@phdthesis{Schuerlein2016,
  author    = {Sch{\"u}rlein, Sebastian},
  title     = {Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Tissue Engineering Prozessen am Beispiel der Herstellung von kardialem Gewebe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142432},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Kardiovaskul{\"a}re Erkrankungen, wie beispielsweise der Herzinfarkt, sind die h{\"a}ufigste Todesursache weltweit. Bei einem Herzinfarkt sterben Areale des Herzens aufgrund einer Unterversorgung mit Blut ab. Da das Herzmuskelgewebe ein sogenanntes terminal differenziertes Gewebe ist, kommt es zu keiner Regeneration des Gewebes, mit der Folge einer Herzinsuffizienz beziehungsweise dem Tod des Patienten. Eine alternative Behandlungsm{\"o}glichkeit zu einer Herztransplantation stellt das Tissue Engineering dar. Mit Hilfe des Tissue Engineerings k{\"o}nnen dreidimensionale Gewebe aufgebaut und kultiviert werden, um auf diese Weise ein funktionelles Gewebe zu erhalten, durch welches das abgestorbene Gewebeareal des Herzens zuk{\"u}nftig auch ersetzt werden k{\"o}nnte. In der vorliegenden Arbeit wurden notwendige Technologien f{\"u}r den Aufbau von Geweben entwickelt sowie erste Versuche f{\"u}r die Erzeugung eines funktionellen Herzmuskelgewebes durchgef{\"u}hrt. Beim Aufbau von dreidimensionalen Geweben finden Tr{\"a}gerstrukturen Anwendung, die mit Zellen besiedelt werden. Solche Tr{\"a}gerstrukturen k{\"o}nnen aus biologischen oder synthetischen Polymeren hergestellt sein oder aus der extrazellul{\"a}ren Matrix eines dezellularisierten Gewebes bestehen. F{\"u}r eine standardisierte Dezellularisierung von Geweben wurde eine computergesteuerte Pumpeneinheit, f{\"u}r die Herstellung von Nanofaserscaffolds eine Elektrospinninganlage entwickelt. Mit Hilfe der Dezellularisierungseinheit k{\"o}nnen komplexe Organe, wie ein Herz im Ganzen, reproduzierbar dezellularisiert werden. Untersuchungen der mittels Elektrospinning hergestellten Nanofaserscaffolds, welche als Alternative zu der dezellularisierten, nat{\"u}rlichen Matrix eingesetzt werden k{\"o}nnen, zeigten bei allen hergestellten Zusammensetzungen eine Orientierung der Zellen entlang der Fasern. Die Kultivierung von Zellmatrixkonstrukten erfolgt im Tissue Engineering h{\"a}ufig unter dynamischen Bedingungen. Hierf{\"u}r wurde ein mobiler Stand Alone Inkubator mit der erforderlichen Peripherie f{\"u}r eine Kultur unter Perfusion des Gewebes entwickelt. Als Weiterentwicklung des Stand Alone Inkubators ist eine modulare Bioreaktorplattform, bestehend aus W{\"a}rmetauscher, Beutelpumpe und Gasaustauscher, aufgebaut worden. In dieses System kann {\"u}ber Standard Anschl{\"u}sse jegliche Art von Bioreaktor in das System eingebunden werden. Durch die Kompaktheit des Systems ist es m{\"o}glich mehrere Ans{\"a}tze parallel auf engem Raum durchzuf{\"u}hren. Die Funktion der Plattform, wurde in der vorliegenden Arbeit durch die Gewebekultur einer nativen porzinen Karotis nachgewiesen. F{\"u}r den Aufbau des kardialen Gewebes dient die small intestinal submucosa ohne Serosa (SISser) als Tr{\"a}gerstruktur. Der Aufbau des Gewebekonstrukts erfolgte in verschiedenen Ans{\"a}tzen unter Einsatz verschiedener Zellarten. Native, aus Herzbiopsien generierte Cardiosphere derived cells (CDCs) verteilten sich gleichm{\"a}ßige {\"u}ber die Oberfl{\"a}che der Matrix, jedoch konnten immunhistologisch keine spezifischen kardialen Marker bei den artifiziellen Geweben nachgewiesen werden. Zellmatrixkonstrukte aus einer Mono Kultur von Kardiomyozyten, differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS Zellen) sowie einer Co Kultur dieser Kardiomyozyten mit mesenchymalen Stammzellen und Zellen aus einer Herzbiopsie zeigten nach wenigen Tagen in Kultur ein kontraktiles Verhalten. Immunhistologische F{\"a}rbungen der beiden Gewebe best{\"a}tigten die Expression der spezifischen kardialen Marker, wie beispielsweise kardiales Troponin T, kardiales Troponin C und alpha Actinin. Die Kardiomyozyten der Mono Kultur sind jedoch nicht {\"u}ber die gesamte Matrixoberfl{\"a}che verteilt, sondern bilden Aggregate. Bei der Co Kultur kann eine gleichm{\"a}ßige Verteilung der Zellen auf der Matrix beobachtet werden. Der vielversprechendste Ansatz f{\"u}r den Aufbau eines Herzmuskelgewebes, welches als Implantat oder Testsystem eingesetzt werden kann, bildet nach den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen, ein Konstrukt aus der SISser und der Co Kultur der Zellen. Allerdings muss die Zusammensetzung der Co Kultur sowie das Verh{\"a}ltnis der Zellzahlen optimiert werden.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klug2016,
