@phdthesis{Ege2023,
  author    = {Ege, Carolin},
  title     = {Einfluss der Phosphodiesterase 10A auf cAMP-abh{\"a}ngige Signalwege und deren Effekt auf osteogene Differenzierung und Mechanotransduktion von mesenchymalen Stromazellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-32832},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-328327},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Humane mesenchymale Stromazellen sind in der Lage in osteogene Zellen zu differenzieren, und f{\"u}r diese osteogene Differenzierung ist mechanische Belastung ein relevanter Kostimulus. Mechanotransduktion hat zur Folge, dass second messenger wie cAMP und cGMP gebildet werden und sich die Ca2+-Konzentration erh{\"o}ht, welche wiederum Transkriptionsfaktoren aktivieren, die die Regulation von Genen osteogener Marker vermitteln. Die second messenger cAMP und cGMP werden abgebaut durch Phosphodiesterasen, jedoch ist die Rolle dieser Phosphodiesterasen w{\"a}hrend der osteogenen Differenzierung oder Mechanotransduktion weiterhin unklar. Das Ziel dieser Arbeit war es, herauszufinden, inwieweit im Besonderen die Phosphodiesterase 10A einen Einfluss nimmt auf die osteogene Differenzierung und die Mechanotransduktion von mesenchymalen Stromazellen und inwiefern sie dabei die cAMP-abh{\"a}ngigen Signalwege moduliert. Langfristig soll hiermit herausgefunden wer-den, welche Bedeutung die PDE10A auf altersinduzierte Krankheiten hat, wobei der Fokus zun{\"a}chst auf der Osteoporose liegen soll. Um dies zu erreichen, wurden experimentelle Versuche zun{\"a}chst mit HEK293- und hMSC-TERT-Zellen als Modell f{\"u}r mesenchymale Stromazellen durchgef{\"u}hrt, dann auch mit den mesenchymalen Stromazellen selbst. Untersucht wurde der Einfluss des PDE10A-Inhibitors Papaverin auf die Zellen und auf deren mechanische Induzierbarkeit, sowieso auf die osteogene Differenzierung der hMSC. Außerdem wurden weitere mechanische Versuche durchgef{\"u}hrt, zur {\"U}berpr{\"u}fung des Effekts der Phosphodiesterase 10A. Es wurde beobachtet, dass die Inhibierung von PDE10A mit Papaverin die osteogene Differenzierung und Mineralisierung vermindert. Außerdem gab es einen ersten Hinweis, dass eine {\"U}berexpression von PDE10A schw{\"a}chenden Einfluss nimmt auf die Expression mechanoresponsiver Gene. Nachfolgend auf diese Arbeit wurde erkannt, dass die Expression von mechanoresponsiven Genen durch die PDE10A-Inhibition unterdr{\"u}ckt wird.},
  subject      = {Mesenchymzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Leucht2023,
  author    = {Leucht, Maximilian},
  title     = {Charakterisierung der zellul{\"a}ren Signatur und Zusammensetzung von Knochenmarks-MSC aus osteoarthrotischen H{\"u}ften},
  doi       = {10.25972/OPUS-30543},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-305434},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die Coxarthrose ist eine h{\"a}ufige degenerative Erkrankung, deren Pr{\"a}valenz mit steigendem Lebensalter zunimmt. Durch die steigende Lebenserwartung der Bev{\"o}lkerung nimmt dementsprechend auch die Anzahl an Patienten mit Coxarthrose zu. Die Therapie besteht konservativ u.a. aus Physiotherapie und Analgesie. Reichen die konservativen Maßnahmen nicht aus, steht der totale Gelenkersatz in Form eine Totalendoprothese zur Verf{\"u}gung. Bisher gibt es keine regenerativen Therapien, die den arthrotisch degenerierten Gelenkknorpel ersetzen k{\"o}nnen. Durch die F{\"a}higkeit, sich in Knochen-, Fett- und Knorpelzellen zu differenzieren, ist in der Vergangenheit die mesenchymale Stammzelle in den Fokus der Forschung ger{\"u}ckt. Es wird vermutet, dass diese Stammzellpopulation das Potential besitzen k{\"o}nnte, den defekten Knorpel zu ersetzen. Diese Zellpopulation ist in vivo jedoch noch nicht ausreichend charakterisiert und es fehlen belastbare Daten, wie sich die (pathologische) Umgebung auf die MSC auswirkt. In den letzten Jahren sind diverse Populationen von MSC mit unterschiedlichen Eigenschaften entdeckt worden. Um die subchondralen Populationen aus arthrotischen H{\"u}ften genauer zu charakterisieren, wurde hier Reaming aus dem Acetabulum (ein bei der H{\"u}ft-TEP Implantation anfallendes chirurgisches Abfallprodukt) untersucht. Die enthaltenen Zellen wurden im Hinblick auf die zellul{\"a}re Signatur und donorenbezogenen Eigenschaften untersucht. Parameter, die untersucht wurden, waren das Alter, das Geschlecht, der BMI und der K\&L Score. Außerdem wurde die zellul{\"a}re Signatur anhand bestimmter Oberfl{\"a}chenmarker untersucht. Weiterhin wurden die isolierten und kultivierten MSC untersucht, ob sie sich bzgl. ihrer F{\"a}higkeit unterscheiden, sich in die adipogene bzw. osteogene Linie zu differenzieren. Eine Eigenschaft, die bisher bei allen Populationen von m{\"o}glichen MNC bzw. MSC nachgewiesen wurde, ist ihre F{\"a}higkeit Kolonien zu bilden - sog. CFU-F. Bei den durchgef{\"u}hrten Untersuchungen zeigte sich, dass aus allen erhaltenen Proben MSC in Form von CFU-F gewonnen werden konnten. Weiterhin waren alle Zellen in der Lage adipogen bzw. osteogen zu differenzieren. Signifikante Unterschiede in Bezug auf die Differenzierungseigenschaften konnten nicht festgestellt werden. Eine h{\"o}here