@phdthesis{Rothaug2021, author = {Rothaug, Johanna}, title = {Vergleich des Redifferenzierungspotenzials von zonalen Chondrozyten-Subpopulationen im 3D-Hydrogelmodell}, doi = {10.25972/OPUS-24922}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-249226}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Im Rahmen neuer Therapieans{\"a}tze der Arthrose versucht man mittels Tissue Engineering transplantationsf{\"a}hige, hochwertige Knorpelkonstrukte zu z{\"u}chten. Dabei kommen h{\"a}ufig auch expandierte und redifferenzierte zonenspezifische Chondrozyten-Subpopulationen zum Einsatz. Wenige Studien besch{\"a}ftigten sich bisher mit dem Redifferenzierungspotential dieser Zellen und dem Effekt einer zonalen Schichtung unter verschiedenen Kulturbedingungen. In dieser Arbeit konnten {\"A}hnlichkeiten im Ph{\"a}notyp sowie der Chondrogenese der redifferenzierten Zellen zu den jeweiligen Subpopulationen in nativem Knorpel nachgewiesen werden. Sowohl die zonale Schichtung als auch Ver{\"a}nderungen im Studienprotokoll zeigten sich als entscheidende Einflussfaktoren auf das Zellverhalten. Die Frage nach den optimalen Kulturbedingungen stellt die Forschung jedoch weiterhin vor eine große Herausforderung.}, subject = {Osteoarthritis}, language = {de} } @phdthesis{Biedermann2022, author = {Biedermann, Gerhard Andreas}, title = {Charakterisierung der Regulation des kontaktinduzierten Targets ANGPTL-4 zur Steigerung der Sensitivit{\"a}t von Bildgebung und Therapie}, doi = {10.25972/OPUS-27844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-278440}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2022}, abstract = {Angiopoetin-like 4 (ANGPTL-4) ist ein Adipokin, das in der extrazellul{\"a}ren Matrix lokalisiert ist und das neben seinen Aufgaben im Fettstoffwechsel auch die Zellmigration, Zellinvasion und die Angioneogenese reguliert. Da es zus{\"a}tzlich auch den Knochenabbau f{\"o}rdert, wirkt es als Tumorpromotor speziell f{\"u}r Knochentumore. Aufgrund der gesteigerten Expression in Tumorgewebe ist es potenzielles Ziel f{\"u}r molekulare Bildgebung. Mittels Expressionsanalysen auf mRNA- und Proteinebene sollte ein besseres Verst{\"a}ndnis der Regulation von ANGPTL-4 erreicht werden. Dexamethason und die 9-cis-Retins{\"a}ure beeinflussten die Expression von ANGPTL-4 in MDA Zellen im positiven Sinne, wohingegen der Adenylatcyclase Aktivator Forskolin die Expression supprimierte. In MCF-7 Zellen wurde ANGPTL-4 durch den Phorbolester PMA und durch den Epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) induziert. Eine Modulation von ANGPTL-4 k{\"o}nnte von klinischem Nutzen sein, speziell bei der Behandlung von Knochentumoren. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnte die Trennsch{\"a}rfe von molekularen bildgebenden Verfahren gesteigert werden.}, subject = {Brustkrebs}, language = {de} } @phdthesis{Lukaszyk2021, author = {Lukaszyk, Daniel}, title = {Vergleich der Kollagenentwicklung und Differenzierungsf{\"a}higkeit humaner Stammzellen des Fettgewebes unter dem Einfluss des Prolyl-4- Hydroxylase-Inhibitors EDHB im 2D und 3D Modell}, doi = {10.25972/OPUS-24091}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-240912}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Das Tissue Engineering von Fettgewebe befasst sich mit der Herstellung von biologisch {\"a}quivalenten Gewebekonstrukten mit dem Ziel, diese in der Regenerativen Medizin zur Deckung von Weichteildefekten einzusetzen. F{\"u}r die Ausreifung, Funktion und das {\"U}berleben von Adipozyten wurde die Bedeutung der Extrazellul{\"a}rmatrix (EZM) zunehmend deutlich.18-20 Untersuchungen zur EZM und ihrer Einflussnahme auf die Adipogenese wurden bislang haupts{\"a}chlich an konventionellen zweidimensionalen Zellkulturen unter Verwendung von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (bone