@phdthesis{Steinack2010, author = {Steinack, Carolin}, title = {Untersuchungen zum Differenzierungspotential humaner Monozyten in vitro: Nachweis Insulin- und C-Peptid-positiver Zellen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55518}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2010}, abstract = {Monozyten lassen sich in vitro nicht nur zu Makrophagen und Dendritischen Zellen differenzieren, sondern auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen. Monozyten scheinen somit {\"u}ber pluripotente Eigenschaften zu verf{\"u}gen. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob sich kultivierte Monozyten tatsächlich in Insulin-exprimierende Zellen differenzieren lassen. Monozyten von gesunden Spendern im Alter zwischen 20 und 26 Jahren wurden untersucht. Die {\"u}ber eine Leukozytenapherese gewonnenen Mono- zyten wurden {\"u}ber Adhärenz angereichert und f{\"u}r sechs Tage in X-Medium mit den Cytokinen M-CSF und IL-3 und f{\"u}r weitere 15 Tage in Y-Medium mit den Cytokinen HGF und EGF inkubiert. Die Zellen wurden immunhistochemisch und funktionell untersucht. Frisch isolierte Blutmonozyten waren vor ihrer Kultivierung negativ f{\"u}r Insulin, C-Peptid und Glukagon. Am 4. Kulturtag wurden Insulin und C-Peptid in den kultivierten Monozyten nachgewiesen. Die Expression von Insulin war jedoch nicht stabil: während am Tag 11 der Anteil Insulin-positiver Zellen bei ca. 80\% lag, waren am Tag 14 nur noch ca. 30\% der kultivierten Zellen Insulin-positiv. Dies wurde ebenfalls f{\"u}r den Nachweis von C-Peptid beobachtet. Auch die Expression von Glukagon war nicht stabil. Diese Beobachtung wird darauf zur{\"u}ckgef{\"u}hrt, dass sich die Monozyten zu Makrophagen differenzierten und diese eindeutig kein Insulin produzieren. Da Zellen Insulin aufnehmen und speichern können, sollte in dieser Arbeit die Frage geklärt werden, ob immunhistochemisch zu unterscheiden ist, ob Zellen Insulin gebildet (de novo Insulin) oder unspezifisch aufgenommen haben. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass zum eindeutigen Nachweis von de novo Insulin der Nachweis von C-Peptid unbedingt zu fordern ist. Die in dieser Arbeit durchgef{\"u}hrten Experimente mit aufgereinigtem Insulin belegen, dass f{\"u}r aufgenommenes Insulin - im Gegensatz zu de novo Insulin - C-Peptid immun- histochemisch nicht nachzuweisen ist. Das aus in vitro kultivierten Monozyten isolierte Insulin war in diabetischen Mäusen biologisch aktiv, d.h. es senkte den Blutzuckerspiegel kurzfristig. Hierzu wurden geerntete Monozyten der Kulturtage 6-12 im Ultraschallbad aufgeschlossen und der zellfreie Überstand diabetischen Mäusen injiziert. Insgesamt senkten 11 der 31 (35,5\%) in dieser Arbeit getesteten Überstände den Blutzuckerspiegel dieser Tiere um mehr als 15\%. Bezogen auf die 18 Proben, die einen Effekt zeigten, sind dies sogar 61\%. In dieser Arbeit wurde somit erfolgreich gezeigt, dass in vitro modifizierte Monozyten Insulin exprimieren, das den Blutzuckerspiegel diabetischer Mäuse senkt.}, subject = {Insulin}, language = {de} } @phdthesis{Schmidt2009, author = {Schmidt, Kay-Renke Meinard Werner}, title = {Charakterisierung in vitro modifizierter humaner Blutmonozyten: {\"U}berpr{\"u}fung von Kulturbedingungen und funktioneller Nachweis von Insulin}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-38342}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2009}, abstract = {Das Konzept, Insulin-produzierende Zellen als Ersatz f{\"u}r zerst{\"o}rte Beta-Zellen beim Diabetes mellitus Typ I einzusetzen, ist auch weiterhin hoch attraktiv. Eine Alternative zur Herstellung Insulin-produzierender Zellen aus embryonalen oder adulten Stammzellen k{\"o}nnten in vitro modifizierte, Insulin-positive Monozyten sein. Seit l{\"a}ngerem ist bekannt, dass