CFU-F Bildung konnte aus dem Reaming von m{\"a}nnlichen Donoren nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich eine signifikant h{\"o}here Anzahl CD271-exprimierender Zellen im Reaming von m{\"a}nnlichen Donoren befand. Ebenfalls konnte eine signifikante Zunahme f{\"u}r CD45- CD13+ CD105+ Zellen mit steigendem BMI nachgewiesen werden. Durch diese umfassende Versuchsreihe konnte dargelegt werden, dass es in arthrotischen H{\"u}ften Unterschiede in der MSC Zahl im Vergleich der Geschlechter gibt und dass bestimmte Populationen von MSC mit steigendem BMI zunehmen. Um diese Ergebnisse einordnen zu k{\"o}nnen ist es in Zukunft notwendig zu untersuchen, ob diese Unterschiede allein durch die Arthrose bedingt sind oder ob dieser Unterschied auch im gesunden Knochenmark vorliegt.},
  subject      = {Mesenchymale Stromazelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2021,
  author    = {Schmidt, Stefanie},
  title     = {Cartilage Tissue Engineering - Comparison of Articular Cartilage Progenitor Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Agarose and Hyaluronic Acid-Based Hydrogels},
  doi       = {10.25972/OPUS-25171},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251719},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Articular cartilage damage caused by sports accidents, trauma or gradual wear and tear can lead to degeneration and the development of osteoarthritis because cartilage tissue has only limited capacity for intrinsic healing. Osteoarthritis causes reduction of mobility and chronic pain and is one of the leading causes of disability in the elderly population. Current clinical treatment options can reduce pain and restore mobility for some time, but the formed repair tissue has mostly inferior functionality compared to healthy articular cartilage and does not last long-term. Articular cartilage tissue engineering is a promising approach for the improvement of the quality of cartilage repair tissue and regeneration. In this thesis, a promising new cell type for articular cartilage tissue engineering, the so-called articular cartilage progenitor cell (ACPC), was investigated for the first time in the two different hydrogels agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) in comparison to mesenchymal stromal cells (MSCs). In agarose, ACPCs´ and MSCs´ chondrogenic capacity was investigated under normoxic (21 \% oxygen) and hypoxic (2 \% oxygen) conditions in monoculture constructs and in zonally layered co-culture constructs with ACPCs in the upper layer and MSCs in the lower layer. In the newly developed hyaluronic acid (HA)-based hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G), chondrogenesis of ACPCs and MSCs was also evaluated in monoculture constructs and in zonally layered co-culture constructs like in agarose hydrogel. Additionally, the contribution of the bioactive molecule hyaluronic acid to chondrogenic gene expression of MSCs was investigated in 2D monolayer, 3D pellet and HA-SH hydrogel culture. It was shown that both ACPCs and MSCs could chondrogenically differentiate in agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels. In agarose hydrogel, ACPCs produced a more articular cartilage-like tissue than MSCs that contained more glycosaminoglycan (GAG), less type I collagen and only little alkaline phosphatase (ALP) activity. Hypoxic conditions did not increase extracellular matrix (ECM) production of ACPCs and MSCs significantly but improved the quality of the neo-cartilage tissue produced by MSCs. The creation of zonal agarose constructs with ACPCs in the upper layer and MSCs in the lower layer led to an ECM production in zonal hydrogels that lay in general in between the ECM production of non-zonal ACPC and MSC hydrogels. Even though zonal co-culture of ACPCs and MSCs did not increase ECM production, the two cell types influenced each other and, for example, modulated the staining intensities of type II and type I collagen in comparison to non-zonal constructs under normoxic and hypoxic conditions. In HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogel, MSCs produced more ECM than ACPCs, but the ECM was limited to the pericellular region for both cell types. Zonal HASH/P(AGE-co-G) hydrogels resulted in a native-like zonal distribution of ECM as MSCs in the lower zone produced more ECM than ACPCs in the upper zone. It appeared that chondrogenesis of ACPCs was supported by hydrogels without biological attachment sites such as agarose, and that chondrogenesis of MSCs benefited from hydrogels with biological cues like HA. As HA is an attractive material for cartilage tissue engineering, and the HA-based hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G) appeared to be beneficial for MSC chondrogenic differentiation, the contribution of HA to chondrogenic gene expression of MSCs was investigated. An upregulation of chondrogenic gene expression was found in 2D monolayer and 3D pellet culture of MSCs in response to HA supplementation, while gene expression of osteogenic and adipogenic transcription factors was not upregulated. MSCs, encapsulated in a HA-based hydrogel, showed upregulation of gene expression for chondrogenic, osteogenic