TY  - THES
A1  - Schmalzl, Jonas Georg
T1  - Genetische Modifikation humaner mesenchymaler Stammzellen zur Stimulation der Knochenheilung
T1  - Synergistic effect of Indian hedgehog and BMP-2 gene transfer to increase the osteogenic potential of human mesenchymal stem cells
N2  - Fragestellung:
Die Therapie von Knochendefekten kritischer Größe mit kompromittiertem Regenerationspotential, stellt ein schwerwiegendes Problem dar. Die Forschung auf dem Gebiet der Knochenheilung hat sich in jüngster Vergangenheit daher auf die Anwendung mesenchymaler Vorläuferzellen (MSZ) zur Stimulierung des Knochenwachstums konzentriert. In der vorliegenden Studie wurde in humanen MSZ eine Überexpression spezifischer Wachstumsfaktoren induziert mit dem Ziel, deren osteogenes Potential zu steigern.
Methodik:
MSZ wurden nach etablierten Protokollen expandiert. Durch adenovirale Transfektion wurde eine überexpression von grün fluoreszierendem Protein (GFP, Kontrolle), indian hedgehog (IHH), bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) und IHH in Kombination mit BMP-2 induziert. Die MSZ wurden für 28 Tage mit osteogenem Differenzierungs- und Kontrollmedium kultiviert. Als weitere Kontrolle dienten native MSZ. Es wurden die Auswirkungen der jeweiligen genetischen Veränderungen auf die metabolische Aktivität (Alamar Blau), die Proliferation (Qubit dsDNA BR), die Aktivität des Enzyms alkalische Phosphatase (ALP)(p-Nitrophenylphosphat), die Mineralisierung (Alizarinrot S, Calcium O-Cresolphthalein) sowie auf die Expression charakteristischer Markergene untersucht (qRT-PCR).
Ergebnis:
In den ersten 72h nach Transfektion konnte eine leichte, im Vergleich zu nativen Zellen nicht signifikante Abnahme der metabolischen Aktivität in allen Gruppen beobachtet werden. Das Proliferationsverhalten transfizierter und nativer MSZ unterschied sich während des Untersuchungszeitraums nicht signifikant. Bei der Analyse der ALP-Aktivität zeigte sich ein typisches Rise-and-Fall Muster. Alle ost Gruppen wiesen sowohl im Assay als auch in der PCR eine signifikant höhere ALP-Aktivität auf. Die Überexpression von BMP-2 und IHH+BMP-2 bewirkte eine signifikant stärkere Mineralisierung an Tag 28. In der PCR zeigte sich für BMP-2 ost und IHH+BMP2 ost ein signifikanter Anstieg der Osteopontin und BMP-2 Expression über die Zeit. Zudem stieg bei allen ost Gruppen die Runx2 Expression bis Tag 21 an.
Schlussfolgerung:
Die virale Transfektion hatte keinen negativen Einfluss auf die metabolische Aktivität der Zellen oder deren Proliferationsverhalten. Die Überexpression von BMP-2 ohne oder in Kombination mit IHH führte zu einer vermehrten Produktion extrazellulärer Matrix und zu einer gesteigerten Genexpression osteogener Marker. Die virale Transfektion stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, das osteogene Potential von MSZ zu steigern.
N2  - Introduction: 
To stimulate healing of large bone defects research has concentrated on the application of mesenchymal stem cells (MSCs).
Methods: 
In the present study, we induced the overexpression of the growth factors bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and/or indian hedgehog (IHH) in human MSCs by adenoviral transduction to increase their osteogenic potential. GFP and non-transduced MSCc served as controls. The influence of the respective genetic modification on cell metabolic activity, proliferation, alkaline phosphatase activity (ALP), mineralization in cell culture, and osteogenic marker gene expression was investigated.
Results: 
Transduction had no negative influence on cell metabolic activity or proliferation. ALP activity showed a typical rise-and-fall pattern with a maximal activity at day 14 and 21 after osteogenic induction. Enzyme activity was significantly higher in groups cultured with osteogenic media. The
overexpression of BMP-2 and especially IHH+BMP-2 resulted in a significantly higher mineralization after 28 days. This was in line with obtained qRT-PCR analyses, which showed a significant increase in osteopontin and osteocalcin expression for osteogenicly induced BMP-2 and IHH+BMP-2 transduced cells when compared to the other groups. Moreover, an increase in runx2 expression was observed in all osteogenic groups toward day 21. It was again more pronounced for BMP-2 and IHH+BMP-2 transduced cells cultured in osteogenic media.
Conclusion: 
In summary, viral transduction did not negatively influence cell metabolic activity and proliferation. The overexpression of BMP-2 in combination with or without IHH resulted in an increased deposition of mineralized extracellular matrix, and expression of osteogenic marker genes. Viral transduction therefore represents a promising means to increase the osteogenic potential of MSCs and the combination of different transgenes may result in synergistic effects.