  author    = {Klug, Alexander},
  title     = {Biomechanische und zellbiologische Untersuchung zu augmentierten Biomaterial-basierten Kreuzbandkonstrukten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142379},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Aktueller Goldstandard bei der Rekonstruktion des ACL des Menschen sind au-tologe Transplantate. Diese sind allerdings je nach Entnahmeort mit einer mehr oder weniger hohen Entnahmemorbidit{\"a}t und dem Risiko f{\"u}r Folgeerkrankungen verbunden. Um dies zu umgehen, wurde ein xenogenes Kollagenimplantat aus Kollagen-I-Fasern von Ratten entwickelt und das native Konstrukt bereits in einer Vorl{\"a}uferstudie getestet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Kreuzbandkonstrukte mit Hilfe diverser Crosslinker modifiziert und hinsichtlich ihrer Biomechanik, Biokompatibilit{\"a}t und ihres in-vivo Verhaltens untersucht. Bewusst wurde dabei auf die Zellbesiedlung dieser Konstrukte verzichtet, da un-ter Ber{\"u}cksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte eines sp{\"a}teren humanen Einsatzes hierf{\"u}r eine Arzneimittelzulassung notwendig gewesen w{\"a}re. Mit Hilfe der Crosslinker wurde versucht, die mechanische Stabilit{\"a}t sowie die Resistenz gegen kollagenabbauende Enzyme der Synovia zu erh{\"o}hen, um die Gefahr post-operativer Instabilit{\"a}ten zu verringern. Dabei sollten Fragen bez{\"u}glich Immun-antwort, Biokompatibilit{\"a}t sowie Biodegradierbarkeit genau ber{\"u}cksichtigt wer-den. Als Crosslinker wurden f{\"u}r einen Vergleich in vitro neben 0,5 \% Genipin auch 10 \% HMDI sowie Glukose und EDC/NHS herangezogen. Dabei zeigten die Genipin-gecrosslinkten Einzelfasern die gr{\"o}ßte Reißfestigkeits-zunahme, wohingegen auf Minikonstruktbasis 10 \% HMDI zu den h{\"o}chsten UTS-Werten f{\"u}hrte. Ebenso ließen sich bez{\"u}glich der Biokompatibilut{\"a}t in vitro bei den Crosslinkern 0,5 \% Genipin und 10 \% HMDI Vorteile gegen{\"u}ber den beiden an-deren erkennen. Schließlich erfolgte im Rahmen eines Tierversuchs an 16 Minipigs der Einbau von 0,5 \% Genipin-gecrosslinkten Konstrukten als Kreuzbandersatz und an-schließend die biomechanische Testung sowie nach Paraffineinbettung auch eine durchlichtmikrokopische deskriptive Auswertung der Transplantate. W{\"a}hrend nach 6 Wochen eine deutliche Reißfestigkeitsabnahme zu verzeichnen war, erreichte diese nach 6 Monaten wieder fast 60 \% ihrer urspr{\"u}nglichen UTS. Somit konnte ein Remodeling des eingesetzten Implantats angenommen wer-den. Dies best{\"a}tigte sich in der durchgef{\"u}hrten histologischen Untersuchung. Hier war das Implantat deutlich vaskularisiert, von zahlreichen Fibroblasten durchsetzt und wies eine synoviale Deckschicht auf. Allerdings scheint vor allem wegen der Schw{\"a}che der Konstrukte nach 6 Wochen sowie den vermutlich auf-grund des Crosslinkers auftretenden Reaktionserscheinungen innerhalb des Kniegelenks ein Einsatz im humanen Bereich zum gegenw{\"a}rtigen Zeitpunkt noch nicht ausgereift. Dennoch l{\"a}sst sich gerade anhand des stattfindenden Remodelings das große Potential kollagenbasierter Materialien f{\"u}r den Kreuzbandersatz erkennen. Eine weitere Optimierung des bestehenden Konstrukts sollte deshalb forciert werden.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schweinlin2016,
  author    = {Schweinlin, Matthias Oliver},