and adipogenic differentiation markers as well as for stemness markers. In a 3D bioprinting process, using the HA-based hydrogel, gene expression levels of MSCs mostly did not change. Nevertheless, expression of three tested genes (COL2A1, SOX2, CD168) was downregulated in printed in comparison to cast constructs, underscoring the importance of closely monitoring cellular behaviour during and after the printing process. In summary, it was confirmed that ACPCs are a promising cell source for articular cartilage engineering with advantages over MSCs when they were cultured in a suitable hydrogel like agarose. The performance of the cells was strongly dependent on the hydrogel environment they were cultured in. The different chondrogenic performance of ACPCs and MSCs in agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels highlighted the importance of choosing suitable hydrogels for the different cell types used in articular cartilage tissue engineering. Hydrogels with high polymer content, such as the investigated HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels, can limit ECM distribution to the pericellular area and should be developed further towards less polymer content, leading to more homogenous ECM distribution of the cultured cells. The influence of HA on chondrogenic gene expression and on the balance between differentiation and maintenance of stemness in MSCs was demonstrated. More studies should be performed in the future to further elucidate the signalling functions of HA and the effects of 3D bioprinting in HA-based hydrogels. Taken together, the results of this thesis expand the knowledge in the area of articular cartilage engineering with regard to the rational combination of cell types and hydrogel materials and open up new possible approaches to the regeneration of articular cartilage tissue.},
  subject      = {Hyaliner Knorpel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wagenbrenner2021,
  author    = {Wagenbrenner, Mike Helmut},
  title     = {In vitro-Charakterisierung mesenchymaler Stromazellen aus dem menschlichen H{\"u}ftgelenk},
  doi       = {10.25972/OPUS-23711},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-237110},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass plastik-adh{\"a}rent wachsende, multipotente Vorl{\"a}uferzellen, die eine f{\"u}r MSCs charakteristische Kombination von Oberfl{\"a}chenantigenen tragen, aus allen vier untersuchten Geweben des arthrotischen H{\"u}ftgelenks isoliert werden konnten. MSC-{\"a}hnliche Zellen k{\"o}nnen somit nicht nur in der Spongiosa und im Gelenkknorpel, sondern auch in der anterioren Gelenkkapsel und dem Ligamentum capitis femoris (LCF) des arthrotisch ver{\"a}nderten menschlichen H{\"u}ftgelenks nachgewiesen werden. Die FACS Analyse der Oberfl{\"a}chenantigene auf Zellen, die aus den vier unterschiedlichen Geweben eines beispielhaft gew{\"a}hlten Spenders isoliert wurden, zeigte eine deutliche Expression der Antigene CD44, CD73, CD90 und CD105. Unabh{\"a}ngig vom Nativgewebe zeigten somit alle untersuchten Zellen ein f{\"u}r MSCs charakteristisches, aber nicht spezifisches Profil an Antigenen auf ihrer Oberfl{\"a}che. Eine {\"U}bereinstimmung mit den ISCT Kriterien f{\"u}r MSCs war aufgrund der fehlenden Kontrolle h{\"a}matopoetischer Marker nicht m{\"o}glich. Die multipotente Differenzierung der isolierten Zellen erfolgte mithilfe spezifischer Differenzierungsmedien in Monolayer-Kulturen oder f{\"u}r die chondrogene Differenzierung in dreidimensionalen Pellet-Kulturen. Nach 21 Tagen konnten in allen differenzierten Kulturen histologisch und immunhistochemisch klare Zeichen der Osteo- und Adipogenese detektiert werden, w{\"a}hrend die Auswertung spezifischer Markergene eine klare Steigerung der Expression dieser im Vergleich zu den Negativkontrollen zeigte. Histologische und immunhistochemische Auswertungen best{\"a}tigten auch eine erfolgreiche chondrogene Differenzierung der Zell-Pellets aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel. Lediglich in den chondrogen differenzierten Zell-Pellets aus dem LCF konnte immunhistochemisch keine Bildung des knorpelspezifischen Matrixproteins Col II nachgewiesen werden. Mikroskopisch zeigten vor allem die differenzierten MSC-Pellets aus Spongiosa und Knorpel morphologisch eine starke {\"A}hnlichkeit zu hyalinem Knorpelgewebe. Trotz dieser Abstufungen zeigten sich f{\"u}r die relative Expression der chondrogenen Markergene AGG, Col II und Sox-9 keine signifikanten Unterschiede zwischen den differenzierten MSC-Kulturen der vier unterschiedlichen Nativgewebe. Ein positiver Nachweis des Markers Col X wies nach 27 Tagen sowohl in differenzierten als auch in undifferenzierten Pellet-Kulturen auf eine leichte chondrogene Hypertrophie hin. Zusammenfassend zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Hinblick auf das osteogene und adipogene Differenzierungspotential aller untersuchten Zellen. W{\"a}hrend das chondrogene Differenzierungspotential der Zellen aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel sich aus histologischer und immunhistochemischer Sicht {\"a}hnelte, zeigten Pellets aus dem LCF ein schw{\"a}cheres chondrogenes Differenzierungspotential in vitro. Obwohl somit erstmals MSC-{\"a}hnliche Zellen aus dem LCF und Gewebsproben, die neben dem Stratum synoviale auch das Stratum fibrosum der H{\"u}ftgelenkskapsel beinhalteten, charakterisiert wurden, sind weitere wissenschaftliche Arbeiten notwendig, um das multipotente Differenzierungspotential dieser Zellen zu optimieren.},