marrow-derived MSC), Pr{\"a}adipozyten der Mauszelllinie 3T3-L1 und intramuskul{\"a}ren Pr{\"a}adipozyten aus Rindern (bovine intramuscular preadipocytes, BIP) vorgenommen.23,56,69,76,115 Ziel dieser Arbeit war es Erkenntnisse {\"u}ber den Einfluss der EZM auf die adipogene Differenzierungsf{\"a}higkeit unter Verwendung von humanen mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (human adipose-derived stem cells, hASC) zu gewinnen. Um in vitro eine nat{\"u}rlichere Mikroumgebung der Zellen zu generieren, wurde neben einer 2D Kultur vergleichend ein 3D Modell bestehend aus multizellul{\"a}ren Sph{\"a}roiden verwendet.84,85 Zudem war die Bestimmung eines stabilen Housekeeping-Gens notwendig, um valide Ergebnisse in qPCR-Analysen von Genexpressionsstudien zu gew{\"a}hrleisten. Die Auswertung statistischer Parameter (Standardabweichung und Interquartilsbereich) sowie die Ergebnisse dreier zur Stabilit{\"a}tspr{\"u}fung eingesetzten Softwares identifizierten EF1α als robustestes HKG. Der Zusammenhang zwischen der EZM-Entwicklung und der Adipogenese wurde durch Hemmung der Kollagenentwicklung unter Verwendung von Ethyl-3,4-dihydroxybenzoat (EDHB) untersucht. Bei Betrachtung der Triglyceridsynthese mittels Histologie und quantitativer Analyse (Triglyceridassay) konnte in beiden Kultursystemen eine konzentrationsabh{\"a}ngige Hemmung der Adipogenese festgestellt werden. Im Unterschied zur 2D Kultur konnte der Triglyceridgehalt im 3D Modell ann{\"a}hernd auf das Niveau der nicht-induzierten Kontrolle gesenkt werden und damit ein tendenziell st{\"a}rkerer negativer Effekt im 3D Modell demonstriert werden. In Untersuchungen zur Genexpression wurde die Expressionsrate der sp{\"a}ten adipogenen Marker aP2 und C/EBPα maximal durch Zugabe von 0,05 mM EDHB gesenkt, wobei der Effekt in 3D erneut st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt war. Bei Betrachtung der Kollagenentwicklung zeigte sich immunhistochemisch zun{\"a}chst eine Adipogenese-assoziierte Entwicklung der Kollagene I, IV und VI im 2D und 3D Modell. Durch die Zugabe von EDHB ließ sich die Kollagenbildung gleichermaßen in 2D und 3D konzentrationsabh{\"a}ngig inhibieren. Damit konnte ein R{\"u}ckgang der Synthese von drei f{\"u}r die Adipozyten relevanten Kollagenen zusammen mit der St{\"o}rung der adipogenen Differenzierung nachgewiesen werden. Auf mRNA-Ebene hingegen war eine unterschiedliche Expression von Kollagen I und IV nachweisbar. F{\"u}r Kollagen I wurde eine Abnahme der Expression bei Differenzierung der Zellen beobachtet, w{\"a}hrend die Expressionsrate von Kollagen IV erst mit Beginn der Adipogenese gesteigert wurde. Die Genexpression der untersuchten Kollagene wurde durch EDHB nicht negativ beeinflusst. Insgesamt weisen die Ergebnisse auf einen engen Zusammenhang der Kollagensynthese mit der Adipogenese hin. Inwieweit eine durch Zell-Matrix-Interaktionen ausgel{\"o}ste Signaltransduktion und regulatorische Mechanismen in den Pr{\"a}adipozyten die Adipogenese beeinflussen, bleibt jedoch Gegenstand zuk{\"u}nftiger Forschung.}, subject = {Tissue engineering}, language = {de} } @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{Mut2023, author = {Mut, J{\"u}rgen}, title = {Synthese komplexer funktionaler Mono- und Oligosaccharid-Bausteine zur Untersuchung und Modifikation von Membranoberfl{\"a}chen humaner mesenchymaler Stromazellen}, doi = {10.25972/OPUS-32065}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-320654}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Bei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von k{\"u}nstlichen Gewebe und zuk{\"u}nftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverst{\"a}ndnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu ver{\"a}ndern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mit