  title     = {Development of advanced human intestinal in vitro models},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142571},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The main function of the small intestine is the absorption of essential nutrients, water and vitamins. Moreover, it constitutes a barrier protecting us from toxic xenobiotics and pathogens. For a better understanding of these processes, the development of intestinal in vitro models is of great interest to the study of pharmacological and pathological issues such as transport mechanisms and barrier function. Depending on the scientific questions, models of different complexity can be applied. In vitro Transwell® systems based on a porous PET-membrane enable the standardized study of transport mechanisms across the intestinal barrier as well as the investigation of the influence of target substances on barrier integrity. However, this artificial setup reflects only limited aspects of the physiology of the native small intestine and can pose an additional physical barrier. Hence, the applications of this model for tissue engineering are limited. Previously, tissue models based on a biological decellularized scaffold derived from porcine gut tissue were demonstrated to be a good alternative to the commonly used Transwell® system. This study showed that preserved biological extracellular matrix components like collagen and elastin provide a natural environment for the epithelial cells, promoting cell adhesion and growth. Intestinal epithelial cells such as Caco-2 cultured on such a scaffold showed a confluent, tight monolayer on the apical surface. Additionally, myofibroblasts were able to migrate into the scaffold supporting intestinal barrier formation. In this thesis, dendritic cells were additionally introduced to this model mimicking an important component of the immune system. This co-culture model was then successfully proven to be suitable for the screening of particle formulations developed as delivery system for cancer antigens in peroral vaccination studies. In particular, nanoparticles based on PLGA, PEG-PAGE-PLGA, Mannose-PEG-PAGE-PLGA and Chitosan were tested. Uptake studies revealed only slight differences in the transcellular transport rate among the different particles. Dendritic cells were shown to phagocytose the particles after they have passed the intestinal barrier. The particles demonstrated to be an effective carrier system to transport peptides across the intestinal barrier and therefore present a useful tool for the development of novel drugs. Furthermore, to mimic the complex structure and physiology of the gut including the presence of multiple different cell types, the Caco-2 cell line was replaced by primary intestinal cells to set up a de novo tissue model. To that end, intestinal crypts including undifferentiated stem cells and progenitor cells were isolated from human small intestinal tissue samples (jejunum) and expanded in vitro in organoid cultures. Cells were cultured on the decellularized porcine gut matrix in co-culture with intestinal myofibroblasts. These novel tissue models were maintained under either static or dynamic conditions. Primary intestinal epithelial cells formed a confluent monolayer including the major differentiated cell types positive for mucin (goblet cells), villin (enterocytes), chromogranin A (enteroendocrine cells) and lysozyme (paneth cells). Electron microscopy images depicted essential functional units of an intact epithelium, such as microvilli and tight junctions. FITC-dextran permeability and TEER measurements were used to assess tightness of the cell layer. Models showed characteristic transport activity for several reference substances. Mechanical stimulation of the cells by a dynamic culture system had a great impact on barrier integrity and transporter activity resulting in a tighter barrier and a higher efflux transporter activity. In Summary, the use of primary human intestinal cells combined with a biological decellularized scaffold offers a new and promising way to setup more physiological intestinal in vitro models. Maintenance of primary intestinal stem cells with their proliferation and differentiation potential together with adjusted culture protocols might help further improve the models. In particular, dynamic culture systems and co culture models proofed to be a first crucial steps towards a more physiological model. Such tissue models might be useful to improve the predictive power of in vitro models and in vitro in vivo correlation (IVIVC) studies. Moreover, these tissue models will be useful tools in preclinical studies to test pharmaceutical substances, probiotic active organisms, human pathogenic germs and could even be used to build up patient-specific tissue model for personalized medicine.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schoenwaelder2016,