  subject      = {H{\"u}ftgelenk},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Braun2020,
  author    = {Braun, Clemens Michael},
  title     = {Regenerative Kapazit{\"a}t Mesenchymaler Stammzellen bei aseptischer Prothesenlockerung},
  doi       = {10.25972/OPUS-21392},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-213926},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Trotz st{\"a}ndiger Weiterentwicklung der modernen Endoprothetik weist ein k{\"u}nstliches Gelenk auch heute eine begrenzte Haltbarkeit auf. Insbesondere bei der Versorgung j{\"u}ngerer Patienten mit gestiegener Lebenserwartung wird h{\"a}ufig die Prothesenstandzeit aufgebraucht und ein komplizierter Revisionseingriff notwendig. Hierbei ist die aseptische Prothesenlockerung der h{\"a}ufigste Grund f{\"u}r den Austausch eines Implantates. Das Knochenmark des betreffenden Knochens enth{\"a}lt humane Mesenchymale Stammzellen (hMSC), die zur Aufrechterhaltung und Regeneration des Bindegewebes und des Knochens selbst beitragen. Ob diese Zellen z.B. durch ein Proliferations- oder Differenzierungsdefizit eine Rolle in der {\"A}tiologie einer aseptischen Prothesenlockerung spielen, ist bisher nicht abschließend gekl{\"a}rt. In der vorliegenden Arbeit wurde die regenerative Kapazit{\"a}t von hMSC von zwei Spendergruppen untersucht und verglichen: Als Wechselgruppe dienten Patienten, bei denen es zu einer aseptischen Prothesenlockerung und der Notwendigkeit eines Revisionseingriffes (Wechseloperation) gekommen war. Patienten, denen prim{\"a}r eine H{\"u}ft- oder Kniegelenksendoprothese eingesetzt wurde, bildeten die Kontrollgruppe. Zur Beurteilung der regenerativen Eigenschaften der hMSC wurde zum einen das Wachstums- und Alterungsverhalten in Zellkultur zum anderen die in vitro Differenzierungskapazit{\"a}t untersucht.},
  subject      = {Aseptische Lockerung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hafen2015,
  author    = {Hafen, Bettina},
  title     = {Physical contact between mesenchymal stem cells and endothelial precursors induces distinct signatures with relevance to tissue regeneration and engineering},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-119417},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {The goal of the project VascuBone is to develop a tool box for bone regeneration, which on one hand fulfills basic requirements (e.g. biocompatibility, properties of the surface, strength of the biomaterials) and on the other hand is freely combinable with what is needed in the respective patient's situation. The tool box will include a variation of biocompatible biomaterials and cell types, FDA-approved growth factors, material modification technologies, simulation and analytical tools like molecular imaging-based in vivo diagnostics, which can be combined for the specific medical need. This tool box will be used to develop translational approaches for regenerative therapies of different types of bone defects. This project receives funding from the European Union's Seventh Framework Program (VascuBone 2010). The present study is embedded into this EU project. The intention of this study is to assess the changes of the global gene expression patterns of endothelial progenitor cells (EPCs) and mesenchymal stem cells (MSCs) after direct cell-cell contact as well as the influence of conditioned medium gained from MSCs on EPCs and vice versa. EPCs play an important role in postnatal vasculogenesis. An intact blood vessel system is crucial for all tissues, including bone. Latest findings in the field of bone fracture healing and repair by the use of tissue engineering constructs seeded with MSCs raised the idea of combining MSCs and EPCs to enhance vascularization and therefore support survival of the newly built bone tissue. RNA samples from both experimental set ups were hybridized on Affymetrix GeneChips® HG-U133 Plus 2.0 and analyzed by microarray technology. Bioinformatic analysis was applied to the microarray data and verified by RT-PCR. This study gives detailed information on how EPCs and MSCs communicate with each other and therefore gives insights into the signaling pathways of the musculoskeletal system. These insights will be the base for further functional studies on protein level for the purpose of tissue regeneration. A better understanding of the cell communication of MSCs and EPCs and subsequently the targeting of relevant factors opens a variety of new opportunities, especially in the field of tissue engineering. The second part of the present work was to develop an ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) for a target protein from the lists of differentially expressed genes revealed by the microarray analysis. This project was in cooperation with Immundiagnostik AG, Bensheim, Germany. The development of the ELISA aimed to have an in vitro