TY - THES A1 - Berger, Constantin T1 - Influence of the pancreatic extracellular matrix on pancreatic differentiation of human induced pluripotent stem cells and establishment of 3D organ models T1 - Einfluss der Extrazellulärmatrix des Pankreas auf die pankreatische Differenzierung humaner induziert pluripotenter Stammzellen und Etablierung von 3D Organmodellen N2 - Der Diabetes mellitus bezeichnet eine bislang unheilbare, metabolische Erkrankung, die mit schwerwiegenden Folgeerkrankungen einhergeht. Unter den potentiellen Strategien zur Heilung von Diabetes mellitus stellt die in vitro Generierung adulter β-Zellen des endokrinen Pankreas aus humanen induziert pluripotenten Stammzellen (hiPS) einen vielversprechenden Ansatz dar. Zwar ermöglichen bisherige Protokolle die Herstellung von Zellen mit einem β-Zell-ähnlichen Charakter, jedoch zeigen diese eine zunächst eingeschränkte Funktion, die sich erst im Verlauf einer vollständigen, durch Transplantation induzierten, Reifung der Zellen, normalisiert. Vorangegangene Studien zeigen, dass sich die Extrazellularmatrix (EZM) von Geweben positiv auf das Überleben und die Funktion adulter, isolierter Langerhans-Inseln des Pankreas auswirkt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob Einflüsse der organspezifischen EZM die finale Reifung in vitro hergestellter β-Zellen herbeiführen können. Um diese Hypothese zu testen, wurde im Rahmen der vorliegenden Studie die Wirkung der pankreatischen EZM auf die in vitro Differenzierung von hiPS zu endokrinen Zellen des Pankreas untersucht sowie die Eignung der pankreatischen EZM zur Etablierung eines Organmodells des endokrinen Pankreas erprobt. Hierzu wurde zunächst eine pankreasspezifische EZM-Trägerstruktur (PanMa) durch Dezellularisierung von Pankreaten des Schweins mittels Natriumdesoxycholat hergestellt. Die generierte PanMa wurde anhand (immun-) histologischer Färbungen, Rasterelektronen-mikroskopie, Feststellung des DNA-Gehalts sowie durch Versuche zur Perfusion und Wiederbesiedelung mit Endothelzellen eingehend charakterisiert. Zudem wurde auf Basis der ermittelten Daten ein Bewertungssystem (PancScore) zur standardisierten Herstellung der PanMa entwickelt. Als Nächstes wurde untersucht, ob die PanMa über gewebespezifische EZM-Merkmale verfügt. Zu diesem Zweck wurden biophysikalische und strukturelle Eigenschaften wie Festigkeit, Porosität und Hygroskopie mittels rheologischer Messungen sowie Versuchen zur Teilchendiffusion und zum Wasserbindungsverhalten bestimmt und mit azellulären EZMs des Dünndarms (SISser) und der Lunge (LungMa) verglichen. Nach der eingehenden Analyse der PanMa wurde deren Effekt auf die Eigenschaften von Stammzellen sowie auf frühe Stadien der Stammzellentwicklung untersucht. Hierzu wurde die PanMa als Trägerstruktur während der Erhaltung sowie der spontanen Differenzierung von hiPS verwendet und der Einfluss der PanMa anhand von Genexpressionsanalysen und immunhistochemischer Färbungen analysiert. In einem nächsten Schritt wurde die Wirkung der PanMa auf die Differenzierung von hiPS zu endokrinen Zellen des Pankreas untersucht. Hierfür wurde die PanMa zum einen in flüssiger Form als Mediumzusatz sowie als solide Trägerstruktur während der Differenzierung von hiPS zu hormonexprimierenden Zellen (Rezania et al. 2012; Rezania et al. 2014) oder maturierenden β-Zellen verwendet (Rezania et al. 2014). Der Effekt der PanMa wurde anhand von Genexpressions-analysen, immunhistochemischer Färbungen und Analysen zur Glukose-abhängigen Insulinsekretion untersucht. In einem letzten Teil der Studie wurde die Eignung der PanMa zur verlängerten Kultivierung von hiPS-abgeleiteten endokrinen Zellen des Pankreas im Hinblick auf die Etablierung eines Organmodells des endokrinen Pankreas getestet. Hierzu wurde die PanMa zu einem Hydrogel weiterverarbeitet, welches zur Einkapselung und Kultivierung von hiPS-abgeleiteten hormonexprimierenden Zellen eingesetzt wurde. Um die Auswirkungen der Hydrogel-Kultur nachzuvollziehen, wurden die kultivierten Zellen mittels Genexpression, immun-histochemischer Färbungen und Analysen zur Glukose-abhängigen Insulinsekretion untersucht. Mittels Dezellularisierung porziner Pankreaten konnte eine zellfreie, pankreasspezifische EZM-Trägerstruktur mit geringen Restbeständen an DNA sowie einer weitgehend erhaltenen Mikro- und Ultrastruktur mit typischen EZM-Komponenten wie Kollagen I, III und IV hergestellt werden. Im Rahmen der Besiedelung arterieller Gefäße mit humanen