  author    = {Sch{\"o}nw{\"a}lder, Sina Maria Siglinde},
  title     = {Entwicklung und Charakterisierung von Gelatine-basierten Hydrogelen und PLGA-basierten Janus-Partikeln},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142636},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Zusammenfassung In der Regenerativen Medizin sind polymerbasierte Biomaterialien von großer Bedeutung f{\"u}r die Entwicklung und Anwendung verbesserter bzw. neuer Therapien. Die Erforschung der Oberfl{\"a}cheneigenschaften von Biomaterialien, welche als Implantate eingesetzt werden, ist eine grundlegende Voraussetzung f{\"u}r deren erfolgreichen Einsatz. Die Protein-Oberfl{\"a}chen- Interaktion geschieht initial, sobald ein Implantat mit K{\"o}rperfl{\"u}ssigkeiten oder mit Gewebe in Kontakt kommt, und tr{\"a}gt maßgeblich zur direkten Wechselwirkung von Implantat und umgebenden Zellen bei. Dieser Prozess wird in der vorliegenden Arbeit an Gelatine untersucht. Daher bestand ein Ziel darin, stabile, nanometerd{\"u}nne Gelatineoberfl{\"a}chen herzustellen und darauf die Adsorption von humanen Plasmaproteinen und bakteriellen Proteinen zu analysieren. Die Abscheidung der Gelatinefilme in variabler Schichtdicke auf zuvor mit PPX-Amin modifizierten Oberfl{\"a}chen wurde unter Verwendung eines Rotationsbeschichters durchgef{\"u}hrt. Um stabile Hydrogelfilme zu erhalten, wurden die Amingruppen der disaggregierten Gelatinefibrillen untereinander und mit denen der Amin-Modifizierung durch ein biokompatibles Diisocyanat quervernetzt. Dieser Prozess lieferte einen reproduzierbaren und chemisch stabilen Gelatinefilm, welcher durch die substratunabh{\"a}ngige Amin-Modifizierung kovalent auf unterschiedlichste Oberfl{\"a}chen aufgebracht werden konnte. Die durch den Herstellungsprozess pr{\"a}zise eingestellte Schichtdicke (Nano- bzw. Mikrometermaßstab) wurde mittels Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie ermittelt. Die ebenso bestimmte Rauheit war unabh{\"a}ngig von der Schichtdicke sehr gering. Gelatinefilme, die auf funktionalisierte und strukturierte Proben aufgebracht wurden, konnten durch Elektronenmikroskopie dargestellt werden. Mit Hilfe der Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie wurden die Gelatinefilme im Hinblick auf ihre Stabilit{\"a}t chemisch charakterisiert. Zur Quantifizierung der Adsorption humaner Plasmaproteine (Einzelproteinl{\"o}sungen) und komplexer Proteingemische aus steril filtrierten Kultur{\"u}berst{\"a}nden des humanpathogenen Bakteriums Pseudomonas aeruginosa wurde die Quarzkristall-Mikrowaage mit Dissipations{\"u}berwachung eingesetzt. Hiermit konnte nicht nur die adsorbierte Menge an Proteinen auf dem Gelatinehydrogel bzw. Referenzoberfl{\"a}chen (Gold, PPX-Amin, Titan), sondern auch die viskoelastischen Eigenschaften des adsorbierten Proteinfilms bestimmt werden. Allgemein adsorbierte auf dem Gelatinehydrogel eine geringere Proteinmasse im Vergleich zu den Referenzoberfl{\"a}chen. Circa ein Viertel der adsorbierten Proteine migrierte in die Poren des gequollenen Gels und ver{\"a}nderte dessen viskoelastische Eigenschaften. Durch anschließende MALDI-ToF/MS- und MS/MS-Analyse konnten die bakteriellen Proteine auf den untersuchten Oberfl{\"a}chen identifiziert und untereinander verglichen werden. Hierbei zeigten sich nur geringf{\"u}gige Unterschiede in der Proteinzusammensetzung. Zudem wurde eine Sekund{\"a}rionenmassenspektrometrie mit Flugzeitanalyse an reinen Gelatinefilmen und an mit humanen Plasmaproteinen beladenen Gelatinefilmen durchgef{\"u}hrt. Durch eine anschließende multivariante Datenanalyse konnte zwischen den untersuchten Proben eindeutig differenziert werden. Dieser Ansatz erm{\"o}glicht es, die Adsorption von unterschiedlichen Proteinen auf proteinbasierten Oberfl{\"a}chen markierungsfrei zu