diagnostic tool to monitor e.g. the quality of cell seeded tissue engineering constructs. The target protein chosen from the lists was klotho. Klotho seemed to be a very promising candidate since it is described in the literature as anti-aging protein. Furthermore, studies with klotho knock-out mice showed that these animals suffered from several age-related diseases e.g. osteoporosis and atherosclerosis. As a co-receptor for FGF23, klotho plays an important role in bone metabolism. The present study will be the first one to show that klotho is up-regulated in EPCs after direct cell-cell contact with MSCs. The development of an assay with a high sensitivity on one hand and the capacity to differentiate between secreted and shedded klotho on the other hand will allow further functional studies of this protein and offers a new opportunity in medical diagnostics especially in the field of metabolic bone disease.},
  subject      = {Vorl{\"a}uferzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Simann2015,
  author    = {Simann, Meike},
  title     = {Aufkl{\"a}rung der Effekte von Fibroblasten-Wachstumsfaktor 1 und 2 auf die Adipogenese und Osteogenese von prim{\"a}ren humanen Knochenmark-Stroma-Zellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-119322},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Regulating and reverting the adipo-osteogenic lineage decision of trabecular human bone marrow stromal cells (hBMSCs) represents a promising approach for osteoporosis therapy and prevention. Fibroblast growth factor 1 (FGF1) and its subfamily member FGF2 were scored as lead candidates to exercise control over lineage switching processes (conversion) in favor of osteogenesis previously. However, their impact on differentiation events is controversially discussed in literature. Hence, the present study aimed to investigate the effects of these FGFs on the adipogenic and osteogenic differentiation and conversion of primary hBMSCs. Moreover, involved downstream signaling mechanisms should be elucidated and, finally, the results should be evaluated with regard to the possible therapeutic approach. This study clearly revealed that culture in the presence of FGF1 strongly prevented the adipogenic differentiation of hBMSCs as well as the adipogenic conversion of pre-differentiated osteoblastic cells. Lipid droplet formation was completely inhibited by a concentration of 25 ng/µL. Meanwhile, the expression of genetic markers for adipogenic initiation, peroxisome proliferator-activated receptor gamma 2 (PPARg2) and CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPa), as well as subsequent adipocyte maturation, fatty acid binding protein 4 (FABP4) and lipoprotein lipase (LPL), were significantly downregulated. Yet, the genetic markers of osteogenic commitment and differentiation were not upregulated during adipogenic differentiation and conversion under FGF supplementation, not supporting an event of osteogenic lineage switching. Moreover, when examining the effects on the osteogenic differentiation of hBMSCs and the osteogenic conversion of pre-differentiated adipocytic cells, culture in the presence of FGF1 markedly decreased extracellular matrix (ECM) mineralization. Additionally, the gene expression of the osteogenic marker alkaline phosphatase (ALP) was significantly reduced and ALP enzyme activity was decreased. Furthermore, genetic markers of osteogenic commitment, like the master regulator runt-related transcription factor 2 (RUNX2) and bone morphogenetic protein 4 (BMP4), as well as markers of osteogenic differentiation and ECM formation, like collagen 1 A1 (COL1A1) and integrin-binding sialoprotein (IBSP), were downregulated. In contrast, genes known to inhibit ECM mineralization, like ANKH inorganic pyrophosphate transport regulator (ANKH) and osteopontin (OPN), were upregulated. ANKH inhibition revealed that its transcriptional elevation was not crucial for the reduced matrix mineralization, perhaps due to decreased expression of ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (ENPP1) that likely annulled ANKH upregulation. Like FGF1, also the culture in the presence of FGF2 displayed a marked anti-adipogenic and anti-osteogenic effect. The FGF receptor 1 (FGFR1) was found to be crucial for mediating the described FGF effects in adipogenic and osteogenic differentiation and conversion. Yet, adipogenic conversion displayed a lower involvement of the FGFR1. For adipogenic differentiation and osteogenic differentiation/conversion, downstream signal transduction involved the extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) and the mitogen-activated protein kinase (MAPK)/ERK kinases 1 and 2 (MEK1/2), probably via the phosphorylation of FGFR docking protein FGFR substrate 2a (FRS2a) and its effector Ras/MAPK. The c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38-MAPK, and protein kinase C (PKC) were not crucial for the signal transduction, yet were in part responsible for the rate of adipogenic and/or osteogenic differentiation itself, in line with current literature. Taken together, to the best of our knowledge, our study was the first to describe the strong impact of FGF1 and FGF2 on