Endothelzellen wurde die Zellkompatibilität der hergestellten PanMa sowie eine weitgehende Unversehrtheit der Gefäßstrukturen nachgewiesen. Verglichen zu SISser und LungMa zeichnete sich die PanMa als eine relativ weiche, stark wasserbindende, faserbasierte Struktur aus. Weiterhin konnten Hinweise für einen Effekt der PanMa auf den Stammzellcharakter und die frühe Entwicklung von hiPS beobachtet werden. Hierbei führte die Erhaltung von hiPS auf der PanMa zu einer leicht veränderten Expression von Genen des Kernpluripotenznetzwerks sowie zu einem reduziertem NANOG-Proteinsignal. Einhergehend mit diesen Beobachtungen zeigten hiPS während spontaner Differenzierung auf der PanMa eine verstärkte endodermale Entwicklung. Im Verlauf der pankreatischen Differenzierung führte die Kultivierung auf der PanMa zu einer signifikant verringerten Expression von Glukagon und Somatostatin, während die Expression von Insulin unverändert blieb, was auf eine Verminderung endokriner α- und δ-Zellen hinweist. Diese Veränderung äußerte sich jedoch nicht in einer verbesserten Glukose-abhängigen Insulinsekretion der generierten hormonexprimierenden Zellen. Unter Anwendung der PanMa als Hydrogel konnten hormonexprimierenden Zellen über einen verlängerten Zeitraum kultiviert werden. Nach 21 Tagen in Kultur zeigten die eingekapselten hormonexprimierenden Zellen eine unverändert hohe Viabilität, wiesen allerdings bereits eine erste veränderte Zellanordnung sowie eine leicht verminderte Glukose-abhängige Insulinsekretion auf. Zusammengefasst konnte in dieser Studie ein biologischer Effekt gewebespezifischer EZM-Merkmale auf die Differenzierung von hiPS nachgewiesen werden. Darüber hinaus weisen die Daten auf eine relevante Funktion der EZM im Rahmen der endokrinen Spezifizierung von hiPS während der pankreatischen Differenzierung hin. Diese Beobachtungen verdeutlichen die eminente Rolle der EZM in der Herstellung von funktionalen hiPS-abgeleiteten Zellen und plädieren für eine stärkere Einbindung organspezifischer EZMs im Bereich des Tissue Engineering und der klinischen Translation in der Regenerativen Medizin. N2 - Diabetes mellitus is an incurable, metabolic disease, which is associated with severe long-term complications. The in vitro generation of pancreatic β-cells from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) represent a promising strategy for a curative therapy of diabetes mellitus. However, current differentiation strategies largely fail to produce functional β-cells in vitro and require an additional in vivo transplantation to achieve terminal maturation. Previous studies demonstrated a beneficial effect of the extracellular matrix (ECM) on the survival and sustained function of adult, isolated islets of Langerhans. This raises the question whether organ-specific cell-ECM interactions might represent the missing link driving the final stage of β-cell development. In order to address this issue, this study investigated the impact of the pancreas ECM on in vitro β-cell differentiation and its use for the establishment of a pancreatic endocrine organ model. To this purpose, a pancreas-specific ECM scaffolds (PanMa) was derived from porcine pancreata using whole organ decellularization with Sodium Deoxycholate. In a first step, the generated PanMa was thoroughly characterized using (immuno-) histological stainings, scanning electron microscopy and DNA quantification as well as perfusion and recellularization experiments with endothelial cells. Based on these data, a scoring system (PancScore) for a standardized PanMa generation was developed. Next, the generated PanMa was tested for the presence of tissue-specific ECM features. Therefore, the biophysical and physico-structural characteristics, such as rigidity, porosity and hygroscopy were analyzed using rheological measurements, particle diffusion analyses as well as a water evaporation assay and compared to the properties of ECM scaffolds derived from porcine small intestine (SISser) and lung (LungMa) to examine organ-specific scaffold cues. Following the thorough scaffold characterization, the impact of the PanMa on pluripotency and early development of hiPSC was studied. To this purpose, gene and protein expression of hiPSCs during maintenance culture and spontaneous differentiation on the PanMa were assessed. In a next step, the impact of the PanMa on the pancreatic endocrine differentiation of hiPSCs was tested. Therefore, the PanMa was used as a liquid media supplement