untersuchen und kann zur Aufkl{\"a}rung der in vivo-Situation beitragen. Dar{\"u}ber hinaus bietet dieser Untersuchungsansatz neue Perspektiven f{\"u}r die Gestaltung und das schnelle und effiziente Screening von unterschiedlichen Proteinzusammensetzungen. Biomaterialien k{\"o}nnen jedoch nicht nur als Implantate oder Implantatbeschichtungen eingesetzt werden. Im Bereich des drug delivery und der Depotarzneimittel sind biologisch abbaubare Polymere, aufgrund ihrer variablen Eigenschaften, von großem Interesse. Die Behandlung von bakteriellen und fungalen Pneumonien stellt insbesondere bei Menschen mit Vorerkrankungen wie Cystische Fibrose oder prim{\"a}re Ziliendyskinesie eine große Herausforderung dar. Oral oder intraven{\"o}s applizierte Wirkstoffe erreichen die Erreger aufgrund der erh{\"o}hten Z{\"a}higkeit des Bronchialsekretes oft nicht in ausreichender Konzentration. Daher besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit darin, mittels electrohydrodynamic cojetting mikrometergroße, inhalierbare, wirkstoffbeladene Partikel mit zwei Kompartimenten (Janus-Partikel) herzustellen und deren Eignung f{\"u}r die therapeutische Anwendung bei Lungeninfektionen zu untersuchen. Durch das in dieser Arbeit entwickelte L{\"o}sungsmittelsystem k{\"o}nnen Janus-Partikel aus biologisch abbaubaren Co-Polymeren der Polymilchs{\"a}ure (Poly(lactid-co-glycolid), PLGA) hergestellt und mit verschiedenen Wirkstoffen beladen werden. Darunter befinden sich ein Antibiotikum (Aztreonam, AZT), ein Antimykotikum (Itraconazol, ICZ), ein Mukolytikum (Acetylcystein, ACC) und ein Antiphlogistikum (Ibuprofen, IBU). Die Freisetzung der eingelagerten Wirkstoffe, mit Ausnahme von ICZ, konnte unter physiologischen Bedingungen mittels Dialyse und anschließender Hochleistungsfl{\"u}ssigkeitschromatographie gemessen werden. Die Freisetzungsrate wird von der Kettenl{\"a}nge des Polymers beeinflusst, wobei eine k{\"u}rzere Kettenl{\"a}nge zu einer schnelleren Freisetzung f{\"u}hrt. Das in die Partikel eingelagerte Antimykotikum zeigte in vitro eine gute Wirksamkeit gegen Aspergillus nidulans. Durch das Einlagern von ICZ in die Partikel ist es m{\"o}glich diesen schlecht wasserl{\"o}slichen Wirkstoff in eine f{\"u}r Patienten zug{\"a}ngliche und wirksame Applikationsform zu bringen. In Interaktion mit P. aeruginosa erzielten die mit Antibiotikum beladenen Partikel in vitro bessere Ergebnisse als der Wirkstoff in L{\"o}sung, was sich in einem in vivo-Infektionsmodell mit der Wachsmotte Galleria mellonella best{\"a}tigte. AZT-beladene Partikel hatten gegen{\"u}ber einer identischen Wirkstoffmenge in L{\"o}sung eine 27,5\% bessere {\"U}berlebensrate der Wachsmotten zur Folge. Des Weiteren hatten die Partikel keinen messbaren negativen Einfluss auf die Wachsmotten. Dreidimensionale Atemwegsschleimhautmodelle, hergestellt mit Methoden des Tissue Engineerings, bildeten die Basis f{\"u}r Untersuchungen der Partikel in Interaktion mit humanen Atemwegszellen. Die Untersuchung von Apoptose- und Entz{\"u}ndungsmarkern im {\"U}berstand der 3D-Modelle zeigte diesbez{\"u}glich keinen negativen Einfluss der Partikel auf die humanen Zellen. Diese gut charakterisierten und standardisierten in vitro-Testsysteme machen es m{\"o}glich, Medikamentenuntersuchungen an menschlichen Zellen durchzuf{\"u}hren. Hinsichtlich der histologischen Architektur und funktionellen Eigenschaften der 3D-Modelle konnte eine hohe in vitro-/in vivo-Korrelation zu menschlichem Gewebe festgestellt werden. Humane Mucine auf den 3D-Modellen dienten zur Untersuchung der schleiml{\"o}senden Wirkung von ACC-beladenen Partikeln. Standen diese in r{\"a}umlichem Kontakt zu den Mucinen, wurde deren Z{\"a}higkeit durch das freigesetzte ACC herabgesetzt, was qualitativ mittels histologischen Methoden best{\"a}tigt werden konnte. Die in dieser Arbeit entwickelten Herstellungsprotokolle dienen als Grundlage und k{\"o}nnen f{\"u}r die Synthese {\"a}hnlicher Systeme, basierend auf anderen Polymeren und Wirkstoffen, modifiziert werden. Gelatine und PLGA erwiesen sich als vielseitig einsetzbare Werkstoffe und bieten eine breite Anwendungsvielfalt in der Regenerativen Medizin, was die erzielten Resultate bekr{\"a}ftigen.},