both the adipogenic and osteogenic differentiation and conversion processes of primary hBMSCs in parallel. It clearly revealed that although both FGFs were not able to promote the differentiation and lineage switching towards the osteogenic fate, they strongly prevented adipogenic differentiation and lineage switching, which seem to be elevated during osteoporosis. Our findings indicate that FGF1 and FGF2 entrapped hBMSCs in a pre-committed state. In conclusion, these agents could be applied to potently prevent unwanted adipogenesis in vitro. Moreover, our results might aid in unraveling a pharmacological control point to eliminate the increased adipogenic differentiation and conversion as potential cause of adipose tissue accumulation and decreased osteoblastogenesis in bone marrow during aging and especially in osteoporosis.},
  subject      = {Mesenchymzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hondke2014,
  author    = {Hondke, Sylvia},
  title     = {Elucidation of WISP3 function in human mesenchymal stem cells and chondrocytes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109641},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {WISP3 is a member of the CCN family which comprises six members found in the 1990's: Cysteine-rich,angiogenic inducer 61 (CYR61, CCN1), Connective tissue growth factor (CTGF, CCN2), Nephroblastoma overexpressed (NOV, CNN3) and the Wnt1 inducible signalling pathway protein 1-3 (WISP1-3, CCN4-6).They are involved in the adhesion, migration, mitogenesis, chemotaxis, proliferation, cell survival, angiogenesis, tumorigenesis, and wound healing by the interaction with different integrins and heparan sulfate proteoglycans. Until now the only member correlated to the musculoskeletal autosomal disease Progressive Pseudorheumatoid Dysplasia (PPD) is WISP3. PPD is characterised by normal embryonic development followed by cartilage degradation over time starting around the age of three to eight years. Animal studies in mice exhibited no differences between knock out or overexpression compared to wild type litter mates, thus were not able to reproduce the symptoms observed in PPD patients. Studies in vitro and in vivo revealed a role for WISP3 in antagonising BMP, IGF and Wnt signalling pathways. Since most of the knowledge of WISP3 was gained in epithelial cells, cancer cells or chondrocyte cell lines, we investigated the roll of WISP3 in primary human mesenchymal stem cells (hMSCs) as well as primary chondrocytes. WISP3 knock down was efficiently established with three short hairpin RNAs in both cell types, displaying a change of morphology followed by a reduction in cell number. Simultaneous treatment with recombinant WISP3 was not enough to rescue the observed phenotype nor increase the endogenous expression of WISP3. We concluded that WISP3 acts as an essential survival factor, where the loss resulted in the passing of cell cycle control points followed by apoptosis. Nevertheless, Annexin V-Cy3 staining and detection of active caspases by Western blot and immunofluorescence staining detected no clear evidence for apoptosis. Furthermore, the gene expression of the death receptors TRAILR1 and TRAILR2,important for the extrinsic activation of apoptosis, remained unchanged during WISP3 mRNA reduction. Autophagy as cause of cell death was also excluded, given that the autophagy marker LC3 A/B demonstrated to be uncleaved in WISP3-deficient hMSCs. To reveal correlated signalling pathways to WISP3 a whole genome expression analyses of WISP3-deficient hMSCs compared to a control (scramble) was performed. Microarray analyses exhibited differentially regulated genes involved in cell cycle control, adhesion, cytoskeleton and cell death. Cell death observed by WISP3 knock down in hMSCs and chondrocytes might be explained by the induction of necroptosis through the BMP/TAK1/RIPK1 signalling axis. Loss of WISP3 allows BMP to bind its receptor activating the Smad 2/3/4 complex which in turn can activate TAK1 as previously demonstrated in epithelial cells. TAK1 is able to block caspase-dependent apoptosis thereby triggering the assembly of the necrosome resulting in cell death by necroptosis. Together with its role in cell cycle control and extracellular matrix adhesion, as demonstrated in human mammary epithelial cells, the data supports the role of WISP3 as tumor suppressor and survival factor in cells of the musculoskeletal system as well as epithelial cells.},
  subject      = {Knorpelzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Laug2014,
  author    = {Laug, Roderich},