KW  - Stammzellen
KW  - Osteogenese
KW  - Adenoviren
KW  - Wachstumsfaktoren
KW  - Knochenheilung
KW  - mesenchymale Stammzellen
KW  - bone morphogenic protein 2
KW  - indian hedgehoc
KW  - gene transfer
KW  - osteogenic potential
KW  - mesenchymal stem cells
KW  - osteogenes Potential
KW  - growth factors
KW  - adenovirale Transduktion
KW  - Gen Transfer
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142391
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nestmeyer, Markus
T1  - Kokultur von mesenchymalen Stammzellen aus humanem Fettgewebe und mikrovaskulären Endothelzellen – Ausgewählte Aspekte in einem 3D Sphäroid-Modell
T1  - Coculture of Adipose Derived Stem Cells and Microvascular Endothelial Cells - Aspects in a 3D Spheroid-Model
N2  - Weißes Fettgewebe (WAT) stellt heute aus vielerlei Hinsicht ein interessantes Forschungsgebiet dar. Zum einen ist die Prävalenz der Adipositas weiterhin sehr hoch; mit ihr einher gehen Gesundheitsprobleme wie Bluthochdruck, Diabetes, Dyslipidämie und Atherosklerose, sowie deshalb das Bestreben, bessere Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. Zum anderen hofft man im Bereich des Tissue Engineering, zukünftig mit in vitro hergestelltem weißem Fettgewebe Weichteildefekte decken zu können. Aus therapeutischer Sicht ist die weitere Erforschung von weißem Fettgewebe deshalb von großer Wichtigkeit. In vivo ist weißes Fettgewebe stark vaskularisiert. Die starken physiologischen Schwankungen von Fettgewebe erfordern deshalb ein besonders dynamisches Gefäßwachstum. Für ein genaueres Verständnis der Physiologie von WAT ist es unerlässlich das Zusammenspiel von Gefäß- und Fettzellen zu verstehen. 2-dimensionale Kultursysteme sind in ihrer Aussagekraft über die Bedingungen in vivo jedoch sehr limitiert. Deshalb kommt in der Erforschung von WAT zunehmend die 3-dimensionale Kultivierung zur Anwendung, welche bezüglich des Gewebekontextes einem lebenden Organismus näher kommt und damit eine größere Aussagekraft haben kann. 
Ein Ziel dieser Arbeit war, die Voraussetzungen für die Untersuchung der einzelnen Zellfraktionen von Kokulturen aus mesenchymalen Stammzellen aus humanem Fettgewebe (ASC) und mikrovaskulären Endothelzellen (MVEC) zu schaffen. Hierfür wurde erfolgreich ein Protokoll zur Trennung solcher Zellsuspensionen mittels Magnetic Activated Cell Sorting (MACS) etabliert. Während in vorangegangenen Arbeiten nur eine der beiden Zellfraktionen analysiert werden konnte, ermöglichte es dieses Protokoll nun beide Zellfraktionen einer Kokultur verunreinigungsfrei zu isolieren und zu analysieren.
Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Erforschung des Zusammenspiels dieser beiden Zelltypen. Um diese zu demonstrieren wurde in dieser Arbeit die Expression von vier Genen in ASC und MVEC aus gemeinsamer Kokultivierung in einem 3-dimensionalen Sphäroid-Modell analysiert. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Expression der Gene Angiopoietin-2, Interleukin-1B, Interleukin-6 und Leukemia Inhibitory Factor in MVEC bei 3-dimensionaler Kokultivierung mit ASC nach zwei Tagen Kultur stark anstieg, während sich in der Fraktion der ASC kaum Veränderungen zeigten. Dies wiederum spricht für eine angiogene Aktivität der MVEC. Ohne ein Protokoll zur Trennung solcher ASC-MVEC-Kokulturen mittels MACS, welche die weitere Analyse beider Zelltypen erlaubt, wäre diese Untersuchung so nicht möglich gewesen
Ziel dieser Arbeit war auch, der Hypothese über eine Beteiligung des Wnt-Signalwegs an der Steuerung der Adipogenese durch Endothelzellen in ASC-MVEC-Kokultur-Sphäroiden nachzugehen. Zuvor konnte beobachtet werden, dass in diesen die Triglyceridsynthese lokal reduziert war, während sie in ASC-Monokultur-Sphäroiden homogen verteilt und nicht inhibiert war. Hierfür wurden Schnitte von adipogen induzierten ASC-MVEC-Kokultur-Sphäroiden und ASC-Monokultur-Sphäroiden immunhistochemisch auf aktives beta-Catenin gefärbt, wodurch der aktive Wnt-Signalweg innerhalb des Sphäroids dargestellt werden konnte. Tatsächlich konnte innerhalb der Kokultur-Sphäroide für die Hälfte der untersuchten Schnitte eine regionale Erhöhung von aktivem beta-Catenin festgestellt werden, welche auf der Seite der ASC-Monokultur-Sphäroide nicht nachweisbar war. In Betrachtung der Ergebnisse dieser Arbeit -- auch im Kontext weiterer Forschungsergebnisse -- erscheint eine Beteiligung des Wnt-Signalwegs an der Steuerung der Adipogenese in ASC-MVEC-Kokultur-Sphäroiden sehr wahrscheinlich.
In dieser Arbeit konnte ein Beitrag zum Verständnis des Zusammenspiels von ASC und MVEC in 3-dimensionaler Kokultivierung sowie dessen weiterer Untersuchung geleistet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse unterstreichen die Anwendbarkeit und Wichtigkeit von 3-dimensionalen Kulturumgebungen in der Erforschung von weißem Fettgewebe, sowohl für die Adipositasforschung als auch für Adipose Tissue Engineering.
N2  - Coculture of Adipose Derived Stem Cells and Microvascular Endothelial Cells - Aspects in a 3D Spheroid-Model
KW  - Fettgewebe
KW  - Sphäroid
KW  - adipose tissue
KW  - Fettgewebe
KW  - Kokultur
KW  - Endothelzellen
KW  - Stammzellen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-123949
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