  subject      = {Gelatine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{AppeltMenzel2016,
  author    = {Appelt-Menzel, Antje},
  title     = {Etablierung und Qualifizierung eines humanen Blut-Hirn-Schranken-Modells unter Verwendung von induziert pluripotenten und multipotenten Stammzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134646},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine der dichtesten und wichtigsten Barrieren zwischen Blutzirkulation und Zentralnervensystem (ZNS) dar. Sie besteht aus spezialisierten Endothelzellen, welche die zerebralen Kapillaren auskleiden und durch sehr dichte Tight Junctions (TJs) miteinander verbunden sind. Weitere Komponenten der dynamischen Blut-Hirn-Schrankenbarriere stellen Perizyten, Astrozyten, Neurone und Mikrogliazellen dar, welche zusammen mit der extrazellul{\"a}ren Matrix der Basalmembran der Gehirnkapillaren und den zuvor genannten Endothelzellen ein komplexes regulatorisches System, die so genannte neurovaskul{\"a}re Einheit bilden (Hawkins und Davis 2005). Die Hauptfunktionen der BHS lassen sich in drei Untergruppen untergliedern, die physikalische, metabolische und Transport-Barriere (Neuhaus und Noe 2010). Haupts{\"a}chlich dient die BHS der Aufrechterhaltung der Hom{\"o}ostase des ZNS und dem Schutz vor neurotoxischen Substanzen sowie Pathogenen, wie Bakterien und Viren. Zudem ist sie auch f{\"u}r die Versorgung der Neuronen mit N{\"a}hrstoffen und regulierenden Substanzen sowie den Efflux von Stoffwechselendprodukten des ZNS zur{\"u}ck ins Blut verantwortlich. F{\"u}r die Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson und Multiple Sklerose oder Gehirntumoren, stellt die Dichtigkeit der BHS gegen{\"u}ber Substanzen und die hohe metabolische Aktivit{\"a}t der Endothelzellen aber ein großes Problem dar. Viele Medikamente sind nicht in der Lage in ausreichender Konzentration die BHS zu {\"u}berwinden, um an ihren Wirkort zu gelangen oder werden vor dem Transport metabolisiert und die Wirksamkeit dadurch eingeschr{\"a}nkt. Weiterhin spielen auch Defekte der BHS eine entscheidende Rolle in der Beeinflussung der Pathogenese vieler ZNS-Erkrankungen. Aufgrund des hohen Bedarfs an geeigneten Testsystemen in der Grundlagen- sowie pr{\"a}klinischen Forschung f{\"u}r Medikamentenentwicklung und Infektionsstudien wurden eine Vielzahl unterschiedlicher BHS-Modelle entwickelt. Neben in silico-, azellul{\"a}ren in vitro- und in vivo-Modellen sind auch zahlreiche zellbasierte Modelle der BHS entwickelt worden. Standardisierte Modelle auf Basis immortalisierter Zelllinien jedoch weisen nur eine inhomogene TJ-Expression auf und verf{\"u}gen meist {\"u}ber eine geringe Barriereintegrit{\"a}t, erfasst {\"u}ber transendotheliale elektrische Widerst{\"a}nde (TEER) unter 150 · cm2 (Deli et al. 2005). Im Vergleich dazu wurden in Tierexperimenten TEER-Werte von mehr als 1500 · cm2 an der BHS gemessen (Butt et al. 1990; Crone und Olesen 1982). Die Verf{\"u}gbarkeit humaner prim{\"a}rer BHS-Zellen ist sehr limitiert und ihr Einsatz nicht nur im Hinblick auf ethische Aspekte bedenklich. Humane Gehirnzellen k{\"o}nnen z. B. aus Biopsie- oder Autopsiematerial von Patienten mit Epilepsie oder Gehirntumoren isoliert werden. Allerdings besteht hier das Risiko, dass die isolierten Zellen krankheitsbedingt ver{\"a}ndert sind, was die Eigenschaften der BHS-Modelle erheblich beeinflussen kann. Eine Alternative, die diese Probleme umgeht, ist die Verwendung von humanen induziert pluripotenten Stammzellen (hiPSCs), um standardisierte humane BHS-Modelle unter reproduzierbaren Bedingungen bereitzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, hiPSCs in vitro nach etablierten und standardisierten Methoden in Endothelzellen der BHS, neurale Stammzellen (hiPS-NSCs) sowie Astrozyten (hiPS-A) zu differenzieren (Lippmann et al. 2012; Lippmann et al. 2014; Wilson et al. 2015; Yan et al. 2013;Reinhardt et al. 2013) und zum Aufbau der Modelle einzusetzen. Die Endothelzellen wurden mit Hilfe protein- und genbasierter Nachweismethoden auf das Vorhandensein von endothelzellspezifischen TJ-Markern sowie spezifischen Transportern untersucht und funktionell