unnat{\"u}rlichen Zuckern werden diese von Zellen aufgenommen und in den Zellmetabolismus eingeschleust und auf die Glycoproteine {\"u}bertragen. Diese Methode ist als metabolic glycoengineering bekannt. Dazu wurden diverse humane Saccharid-Analoga mit bioorthogonalen Gruppen (Azid oder Alkin) synthetisiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Molek{\"u}le wurden NMR-spektroskopisch als auch massenspektrometrisch charakterisiert. Die acetylierten Mannosamin-Derivate konnten {\"u}ber zwei Stufen und die Sialins{\"a}ure-Derivate {\"u}ber sechs Stufen synthetisiert werden. Sialins{\"a}uren sind die terminalen Zucker an Glycanketten von Proteinen mit wichtigen biologischen Funktionen. Im Rahmen des SFB TRR225 konnte in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Ebert der Einbau der Saccharide in mesenchymalen Stromazellen durch Fluoreszenzmikroskopie evaluiert werden. Aufgrund des effizienteren Einbaus der Sialins{\"a}ure mit Alkingruppe gegen{\"u}ber der mit Azidgruppe, wurde dieser in den folgenden massenspektrometrischen Analysen eingesetzt. Die Messungen der markierten Glycoproteine wurden von Dr. Marc Driessen durchgef{\"u}hrt und der metabolische Einbau von SiaNAl und Ac4ManNAl in den Stromazellen gegen{\"u}bergestellt. 55 Glycoproteine konnten durch SiaNAl und 94 durch Ac4ManNAl charakterisiert werden. Ein Abgleich der Proteindatenbanken eine Anreicherung von Proteine durch F{\"u}tterung von SiaNAl die in Signaltransduktion, Zellkontakte und Differenzierung involviert sind, womit metabolic glycoengineering prinzipiell zur Optimierung von Biofabrikationsprozessen genutzt werden kann.}, subject = {Glykane}, language = {de} } @phdthesis{Altmann2023, author = {Altmann, Stephan}, title = {Characterization of Metabolic Glycoengineering in Mesenchymal Stromal Cells for its Application in thermoresponsive Bioinks}, doi = {10.25972/OPUS-29100}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-291003}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {This work developed during the first funding period of the subproject B05 in the framework of the interdisciplinary research consortium TRR 225 'From the Fundamentals of Biofabrication toward functional Tissue Models' and was part of a cooperation between the Orthopedic Department represented by Prof. Dr. Regina Ebert and the Institute of Organic Chemistry represented by Prof. Dr. J{\"u}rgen Seibel. This project dealed with cellular behavior during the bioprinting process and how to influence it by modifying the cell glycocalyx with functional target molecules. The focus was on the impact of potential shear stress, that cells experience when they get processed in thermoresponsive bioinks, and a way to increase the cell stiffness via metabolic glycoengineering to attenuate shear forces. For the characterization of the metabolic glycoengineering, four different peracetylated and four non-acetylated modified monosaccharides (two mannose and two sialic acid sugars) were tested in primary human mesenchymal stromal cells (hMSC) and telomerase-immortalized hMSC (hMSC-TERT). Viability results demonstrated a dose-dependent correlation for all sugars, at which hMSC-TERT seemed to be more susceptible leading to lower viability rates. The assessment of the incorporation efficiencies was performed by click chemistry using fluorescent dyes and revealed also a dose-dependent correlation for all mannose and sialic acid sugars, while glucose and galactose variants were not detected in the glycocalyx. However, incorporation efficiencies were highest when using mannose sugars in the primary hMSC. A subsequent analysis of the temporal retention of the incorporated monosaccharides showed a constant declining fluorescence signal up to 6 d for azido mannose in hMSC-TERT, whereas no signal could be detected