or as a solid scaffold during the directed differentiation of hiPSC towards either pancreatic hormone-expressing cells (Rezania et al. 2012; Rezania et al. 2014) or maturing β-cells (Rezania et al. 2014). The impact of the PanMa on the generated cells was examined by gene expression analysis, immunohistochemical staining of important stage markers, as well as glucose stimulated insulin secretion assays. In a last part of this study, the potential of the PanMa for the prolonged culture of hiPSC derived endocrine cells for the establishment of an in vitro organ model of the endocrine pancreas was examined. Therefore, a PanMa-derived hydrogel was generated and used for the encapsulation and culture of hiPSC-derived hormone-expressing cells (HECs). The influence of the PanMa-hydrogel culture was analyzed on gene, protein and functional level by gene expression analysis, immunohistochemical stainings and glucose stimulated insulin secretion. Whole organ decellularization resulted in the generation of an acellular PanMa scaffold, with low amounts of residual DNA and a preserved ECM micro- and ultrastructure, including important ECM components, such as collagen I, III and IV. Furthermore, the PanMa maintained an intact vessel system and was verified as cytocompatible as demonstrated by the successful recellularization of the arterial system with human endothelial cells. In comparison to SISser and LungMa, the PanMa was characterized as a relative soft, hygroscopic scaffold with a collagen-fiber based structure. Furthermore, the findings indicate that the ECM-specific properties have a relevant effect on the stem cell character and early multi-lineage decisions of hiPSCs. In this regard, maintenance of hiPSCs on the PanMa resulted in a slightly changed expression of pluripotency genes (OCT4, SOX2 and NANOG) and a weak immunohistochemical signal for NANOG protein, indicating a PanMa-dependent impact on hiPSC pluripotency. Strikingly, this presumption was corroborated by the finding that culture on the PanMa promoted an endodermal development of hiPSCs during spontaneous differentiation. In line with that, pancreatic differentiation of hiPSC on both the PanMa and SISser resulted in a significant decrease of glucagon and somatostatin gene expression as well as an unaltered insulin expression, suggesting an ECM-driven suppression of the development of non β-cell endocrine cells. However, this change did not result in an improved glucose stimulated insulin secretion of the generated HECs. Moreover, use of the PanMa as a hydrogel allowed prolonged culture of these cells in a defined culture system. HECs were viable after 21 days of culture, however already showed an altered islet morphology as well as a slightly decreased glucose stimulated insulin secretion. Altogether, this study demonstrates a relevant biological effect of tissue specific ECM cues on the in vitro differentiation of hiPSCs. More specifically, the data indicate an involvement of the ECM in the endocrine commitment of hiPSC-derived pancreatic cells during directed differentiation highlighting the ECM as an important regulator of pancreatic development. Collectively, these findings emphasize the relevance of the ECM for the fabrication of functional hiPSC-derived cell types and suggest a much stronger consideration of organ specific ECM cues for tissue engineering approaches as well as clinical translation in regenerative medicine. KW - Bauchspeicheldrüse KW - Induzierte pluripotente Stammzelle KW - Bindegewebe KW - Regenerative Medizin KW - Zelldifferenzierung KW - Extrazellulärmatrix KW - pancreas KW - Pankreas KW - Induced pluripotent stem cells KW - extracellular matrix KW - pancreatic differentiation KW - beta cell KW - tissue engineering KW - regenerative medicine Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241268 ER - TY - THES A1 - Rothermel, Michael T1 - Palatinale Bindegewebstransplantate : eine klinische Studie über postoperative neurosensorische Dysfunktionen der Donorregion T1 - Connective tissue grafts - a clinical study about postoperative neurosensory disfunctioning of the donor region N2 - EINLEITUNG: Das palatinale Bindegewebstransplantat (BGT) ist ein Standardtransplantat der Parodontalchirurgie mit verschiedenen Indikationen. Ziel der Studie war die Quantifizierung von evtl. postoperativ bestehenden neurosensorischen Dysfunktionen der Donorregion. MATERIAL UND METHODEN: Die Studienpopulation bestand aus 30 Patienten, denen