charakterisiert. Die Kryokonservierung der hiPS-EC-Progenitoren, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelt wurde, erm{\"o}glicht eine gr{\"o}ßere r{\"a}umliche und zeitliche Flexibilit{\"a}t beim Arbeiten mit den stammzellbasierten Modellen sowie das Anlegen standardisierter Zellbanken. Weiterhin wurden multipotente NSCs aus fetalen Gehirnbiopsien isoliert (fNSCs) und als Kontrollkulturen zu den hiPS-NSCs f{\"u}r den Aufbau von BHS-Modellen eingesetzt. Mit dem Ziel die in vivo-BHS bestm{\"o}glich zu imitieren und die Modelleigenschaften zu optimieren, wurde ein Set aus zehn unterschiedlichen BHS-Modellen basierend auf prim{\"a}ren Zellen, hiPSCs und fNSCs analysiert. Der Aufbau der BHS-Modelle erfolgte unter Verwendung von Transwellsystemen. Durch die systematische Untersuchung des Einflusses der unterschiedlichen Zelltypen der neurovaskul{\"a}ren Einheit auf die Barriereintegrit{\"a}t und Genexpression des BHS-Endothels, konnten die Quadrupel-Kulturen mit Perizyten, Astrozyten und hiPS-NSCs als die Kultur mit den physiologischsten Eigenschaften identifiziert werden. Auf Grund der signifikant erh{\"o}hten TEER-Werte von bis zu 2500 · cm2 und einer um mindestens 1,5-fachen Steigerung der Genexpression BHSrelevanter Transporter und TJ-Molek{\"u}le gegen{\"u}ber den Monokulturen, wurden diese Modelle f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Studien ausgew{\"a}hlt. Das Vorhandensein eines komplexen, in vivo-{\"a}hnlichen TJ-Netzwerkes, bestehend aus Occludin, Claudin 1, 3, 4 und 5, konnte mittels quantitativer Realtime-PCR, Western Blot sowie ultrastruktureller Analyse in der Gefrierbruch- und Raster-Elektronenmikroskopie nachgewiesen werden. Neben der Begrenzung der parazellul{\"a}ren Permeabilit{\"a}t, welche {\"u}ber die geringe Permeation von FITC-Dextran (4 kDa und 40 kDa), Fluoreszein und Lucifer Yellow nachgewiesen wurde, stellt die BHS ebenfalls eine Barriere f{\"u}r den transzellul{\"a}ren Transport von Substanzen dar. Eine Beurteilung der Modelle hinsichtlich der Qualifikation f{\"u}r die Nutzung im Wirkstoffscreening wurde mit Hilfe von Transportversuchen unter dem Einsatz von BHS-relevanten Referenzsubstanzen durchgef{\"u}hrt. Die Klassifikation der Testsubstanzen erfolgte analog ihrer Permeationsgeschwindigkeiten: Diazepam und Koffein gelten als schnell transportierte Wirkstoffe, Ibuprofen, Celecoxib und Diclofenac werden mit einer mittleren Geschwindigkeit {\"u}ber die BHS transportiert und Loratadin sowie Rhodamin 123 sind langsam permeierende Substanzen. Innerhalb der Versuche mit den Quadrupelkulturen wurde diese Reihenfolge best{\"a}tigt, lediglich f{\"u}r Koffein wurde ein signifikant niedrigerer Permeationskoeffizient verglichen mit der Monokultur erzielt. Der Einsatz der hiPSC-Technologie erm{\"o}glicht es zudem, aus einer Stammzelllinie große Mengen an humanen somatischen Zelltypen zu generieren und f{\"u}r gezielte Anwendungen bereitzustellen. Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass mit Hilfe eines eigens f{\"u}r diese Zwecke konstruierten R{\"u}hrreaktorsystems eine reproduzierbare Expansion der hiPSCs unter definierten Bedingungen erm{\"o}glicht wurde. Basierend auf dieser Grundlage ist nun ein Hochdurchsatz-Screening von Medikamenten denkbar. Die in dieser Arbeit pr{\"a}sentierten Daten belegen die Etablierung eines stammzellbasierten in vitro- Quadrupelmodels der humanen BHS, welches {\"u}ber in vivo-{\"a}hnliche Eigenschaften verf{\"u}gt. Die Anforderungen, die an humane BHS-Modelle gestellt werden, wie die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, eine angemessene Charakterisierung, welche die Untersuchung der Permeabilit{\"a}t von Referenzsubstanzen einschließt, die Analyse der Expression von BHS-relevanten Transportermolek{\"u}len sowie die solide und physiologische Morphologie der Zellen, wurden erf{\"u}llt. Das etablierte BHS-Modell kann in der Pharmaindustrie f{\"u}r die Entwicklung von Medikamenten eingesetzt werden. Ausreichend qualifizierte Modelle k{\"o}nnen hier in der pr{\"a}klinischen Forschung genutzt werden, um Toxizit{\"a}ts- und Transportstudien an neu entwickelten Substanzen durchzuf{\"u}hren und eine bessere in vitro-in vivo-Korrelation der Ergebnisse zu erm{\"o}glichen oder Mechanismen zu entwickeln, um die BHS-Barriere gezielt zu {\"u}berwinden.},