for alkyne mannose after 2 d. Investigation of the differentiation potential and expression of different target genes revealed no impairment after incubation with mannose sugars, indicating a normal phenotype for hMSC-TERT. Following the successful establishment of the method, either a coumarin derivative or an artificial galectin 1 ligand were incorporated into the cell glycocalyx of hMSC-TERT as functional target molecule. The biophysical analysis via shear flow deformation cytometry revealed a slightly increased cell stiffness and lowered fluidity for both molecules. A further part of this project aimed to control lectin-mediated cell adhesion by artificial galectin 1 ligands. As that hypothesis was settled in the work group of Prof. Dr. J{\"u}rgen Seibel, this work supported with an initial characterization of galectin 1 as part of the hMSC biology. A stable galectin 1 expression at gene and protein level in both hMSC and hMSC-TERT could be confirmed, at which immunocytochemical stainings could detect the protein only in the glycocalyx. The treatment of hMSC-TERT with a galectin 1 ligand in different concentrations did not show an altered gene expression of galectin 1. However, these first data in addition to the investigation of stiffness confirmed the applicability of specific and artificial IV galectin 1 ligands in biofabrication approaches to alter cell properties of hMSC. To conclude, metabolic glycoengineering has been successfully implemented in hMSC and hMSC-TERT to introduce glycocalyx modifications which reside there for several days. A proof of concept was carried out by the increase of cell stiffness and fluidity by the incorporation of a coumarin derivative or an artificial galectin 1 ligand. For the characterization of shear stress impact on cells after printing in thermoresponsive bioinks, the processing of hMSC-TERT (mixing or additionally printing) with Pluronic F127 or Polyoxazoline-Polyoxazine (POx-POzi) polymer solution was investigated. While there were no changes in viability when using POx-POzi bioink, processing with Pluronic F127 indicated slightly lower viability and increased apoptosis activity. Assessment of cellular responses to potential shear stress showed no reorganization of the cytoskeleton independent of the bioink, but highly increased expression of the mechanoresponsive proto-oncogene c Fos which was more pronounced when using Pluronic F127 and just mixed with the bioinks. Interestingly, processing of the mechanoresponsive reporter cell line hMSC-TERT-AP1 revealed slightly elevated mechanotransduction activity when using POx-POzi polymer and just mixed with the bioinks as well. In conclusion, hMSC-TERT embedded in thermoresponsive bioinks might shortly experience shear stress during the printing process, but that did not lead to remarkable cell damage likely due to the rheological properties of the bioinks. Furthermore, the printing experiments also suggested that cells do not sense more shear stress when additionally printed.}, subject = {Glykobiologie}, language = {en} } @phdthesis{Seiler2023, author = {Seiler, Jonas}, title = {Die Expression des Vitamin-D-Rezeptors und der 24-Hydroxylase in Knochenmetastasen unterschiedlicher Entit{\"a}t}, doi = {10.25972/OPUS-32182}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-321827}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Knochenmetastasen sind unter den drei h{\"a}ufigsten Manifestationsorten metastatischer Absiedelungen von fortgeschrittenen Tumorerkrankungen. Dabei sind insbesondere Patientinnen und Patienten mit Prostata- und Mammakarzinom von Knochenmetastasen betroffen. Diese Knochenmetastasen f{\"u}hren h{\"a}ufig zu einer deutlichen Verschlechterung der Lebensqualit{\"a}t und zu einer Begrenzung der Therapieoptionen auf lediglich palliative