  title     = {Funktionsaufkl{\"a}rung von CYR61 und CTGF in mesenchymalen Stammzellen und Lungenendothelzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-98711},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Cystein rich protein 61 (CYR61/CCN1) und Connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) stellen aufgrund ihrer Multifunktionalit{\"a}t zwei sehr interessante Vertreter aus der derzeit sechs Mitglieder umfassenden Familie der CCN-Proteine (CCN- CYR61/CCN1, CTGF/CCN2, NOV/CCN3, WISP1-3/CCN4-6) dar. Seit der Entdeckung von CYR61 und CTGF konnten die {\"u}berlappenden, aber meist nicht redundanten zellspezifischen Effekte in verschiedenen Zellsystemen nachgewiesen werden. Die Einfl{\"u}sse auf zahlreiche Prozesse wie Proliferation und Migration, aber auch Angiogenese und das {\"U}berleben von Zellen lassen eine weitreichende Bedeutung im Zusammenhang mit vielen Entwicklungsprozessen vermuten, so auch der des muskuloskelettalen Systems und der Entwicklung der Lunge. In der vorliegenden Arbeit wurden f{\"u}r die n{\"a}here Charakterisierung von CYR61 und CTGF humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) und die humane prim{\"a}re Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R (human pulmonary microvascular endothelial cells) gew{\"a}hlt. Beide Zellsysteme sind f{\"u}r die Untersuchung der Funktionsf{\"a}higkeit in den verschiedenen Kompartimenten bestens geeignet. So ist die Zelllinie HPMEC-ST1.6R den prim{\"a}ren Endothelzellen, im Vergleich mit anderen in der Forschung eingesetzten Zelllinien, in Bezug auf spezifische Oberfl{\"a}chenmarker am n{\"a}chsten. Mesenchymale Stammzellen bilden als multipotente Zellen das R{\"u}ckrat des muskuloskelettalen Systems und sind an der Hom{\"o}ostase des menschlichen St{\"u}tz- und Bewegungsapparates maßgeblich beteiligt. Um experimentell nutzbare Konzentrationen an rekombinanten Proteinen zu erhalten, wurde ein Baculovirus-Expressionsystems gew{\"a}hlt. Nach der erfolgreichen Klonierung der CTGF/Fc-Tag Sequenz in einen Expressionsvektor konnte dies auch durch Produktion in SF21-Insektenzellen erreicht und erstmalig rekombinantes CTGF/Fc von hoher Reinheit gewonnen werden. Allerdings konnte eine best{\"a}ndige Funktionsf{\"a}higkeit der aufgereinigten Proteine mittels eines Proliferationstestes nachfolgend nur bedingt best{\"a}tigt werden. F{\"u}r die weitere Versuchsplanung, einer Untersuchung der Auswirkung von rekombinantem CTGF (rCTGF) bzw. CYR61 (rCYR61) auf die Zielzellen, musste zun{\"a}chst die zelleigene ctgf bzw. cyr61 Expression herunterreguliert werden, um einen endogenen St{\"o}reffekt auszuschließen. Durch den Einsatz spezifischer shRNAs konnte ctgf/CTGF sowohl in den hMSC-, wie auch den HPMEC-ST1.6R-Zielzellen deutlich herunterreguliert und nachfolgend eine markant reduzierte Proliferation beobachtet werden. Ein Effekt f{\"u}r die Regulation von cyr61 blieb aus. In dieser Arbeit wurden anschließend erstmals mittels Microarray-Analysen Ver{\"a}nderungen im Genexpressionsmuster der ctgf herunterregulierten hMSC- bzw. Lungenendothelzellen gegen{\"u}ber Kontrollzellen untersucht. Des Weiteren war die Auswirkung einer Behandlung von ctgf herunterregulierten Zielzellen mit rCTGF gegen{\"u}ber unbehandelten Kontrollzellen von Interesse. F{\"u}r beide Zellsysteme konnten signifikante Genregulationen nach der Behandlung mit CTGF spezifischen shRNAs gegen{\"u}ber den Kontrollzellen detektiert werden, mit interessanten Genclustern im Bereich der TGF-beta (transforming growth factor ß) Signalgebung, sowie der fokalen Adh{\"a}sion (z.B. VEGF). Eine Behandlung mit rCTGF hingegen zeigte gegen{\"u}ber den unbehandelten Kontrollzellen in der Auswertung der Microarray-Analyse keine signifikante Ver{\"a}nderung im Genexpressionsmuster. In dieser Arbeit wurden, neben einer effektiven Gewinnung von rekombinantem CTGF und der Herunterregulation der endogenen ctgf Expression, wichtige Erkenntnisse zur Biologie von CTGF (und CYR61) in mesenchymalen Stammzellen hMSC und der Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R erlangt. Die erhaltenen Microarray-Daten bieten eine fundierte Grundlage f{\"u}r zahlreiche fortf{\"u}hrende Untersuchungen.},
  subject      = {Connective Tissue Growth Factor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Benisch2011,
  author    = {Benisch, Peggy},
  title     = {Molekulare Analysen zur Knochenregeneration im Alter und bei Osteoporose},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-64701},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen die Grundlage der Knochenformation dar, indem sie als multipotente Zellen in viele, f{\"u}r die Knochenhom{\"o}ostase ben{\"o}tigte Zelltypen differenzieren k{\"o}nnen, wie z.B. Osteoblasten. W{\"a}hrend der Alterung des Menschen kommt es zu einem Ungleichgewicht zwischen Knochenaufbau und Knochenabbau, resultierend in einer verringerten Knochenmasse. Noch ist unklar, ob MSC an dem verminderten Knochenaufbau direkt beteiligt sind, indem sie z.B.im Laufe der Zeit Funktionsst{\"o}rungen akkumulieren oder in die Seneszenz eintreten, und somit nicht mehr als Stammzellpool f{\"u}r die Osteoblastendifferenzierung zur Verf{\"u}gung stehen. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genexpressionsmuster gealterter Zellen mittels Mikroarray-Analysen untersucht, um die Alters-bedingten Ver{\"a}nderungen detektieren zu k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r wurde ein in-vitro-Alterungsmodell von humanen MSC (hMSC) etabliert, um die seneszenten Zellen mit hMSC fr{\"u}her Kultivierungspassagen zu vergleichen. Auch Zellen aus Spendern hohen Alters wurden untersucht, um einen Vergleich zwischen ex-vivo- und in-vitro-gealterten hMSC anstellen zu k{\"o}nnen. Da Osteoporose eine polygenetische Erkrankung des gealterten Knochens darstellt, wurden auch mit hMSC aus Osteoporose-Patienten Genexpressionsanalysen durchgef{\"u}hrt. Die Mikroarray-Analysen und anschließende systembiologische Auswertung zeigten, dass in-vitro-gealterte, seneszente hMSC starke Ver{\"a}nderungen im Transkriptom aufweisen, die auf Defizite in der Proliferation, Differenzierungskapazit{\"a}t und Migration schließen lassen. Neben bekannten Markern f{\"u}r replikative Seneszenz konnten in hMSC auch neue detektiert werden, wie z.B. HELLS, POU5F1 (OCT4) und FGFR2, deren Expression mit der Seneszenz abnimmt, oder CDH1 und PSG5, deren Expression zunimmt. Gene f{\"u}r Akute-Phase-SAA wurden stark erh{\"o}ht exprimiert vorgefunden. Bei der funktionellen Charakterisierung konnte jedoch gezeigt werden, dass SAA1 und SAA1 durch Stress induziert werden, der der Seneszenz vorausgeht, und dass sie die Mineralisierung bei der osteogenen Differenzierung von hMSC f{\"o}rdern. Akute-Phase-SAA k{\"o}nnten somit eine Verbindung zwischen Alterung bzw. Inflammation und extra-skelettaler Verkalkung darstellen, die im Alter h{\"a}ufig auftritt, z.B. in Form von Arteriosklerose. In-vivo-gealterte hMSC wiesen ebenfalls Defizite im Expressionsmuster von Proliferations- und Migrations- relevanten Genen auf. Des Weiteren konnten nur wenige Gemeinsamkeiten zwischen in-vivo-gealterten hMSC und in-vitro-gealterten hMSC festgestellt werden. Dies l{\"a}sst vermuten, dass die in-vivo-Alterung nicht zwangsl{\"a}ufig zu seneszenten Stammzellen f{\"u}hrt, da Alterung eines Organismus ein multizellul{\"a}rer Prozess ist, der durch viele Faktoren beeinflusst wird, wie z.B. Akkumulation von Mutationen und Krebsabwehr. Auch osteoporotische hMSC wiesen Ver{\"a}nderungen im Genexpressionsmuster auf, die mit den Daten zur in-vivo-Alterung verglichen wurden, um die rein Alters-assoziierten {\"A}nderungen herausfiltern zu k{\"o}nnen. Die {\"u}brig gebliebenen Gene repr{\"a}sentierten Ver{\"a}nderungen allein aufgrund der Krankheit. Osteoporose bewirkte somit distinkte Genexpressions-{\"a}nderungen in hMSC, die auf F{\"o}rderung der Osteoklastogenese und Defizite in Proliferation, Migration und Differenzierungskapazit{\"a}t schließen lassen. Es konnten vielversprechende Kandidaten-gene f{\"u}r osteoporotische hMSC gefunden werden. Die pr{\"a}mature Expression des WNT-Inhibitors SOST (Sclerostin) und die {\"U}berexpression des BMP-Signalweg-Inhibitors MAB21L2 deuten auf eine Autoinhibition der Stammzellen hin, die letztlich die gest{\"o}rte Knochenformation bei Alters-assoziierter Osteoporose begr{\"u}nden k{\"o}nnte. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass intrinsische Defizite von Stammzellen an der Pathophysiologie von Alterung und Osteoporose beteiligt sind. Sie er{\"o}ffnet tiefgreifende Einblicke in die systembiologischen Ver{\"a}nderungen in Stammzellen aufgrund von Alterung oder Osteoporose, und setzt somit einen soliden Grundstein f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Analysen.},
  subject      = {Osteoporose},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lechner2010,
  author    = {Lechner, Victoria Constanza},
  title     = {Isolierung und Charakterisierung mesenchymaler Stammzellen (UCSC) aus der humanen Nabelschnur},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56511},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Hintergrund: Mesenchymale Progenitorzellen (MPCs; Synonym: mesenchymale Stammzellen, MSC) besitzen die Eigenschaft sich in verschiedene Gewebe zu differenzieren. Diese MPCs k{\"o}nnen heute in einer Vielzahl von Geweben sowohl des adulten als auch des fetalen Organismus nachgewiesen werden. Ihre Anzahl ist jedoch sehr gering. Im Rahmen dieser Untersuchung sollte {\"u}berpr{\"u}ft werden, in wie weit MPCs oder MPC-{\"a}hnliche Zellen in der humanen Nabelschnur nachweisbar sind. Material und Methoden: Postpartal wurde die humane Nabelschnur entnommen und in k{\"u}hler physiologischer Kochsalzl{\"o}sung gelagert. Nachdem 10 cm der Nabelschnur abgemessen worden waren, wurde die Nabelschnur in ca. 1 cm große Abschnitte aufgeteilt, die Gef{\"a}ße mit einer Pinzette entfernt und das restliche Gewebe in einem Enzym-Cocktail f{\"u}r 3h in 37° verdaut. Die auf diese Weise isolierten umbilikalen mesenchymalen Progenitorzellen wurden anschließend zentrifugiert, das Pellet resuspendiert und die Zellen kultiviert. Ergebnisse: (1) Umbilikale mesenchymale Progenitorzellen (UMPCs) lassen sich in ausreichender Anzahl isolieren und (2) leicht kultivieren. (3) In der prim{\"a}ren Kultur zeigten diese Zellen eine den Fibroblasten {\"a}hnliche Zellmorphologie. (4) Die UMPCs lassen sich in vitro leicht expandieren und zeigen eine Differenzierung in verschiedene Zelltypen (5) Immunhistochemisch exprimieren diese Zellen mesenchymale Stammzellmarker (CD13, CD105), jedoch keine h{\"a}matopoetischen Stammzellmarker (CD 14 und CD34). Schlußfolgerung: Unsere Untersuchungen zeigen, dass sich mesenchymale Progenitorzellen in der humanen Nabelschnur nachweisen lassen. Sie stellen somit eine wertvolle Ressource zur Gewinnung von potenten Zellen f{\"u}r zellbasierte Therapieans{\"a}tze in der Chirurgie und besonders in der Kinderchirurgie dar.},
  subject      = {Stammzelle},
  language  = {de}
}