sich Monozyten in Makrophagen und Dendritische Zellen differenzieren. Weniger bekannt ist, dass sich Monozyten auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen differenzieren k{\"o}nnen. Hierzu geh{\"o}ren auch Insulin-positive Zellen. F{\"u}r die optimale Zelltherapie ist zu fordern, dass die Zellen nicht nur ihre Funktion im Patienten beibehalten, sondern dass von ihnen auch kein immu-nologisches Risiko ausgeht. Blutmonozyten lassen sich einfach gewinnen und st{\"u}nden somit als autologer Zellersatz f{\"u}r eine m{\"o}gliche Zelltherapie zur Verf{\"u}gung. Monozyten von zw{\"o}lf gesunden Spendern im Alter zwischen 23 und 57 Jahren wurden untersucht. Die Monozyten wurden durch Adh{\"a}renz angereichert und f{\"u}r sechs Tage in X-Medium mit den Cytokinen M-CSF und IL-3 und f{\"u}r weitere vier Tage in Y-Medium mit den Cytokinen HGF und EGF inkubiert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Insulin-positive Monozyten routine-m{\"a}ßig aus peripheren Blutmonozyten gesunder Spender mittels Leukapharese gewinnen lassen. Frisch isolierte periphere Blutmonozyten waren vor ihrer Kultivierung negativ f{\"u}r Insulin und C-Peptid. Nach zehnt{\"a}giger Kultur wurden 77±16\% Insulin-positive und 49±30\% C-Peptid-positive Monozyten nachgewiesen. Weiterhin exprimierten 60±4\% der Zellen den Monozytenmarker CD14. Auch wurde gezeigt, dass die Kulturbedingungen die Ausbeute an Insulin-positiven Monozyten beeinflussen. Aus jeweils drei Millionen Insulin-positiven Monozyten wurde das Insulin isoliert und diabetischen M{\"a}usen mit einem Blutzuckerspiegel von 300-600 mg/dL subkutan injiziert (n=8). Daraufhin sank der Blutzuckerspiegel um 51\%±12\% innerhalb einer Stunde. Auch Insulin-positive Monozyten, die diabetischen M{\"a}usen subkutan injiziert wurden, waren in der Lage, den Blutzuckerspiegel bis zum Zeitpunkt Ihrer Abstoßung aktiv zu regulieren (n=4). In einem Pilotversuch wurde zudem gezeigt, dass transplantierte Insulin-positive Monozyten langfristig (> 100 Tage) den Blutzuckerspiegel einer diabetischen immuninkompetenten Maus regulieren. In dieser Arbeit wurde somit erfolgreich gezeigt, dass in vitro modifizierte Monozyten biologisch aktives Insulin enthalten.}, subject = {Monozyten}, language = {de} } @phdthesis{Herbst2008, author = {Herbst, Andreas Sebastian}, title = {Untersuchungen zu in vitro modifizierten humanen Blutmonozyten : Immunhistochemisch-morphologische Charakterisierung und funktioneller Nachweis von Insulin}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-28404}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2008}, abstract = {Insulin-produzierende Zellen als Ersatz f{\"u}r die beim Diabetes mellitus Typ 1 zerst{\"o}rten Betazellen stellen einen hochattraktiven Forschungsansatz dar. Ziel dieser Arbeit war, Insulin-positive Zellen aus in vitro modifizierten Blutmonozyten zu gewinnen. Blutmonozyten sind nicht nur, wie bereits seit l{\"a}ngerem bekannt, in der Lage, sich in Makrophagen und dendritischen Zellen zu differenzieren, sondern auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen, wie z.B. Insulin-produzierender Zellen. F{\"u}r die optimale Zelltherapie ist zu fordern, dass die gew{\"u}nschten Zellen in vivo nicht nur ihre Funktion beibehalten, sondern dass von diesen Zellen auch kein immunologisches Risiko f{\"u}r den Patienten ausgeht. Eine dauerhafte Immunsuppression, wie sie f{\"u}r die Vollorgantransplantation notwendig ist, ist f{\"u}r Zelltransplantate nicht angebracht. Hier besteht {\"U}bereinkunft, dass Immunsuppressiva, wenn {\"u}berhaupt, nur kurzfristig einzusetzen sind. Blutmonozyten lassen sich einfach gewinnen und st{\"u}nden somit als autologer Zellersatz f{\"u}r eine m{\"o}gliche Zelltherapie zur Verf{\"u}gung. Ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit war, die in vitro Differenzierung von Blutmonozyten zu charakterisieren. Dabei sollte die Expression von Insulin, Gluka¬gon und dem Glukosetransporter Glut-2 nachgewiesen werden. Auch morpho¬logische Ver{\"a}nderungen w{\"a}hrend der Kultur sollten beobachtet werden. Die kultivierten Monozyten entwickelten sich mit zunehmender Kulturdauer eindeutig zu Makrophagen. Dabei waren zwei verschiedene Zellmorphologien zu unterscheiden: Der erste Zelltyp (Typ 1) war oval mit Ausl{\"a}ufern. Der zweite Zelltyp (Typ 2) war sehr groß, teilweise mit einem Durchmesser von {\"u}ber 500 \&\#956;m, h{\"a}ufig von ovaler Form und polynukle{\"a}r. Dieser Zelltyp wies zudem h{\"a}ufig einen breiten, um das Kerngebiet gruppierten Saum auf. Mit zunehmender Kulturdauer dominierte dieser Zelltyp die Kultur. Der Großteil der Typ 1-Zellen blieb CD14 positiv. Gab es CD14-negative Zellen in der Kultur, so geh{\"o}rten sie mit großer Wahrscheinlichkeit zu den Typ 2-Zellen. Nur in den in vitro modifizierten, nicht aber in den frisch isolierten Monozyten waren Insulin, C-Peptid, Glukagon und GLUT-2 immunhistochemisch nachzu¬weisen. Mit zunehmender Kulturdauer dominierten stark adh{\"a}rente Makrophagen die Kultur. Das aus ca. 5x106 Monozyten isolierte Insulin senkte den Blutzuckerspiegel diabetischer M{\"a}use innerhalb einer Stunde nach Injektion um 66,1±12,8 Prozent (n=5). Zum Vergleich: 170 pg Humaninsulin senkten den Blutzuckerspiegel um 84,2±8,4 Prozent (n=4). Insulin-negative Monozyten beeinflussten nicht den Blutzuckerspiegel diabeticher M{\"a}use. Zudem lassen erste elektronenmikroskopische Aufnahmen von in vitro modifizierten Monozyten Insulin-haltige Vesikel erkennen. Zum jetzigen Zeitpunkt ist gesichert, dass in vitro modifizierte Monozyten {\"u}ber biologisch aktives Insulin verf{\"u}gen, das den Blutzuckerspiegel diabetischer Tiere senkt. Der Nachweis von C-Peptid deutet zudem darauf hin, dass es sich hierbei um de novo Insulin handelt. Dies bedeutet, dass das Insulin-Gen in den in vitro modifizierten Monozyten aktiv ist und sie Insulin mRNA exprimieren, die anschließend in Insulin translatiert wird. Der elektronenmikroskopische Nachweis Insulin-haltiger Granula deutet außerdem darauf hin, dass diese Zellen Insulin speichern k{\"o}nnen. Inwieweit sie jedoch auch zur Glukose-ab¬h{\"a}ngigen Insulin-Aussch{\"u}ttung in der Lage sind, ist in weiteren Experimenten zu {\"u}berpr{\"u}fen.}, subject = {Insulin}, language = {de} } @phdthesis{Kerscher2006, author = {Kerscher, Alexander Georg}, title = {Entwicklung einer mikroskopierbaren Perfusions-Kulturkammer f{\"u}r die Kultivierung, die In-Vitro-Vitalit{\"a}ts- und die Funktionsdiagnostik von endokrinen Zellen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20282}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2006}, abstract = {Als Therapie des Diabetes mellitus Typ II stellt die Xenotransplantation von porzinen Langerhans-Inseln in mikroverkapselter Form eine attraktive Alternative zu den t{\"a}glichen Insulininjektionen dar. Kultivierung und Funktionsdiagnostik der isolierten porzinen Langerhans-Inseln sind technisch anspruchsvoll und bieten noch immer Potential f{\"u}r Verbesserungen. Werden die Zellen in Zellkulturflaschen {\"u}ber mehrere Tage kultiviert, sinkt die Vitalit{\"a}t unter ein akzeptables Niveau. Bei der Beurteilung der Vitalit{\"a}t und Funktion der Inseln gehen wertvolle Zellen f{\"u}r eine sp{\"a}tere Transplantation verloren. Dies schr{\"a}nkt eine ausgiebige Diagnostik vor der Transplantation ein. Ziel der Arbeit ist es, eine M{\"o}glichkeit zur Verbesserung der Kulturbedingungen zu finden und exakte Ergebnisse bei der Funktions- und Vitalit{\"a}tsdiagnostik ohne Verlust von Zellen zu erreichen. Vorversuche konnten beweisen, dass eine Verbesserung der