Ans{\"a}tze. Die biologisch aktive Form von Vitamin D3, 1,25(OH)2-Vitamin D3, zeigt in pr{\"a}klinischen Studien antiproliferative und differenzierende Effekte auf Tumorzellen (101, 102, 104), die haups{\"a}chlich durch die Bindung an den Vitamin D-Rezeptor (VDR) vermittelt werden. Dar{\"u}berhinaus konnte pr{\"a}klinisch gezeigt werden, dass eine niedrige Expression des VDRs, ligandenunabh{\"a}ngig, die Knochenmetastasierung und das Tumorwachstum beg{\"u}nstigt (118). Eine niedrige VDR-Expression ist in Prim{\"a}rtumoren in klinischen Studien mit aggressiven Tumoreigenschaften assoziiert (111, 113, 115) und kann zudem mit einer erh{\"o}hten/fr{\"u}heren oss{\"a}ren Metastasierung einhergehen (167). Zudem gibt es Hinweise auf einen dysregulierten 1,25(OH)2-Vitamin D3-Katabolismus durch eine erh{\"o}hte Expression des 1,25(OH)2-Vitamin D3 katabolisierenden Enzyms CYP24A1/24-Hydroxylase in prim{\"a}rem Tumorzellen (70, 121, 122). Durch die Untersuchungen der Prim{\"a}rtumoren ist damit zu hypothetisieren, dass die Expression des VDRs und von CYP24A1 bei der Tumorprogression und Knochenmetastasierung von Bedeutung sein k{\"o}nnte. Entsprechende Untersuchungen des VDRs und der 24-Hydroxylase in Knochenmetastasen fehlen allerdings. Deshalb wurde in dieser Arbeit die Expression des VDRs und von CYP24A1 in Knochenmetastasen unterschiedlicher Prim{\"a}rtumoren von 66 Patientinnen und Patienten untersucht und m{\"o}gliche Assoziationen mit aggressiven Tumoreigenschaften analysiert. Der VDR konnte sowohl im Zytoplasma als auch im Nukleus nachgewiesen werden, w{\"a}hrend CYP24A1 nur im Zytoplasma lokalisiert war. Dabei wiesen insgesamt 71 \% der Knochenmetastasen eine hohe VDR-Expression im Nukleus und 56 \% im Zytoplasma auf. 59 \% der Knochenmetastasen wiesen eine hohe Expression des VDRs insgesamt auf. CYP24A1 war ebenso in 59 \% der Knochenmetastasen hoch exprimiert. Bei der Auswertung des Zusammenhangs zwischen den TNM-Stadien und des Gradings zeigte sich ein nicht signifikanter Trend von schlecht differenzierten Tumoren hin zu einer niedrigeren nukle{\"a}ren VDR-Expression (p=0.07, siehe Abbildung 33). Bez{\"u}glich der T-Stadien zeigten sich keine Unterschiede der Expression des VDRs und von CYP24A1 in den Knochenmetastasen zwischen lokal fortgeschrittenen und kleinen Prim{\"a}rtumoren. Weiterhin hatten Patientinnen und Patienten mit Lymphknotenmetastasen tendenziell eine verminderte VDR- und auch CYP24A1-Expression in den Knochenmetastasen im Vergleich zu Patienten und Patientinnen ohne Lymphknotenmetastasen (pVDR=0.15, pCYP24A1=0.06, siehe Abbildung 35). Außerdem hatten Patientinnen und Patienten mit multiple metastasierten Tumoren eine signifikant niedrigere nukle{\"a}re VDR- und auch CYP24A1-Expression im Vergleich zu Patientinnen und Patienten mit ausschließlich oss{\"a}rer Metastasierung (pVDR=0.03, pCYP24A1=0.01, Abbildung 36). Die Proteinexpression des VDRs- und von CYP24A1 korrelierten signifikant (p=0.001). Somit konnte mit dieser Arbeit die Proteinexpression des VDRs und von CYP24A1 in Knochenmetastasen durch Immunhistologie nachgewiesen werden. Insgesamt wurde der VDR und CYP24A1 von Knochenmetastasen diverser Entit{\"a}t unterschiedlich stark exprimiert. Jedoch k{\"o}nnten insbesondere Patienten mit VDR-exprimierenden Knochenmetastasen von einer Vitamin D3-Supplementierung profitieren, die h{\"a}ufig einen 25-OH-Vitamin D3 Mangel zeigen (165, 166). Ebenso k{\"o}nnte eine Untersuchung auf einen niedrigen VDR-Status in Prim{\"a}rtumoren dabei helfen, Krebspatienten mit einem hohen Metastasierungsrisiko zu identifizieren. Allerdings sind weitere und gr{\"o}ßere Studien inbesondere mit Evaluation des gesamten Vitamin D-Metabolismus und -Signalwegs notwendig, um diesen Zusammenhang weiter zu untersuchen.}, subject = {Vitamin D3}, language = {de} }