteten endokrinen Zellen des Pankreas im Hinblick auf die Etablierung eines Organmodells des endokrinen Pankreas getestet. Hierzu wurde die PanMa zu einem Hydrogel weiterverarbeitet, welches zur Einkapselung und Kultivierung von hiPS-abgeleiteten hormonexprimierenden Zellen eingesetzt wurde. Um die Auswirkungen der Hydrogel-Kultur nachzuvollziehen, wurden die kultivierten Zellen mittels Genexpression, immun-histochemischer F{\"a}rbungen und Analysen zur Glukose-abh{\"a}ngigen Insulinsekretion untersucht. Mittels Dezellularisierung porziner Pankreaten konnte eine zellfreie, pankreasspezifische EZM-Tr{\"a}gerstruktur mit geringen Restbest{\"a}nden an DNA sowie einer weitgehend erhaltenen Mikro- und Ultrastruktur mit typischen EZM-Komponenten wie Kollagen I, III und IV hergestellt werden. Im Rahmen der Besiedelung arterieller Gef{\"a}ße mit humanen Endothelzellen wurde die Zellkompatibilit{\"a}t der hergestellten PanMa sowie eine weitgehende Unversehrtheit der Gef{\"a}ßstrukturen nachgewiesen. Verglichen zu SISser und LungMa zeichnete sich die PanMa als eine relativ weiche, stark wasserbindende, faserbasierte Struktur aus. Weiterhin konnten Hinweise f{\"u}r einen Effekt der PanMa auf den Stammzellcharakter und die fr{\"u}he Entwicklung von hiPS beobachtet werden. Hierbei f{\"u}hrte die Erhaltung von hiPS auf der PanMa zu einer leicht ver{\"a}nderten Expression von Genen des Kernpluripotenznetzwerks sowie zu einem reduziertem NANOG-Proteinsignal. Einhergehend mit diesen Beobachtungen zeigten hiPS w{\"a}hrend spontaner Differenzierung auf der PanMa eine verst{\"a}rkte endodermale Entwicklung. Im Verlauf der pankreatischen Differenzierung f{\"u}hrte die Kultivierung auf der PanMa zu einer signifikant verringerten Expression von Glukagon und Somatostatin, w{\"a}hrend die Expression von Insulin unver{\"a}ndert blieb, was auf eine Verminderung endokriner α- und δ-Zellen hinweist. Diese Ver{\"a}nderung {\"a}ußerte sich jedoch nicht in einer verbesserten Glukose-abh{\"a}ngigen Insulinsekretion der generierten hormonexprimierenden Zellen. Unter Anwendung der PanMa als Hydrogel konnten hormonexprimierenden Zellen {\"u}ber einen verl{\"a}ngerten Zeitraum kultiviert werden. Nach 21 Tagen in Kultur zeigten die eingekapselten hormonexprimierenden Zellen eine unver{\"a}ndert hohe Viabilit{\"a}t, wiesen allerdings bereits eine erste ver{\"a}nderte Zellanordnung sowie eine leicht verminderte Glukose-abh{\"a}ngige Insulinsekretion auf. Zusammengefasst konnte in dieser Studie ein biologischer Effekt gewebespezifischer EZM-Merkmale auf die Differenzierung von hiPS nachgewiesen werden. Dar{\"u}ber hinaus weisen die Daten auf eine relevante Funktion der EZM im Rahmen der endokrinen Spezifizierung von hiPS w{\"a}hrend der pankreatischen Differenzierung hin. Diese Beobachtungen verdeutlichen die eminente Rolle der EZM in der Herstellung von funktionalen hiPS-abgeleiteten Zellen und pl{\"a}dieren f{\"u}r eine st{\"a}rkere Einbindung organspezifischer EZMs im Bereich des Tissue Engineering und der klinischen Translation in der Regenerativen Medizin.},
  subject      = {Bauchspeicheldr{\"u}se},
  language  = {en}
}