  subject      = {Blut-Hirn-Schranke},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rosenbaum2016,
  author    = {Rosenbaum, Corinna},
  title     = {The role of enteric glial cells under inflammatory conditions of the intestine},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-138946},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The enteric nervous system (ENS) innervates the gastrointestinal (GI) tract and controls central aspects of GI physiology including contractility of the intestinal musculature, glandular secretion and intestinal blood flow. The ENS is composed of neurons that conduct electrical signals and of enteric glial cells (EGCs). EGCs resemble central nervous system (CNS) astrocytes in their morphology and in the expression of shared markers such as the intermediate filament protein glial fibrillary acidic protein (GFAP). They are strategically located at the interface of ENS neurons and their effector cells to modulate intestinal motility, epithelial barrier stability and inflammatory processes. The specific contributions of EGCs to the maintenance of intestinal homeostasis are subject of current research. From a clinical point of view EGC involvement in pathophysiological processes such as intestinal inflammation is highly relevant. Like CNS astrocytes ECGs can acquire a reactive, tissue-protective phenotype in response to intestinal injury. In patients with chronic inflammatory bowel diseases (IBD) such as Crohn's disease and ulcerative colitis, alterations in the EGC network are well known, particularly a differential expression of GFAP, which is a hallmark of reactive gliosis in the CNS. With increasing recognition of the role of EGCs in intestinal health and disease comes the need to study the glial population in its complexity. The overall aim of this thesis was to comprehensively study EGCs with focus on the reactive GFAP-expressing subpopulation under inflammatory conditions in vivo and in vitro. In a first step, a novel in vivo rat model of acute systemic inflammation mimicking sepsis was employed to investigate rapidly occuring responses of EGCs to inflammation. This study revealed that within a short time frame of a few hours, EGCs responded to the inflammation with an upregulation of Gfap gene expression. This inflammation-induced upregulation was confined to the myenteric plexus and varied in intensity along the intestinal rostro-caudal axis. This highly responsive myenteric GFAP-expressing EGC population was further characterized in vivo andin vitro using a transgenic mouse model (hGFAP-eGFP mice). Primary purified murine GFAP-EGC cultures in vitro were established and it was assessed how the transcriptomic and proteomic profiles of these cells change upon inflammatory stimulation. Here, myenteric GFAP-EGCs were found to undergo a shift in gene expression profile that predominantly affects expression of genes associated with inflammatory responses. Further, a secretion of inflammatory mediators was validated on protein level. The GFAP+ subpopulation is hence an active participant in inflammatory pathophysiology. In an acute murine IBD model in vivo, GFAP-EGCs were found to express components of the major histocompatibility complex (MHC) class II in inflamed tissue, which also indicates a crosstalk of EGCs with the innate and the adaptive lamina propria immune system in acute inflammation. Taken together, this work advances our knowledge on EGC (patho-)physiology by identifying and characterizing an EGC subpopulation rapidly responsive to inflammation. This study further provides the transcriptomic profile of this population in vivo and in vitro, which can be used to identify targets for therapeutic intervention. Due to the modulating influence of EGCs on the intestinal microenvironment, the study further underlines the importance of integrating EGCs into in vitro test systems that aim to model intestinal tissues in vitro and presents an outlook on a potential strategy.},
  subject      = {Darmwandnervensystem},
  language  = {en}
}