Vitalit{\"a}t von Langerhans-Inseln in Kultur an der Methode der Kultivierung in Zellkulturflaschen scheitert. Stattdessen wurde das Prinzip der Perfusionskultur in spezialisierten Beh{\"a}ltnissen f{\"u}r die systematische Verbesserung der Kulturbedingungen und zur genaueren Diagnostik mittels Mikroskopie und Funktionsdiagnostik gew{\"a}hlt. Mit einem solchen System ist sowohl Kultivierung als auch Funktions- und Vitalit{\"a}tsdiagnostik in einem Beh{\"a}lter m{\"o}glich. Beim Prinzip der Perfusionskultur befindet sich das Medium stets in Bewegung um die Zellen und Gewebe und sorgt so f{\"u}r einen kontinuierlichen Zustrom exakt definierten Mediums und permanenten Abtransport der Stoffwechselprodukte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde f{\"u}r die Anforderungen im eigenen Labor ein maßgeschneidertes System mit mehreren Versionen von Beh{\"a}ltnissen f{\"u}r Perfusionskulturen entwickelt, deren jeweils neuere Version auf den Erfahrungen mit den Vorversionen aufbaut. In die Entwicklung fließen ebenso umfangreiche theoretische {\"U}berlegungen ein, sowie systematische Tests zu den physikalischen Eigenschaften der Beh{\"a}ltnisse. Die zuletzt entwickelte ist die Version V6SMTE, die in der Arbeit „W{\"u}rzburger Kammer" genannt wird. Dieser Beh{\"a}lter ist aus Edelstahl, mit einem Deckglas zur makro- und mikroskopischen Begutachtung, Zu- und Abl{\"a}ufen und einem Anschluss zum Entfernen von Gasblasen. Im Inneren befindet sich ein Einsatz, der eine stufenlose Regulierung des Volumens um die Zellen erm{\"o}glicht, so dass f{\"u}r Kultur und Funktionspr{\"u}fung bzw. Mikroskopie jeweils optimale Bedingungen erreicht werden. Weiterhin kann {\"u}ber einen Temperatursensor die Temperatur im Inneren des Beh{\"a}lters gemessen und {\"u}ber Heizelemente an der Außenwand computergesteuert reguliert werden. Die Zellen und Gewebe k{\"o}nnen auf unterschiedlichen Tr{\"a}germaterialien eingesetzt werden. W{\"a}hrend der Kultur kann ein Deckel ge{\"o}ffnet und die Zellen manipuliert werden. Das System ist unabh{\"a}ngig vom Brutschrank, ist sterilisierbar und wieder verwendbar. Kultiviert wurde endokrines Gewebe (isolierte Langerhans-Inseln, humanes Nebenschilddr{\"u}sengewebe). Dieses wurde zur Funktionspr{\"u}fung mit verschiedenen Mediatoren stimuliert, das Medium fraktioniert aufgefangen und sein Hormongehalt mit ELISA oder RIA bestimmt. Die Zellen wurden nativ und mit Fluoreszenzfarbstoffen (FDA, PI) gef{\"a}rbt mit bis zu 400facher Vergr{\"o}ßerung unter dem Auflichtmikroskop beurteilt. Im Zuge der Auswertung der anfallenden Proben auf ihren Insulingehalt wurde f{\"u}r diese Arbeit ein Insulin-ELISA entwickelt, der bei vergleichbarer Genauigkeit deutlich g{\"u}nstiger ist, als der bisher verwendete kommerzielle ELISA. Mit der W{\"u}rzburger Kammer kultivierte Langerhans-Inseln zeigten eine vergleichbare Vitalit{\"a}t im Vergleich zur Zellkulturflasche, die mit der W{\"u}rzburger Kammer gewonnenen Perifusionskurven sind in hohem Maß reproduzierbar, Zusammenh{\"a}nge von H{\"o}he der Glukoseexposition und Kultivierungsdauer mit der Insulinaussch{\"u}ttungskurve konnten eindrucksvoll beschrieben werden. Erstmals wurde auch im eigenen Labor die aus der Literatur bekannte paradoxe Insulinaussch{\"u}ttung beschrieben. Beispielhaft f{\"u}r andere endokrine Gewebe wurde humanes Nebenschilddr{\"u}sengewebe erfolgreich in der W{\"u}rzburger Kammer kultiviert und Vitalit{\"a}ts- und Funktionsdiagnostik unterzogen. Das Kultursystem erm{\"o}glicht die Kultivierung und eine komplette Analyse von Funktion, Vitalit{\"a}t und Morphologie von endokrinen Zellen. Es kann somit in idealer Weise zur Verbesserung der Kulturbedingungen und zur Beurteilung von endokrinen Zellen vor der Transplantation herangezogen werden.}, language = {de} }