einseitig ein BGT entnommen wurde. Vier neurosensorische Tests (2 Punkt Diskrimination = 2PD, Soft Touch = ST, Spitz-Stumpf-Test = SST, Temperatur = T) wurden auf der Entnahmeseite und der Gegenseite an zuvor festgelegten Messpunkten durchgeführt und analysiert. Mit Hilfe eines angezeichneten Rasters im Bereich distal des Eckzahnes und mesial der palatinalen Wurzel des ersten Molaren wurden die Messpunkte in drei horizontalen Ebenen definiert (koronal, medial, apikal). Zusätzlich wurde das subjektive Befinden der Patienten mit Hilfe eines Fragebogens eruiert. ERGEBNISSE: 60% der Patienten spürten keine Veränderungen an der Donorregion, 40% gaben persistierende Veränderung an (Kribbeln, Taubheit, Empfindlichkeit und Veränderungen der anatomischen Struktur). Keiner der Patienten berichtete über Einschränkungen der Lebensqualität nach BGT Entnahme. Die 2PD ist koronal (2PDKontrolle: 6,0 ±1,5 mm; 2PDEntnahme: 6,8 ±2,1 mm / MKontrolle: 6,0 mm MEntnahme: 7,0 mm) und medial (2PDKontrolle: 5,5 ±1,6 mm; 2PDEntnahme: 6,6 ±2,2 mm / MKontrolle: 5,0 mm MEntnahme: 6,0 mm) auf der Entnahmeseite signifikant schlechter als auf der Kontrollseite. Beim SST konnten auf der Entnahmeseite spitze Reize signifikant schlechter zugeordnet werden. (Kontrollseite: 83,33%; Entnahmeseite: 63,33% richtige Zuordnungen). Keine signifikanten Unterschiede konnten bei ST und T nachgewiesen werden. ZUSAMMENFASSUNG: Nach Entnahme eines BGTs treten geringe neurosensorische Funktionsverluste auf. Die Lebensqualität wird dadurch nicht eingeschränkt. N2 - OBJECTIVE: The connective tissue graft (CTG) is a standard graft in periodontal surgery with different indications. The purpose of the study was the quantification of possible postoperative neurosensory disfunctions in the donor region. METHODS AND MATERIALS: The study population included 30 patients from whom a unilateral CTG was harvested. Four neurosensory tests (2 point discrimination = 2PD, Soft Touch = ST, pin tactile discrimination = PT, temperature = T) were performed on defined measuring points on the graft side as well as the contrary side. The measuring points were defined by means of a drawn grid. The grid was drawn on the palatum in three horizontal levels (coronal, medial, apical), located distal of the canine and mesial of the first molar. The patients were given a survey about the CTG harvest. RESULTS: 60% of the patients didn’t report any changes in the donor region. 40% reported persistent changes (paresthesia, numbness, sensitivity and changes of the anatomic structure). None of the patients reported a restriction of quality of life after the graft harvesting. 2PD is coronal (2PDharvest: 6,0 ±1,5 mm 2PDcontrary: 6,8 ±2,1 mm / Mharvest: 6,0 mm Mcontrary: 7,0 mm) and medial (2PDharvest: 5,5 ±1,6 mm 2PDcontrary: 6,6 ±2,2 mm / Mharvest: 5,0 mm Mcontrary: 6,0 mm) statistically significant less accurate on the on the harvest side than on the contrary side. Pointy stimuli in PT were recognized significantly worse on the harvest side. ST and T showed no statistically significant differences. CONCLUSIONS: After palatinal CTG harvesting minor neurosensory dysfunctions occur. No limitation of quality of life was reported. KW - Bindegewebe KW - Transplantat KW - Transplantatentnahme KW - Gaumen KW - Sensibilität KW - subepiteliales Bindegewebetransplantat KW - connective tissue graft KW - Neurosensorik Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97877 ER - TY - THES A1 - Schuhmann, Benedikt David T1 - Der Vergleich dreier Entnahmetechniken zum Gewinn subepithelialen Bindegewebes vom Gaumen T1 - A comparative evaluation of three different surgical techniques to harvest a subepithelial connective tissue graft from the palate N2 - Ziel dieser prospektiven klinischen Studie war der Vergleich dreier Entnahmetechniken zum Gewinn subepithelialen Bindegewebes vom Gaumen in Bezug auf ihre frühe klinische Wundheilung: die Single Incision Technik, die Single Incision Technik mit Stufe und die Trapdoor-Technik. N2 - The aim of this study was to evaluate early healing tendencies of the palatal donor site by comparing three different surgical techniques to harvest a subepithelial connective tissue graft: the single incision technique, the modified single incision technique and the trapdoor technique. KW - Harter Gaumen KW - Bindegewebe KW - Wundheilung KW - Transplantat KW - Bindegewebstransplantat KW - subepithelial KW - Inzisionstechnik Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-92249 ER -