Anke Katrin Hofmann

• EINFÜHRUNG: Endotheliale Vorläuferzellen (EPCs) können in vivo aus dem Knochenmark in die periphere Blutzirkulation mobilisiert und gezielt zu ischämischem Gewebe oder Gefäßläsionen rekrutiert werden. Im Zielgewebe differenzieren EPCs in situ zu reifen Endothelzellen und tragen auf diese Weise zur Neovaskularisation und Endothelregeneration bei. Der therapeutische Einsatz von EPCs ist durch die geringe Zellzahl limitiert, die aus dem Blut eines Patienten gewonnen werden kann. Folglich ist ein Verfahren zur ex vivo Expansion von EPCsEINFÜHRUNG: Endotheliale Vorläuferzellen (EPCs) können in vivo aus dem Knochenmark in die periphere Blutzirkulation mobilisiert und gezielt zu ischämischem Gewebe oder Gefäßläsionen rekrutiert werden. Im Zielgewebe differenzieren EPCs in situ zu reifen Endothelzellen und tragen auf diese Weise zur Neovaskularisation und Endothelregeneration bei. Der therapeutische Einsatz von EPCs ist durch die geringe Zellzahl limitiert, die aus dem Blut eines Patienten gewonnen werden kann. Folglich ist ein Verfahren zur ex vivo Expansion von EPCs erforderlich. Das Cystein-reiche Protein 61 (CYR61) ist ein matrizelluläres Signalprotein der CCN-Familie, das in vitro in der Lage ist die Proliferation, Migration und Adhäsion von Endothelzellen zu steigern. In vivo ist CYR61 im Rahmen von Geweberegeneration und Neovaskularisation verstärkt exprimiert. Die Beteiligung von EPCs und CYR61 an der Blutgefäßbildung legt eine mögliche Interaktion dieser beiden angiogenetischen Faktoren nahe. In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob CYR61 ein potenter Stimulator der ex vivo Expansion von EPCs ist, ohne dabei den Phänotyp der Zellen zu verändern. MATERIAL UND METHODEN: Das rekombinante CYR61-Protein wurde in Insektenzellen als Fusionsprotein mit der Fc-Domäne des humanen IgG exprimiert und affinitätschromatographisch aufgereinigt. Mononukleäre Zellen des peripheren venösen Blutes von adulten humanen Spendern wurden mittels Dichtegradientenzentrifugation isoliert und anschließend mit einem für die Selektion von EPCs geeigneten Grundmedium in vitro kultiviert. Vom 2. Kulturtag an wurde das Grundmedium mit CYR61 supplementiert. Die Kontrollzellen wurden in reinem oder mit Fc-tag supplementiertem Grundmedium kultiviert. Das Wachstum und die Entwicklung der Zellen wurden über die gesamte Kulturdauer hinweg beobachtet und fotografiert. Die Zellproliferation wurde mittels Zellzählung quantifiziert. Zudem wurden die Zellen mittels FACS-Analyse und immunhistochemischer Färbung bezüglich der Expression charakteristischer Oberflächenmarker phänotypisch analysiert. ERGEBNISSE: Die in vitro Kultur von aus dem Blut isolierten EPCs unter CYR61-Supplementierung führte zu einer konzentrationsabhängigen Steigerung der Zellproliferation, im Konzentrationsbereich von 0,05 bis 1,5µg/ml CYR61. Die Behandlung von EPCs mit 0,5µg/ml CYR61 führte zu einer durchschnittlich 4,1-fachen Zellzahlzunahme im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollzellen. Die FACS-Analysen und immunhistochemischen Färbungen ergaben ein für EPCs charakteritisches Oberflächenmarkerexpressionsprofil der Zellen. Sowohl die mit CYR61 behandelten als auch die unbehandelten Kontrollzellen zeigten eine identische EPC-typische Markerexpression, wodurch gezeigt werden konnte, dass der Phänotyp der EPCs von der Behandlung mit CYR61 unbeeinflusst bleibt. SCHLUSSFOLGERUNG: Folglich ist CYR61 ein potenter Stimulator der ex vivo Expansion von aus dem peripheren humanen Blut isolierten EPCs. Dieses Ergebnis legt eine mögliche Verwendung von ex vivo unter CYR61 Behandlung expanierten EPCs zur Stimulation von Neovaskularisation und Endothelregeneration nahe. Derartige neue Zell-basierte therapeutische Strategien könnten dazu beitragen beispielsweise die Behandlung der ischämischen Herzkrankheit, die Knochenregeneration oder die Vaskularisierung von mittels Tissue Engineering hergestellten Gewebekonstrukten zu verbessern.…
• BACKGROUND: Endothelial progenitor cells (EPCs) can in vivo be mobilized from the bone marrow into the peripheral blood, home to sites of ischemia or vascular injury and differentiate into endothelial cells in situ, resulting in an enhanced neovascularisation and reendothelialisation. The use of EPCs as a potential therapeutic agent is limited by the small number of EPCs that can be isolated from peripheral blood. Consequently an ex vivo expansion technique for EPCs is required. The cystein-rich protein 61 (CYR61) is a matricellular signalBACKGROUND: Endothelial progenitor cells (EPCs) can in vivo be mobilized from the bone marrow into the peripheral blood, home to sites of ischemia or vascular injury and differentiate into endothelial cells in situ, resulting in an enhanced neovascularisation and reendothelialisation. The use of EPCs as a potential therapeutic agent is limited by the small number of EPCs that can be isolated from peripheral blood. Consequently an ex vivo expansion technique for EPCs is required. The cystein-rich protein 61 (CYR61) is a matricellular signal protein of the CCN family, that promotes endothelial cell proliferation, migration and adhesion in vitro and is shown to be over expressed in the context of tissue regeneration and neovascularisation in vivo. The involvement of EPCs and CYR61 in neovascularisation suggests possible interaction between these two angiogenic factors. This study explores the question whether CYR61 is a potent stimulator of ex vivo expansion of EPCs, without altering the cell phenotype. MATERIALS AND METHODS: The recombinant CYR61 protein was expressed in insect cells as a fusion protein with the IgG Fc-domain and purified via protein G sepharose. Mononuclear cells were isolated from peripheral venous blood of adult healthy human volunteers using density gradient centrifugation, followed by in vitro cultivation with a basic medium for selection of EPCs. From day 2 of cultivation onwards the basic medium was supplemented with CYR61. Control cells were cultured in basic medium alone or were treated with Fc-tag. Cell growth and development was monitored and photographed during the time of culture. Cell proliferation was quantified by cell counting. Phenotypic analysis of EPC based on cell surface marker expression was performed using FACS-analysis and immunhistochemical staining. To evaluate the influence of the treatment with CYR61 on the phenotype of EPCs, the marker expression of the treated an untreated cells was compared. RESULTS: Medium supplementation with CYR61 during in vitro culture of EPCs isolated from peripheral blood resulted in a dose-depend increase of cell proliferation in the concentration range between 0.05 and 1.5µg/ml CYR61. Treatment of EPCs with 0.5µg/ml CYR61 resulted in a 4.1-fold average EPC number increase compared to untreated control cells. FACS analysis and immunhistochemical staining revealed a characteristic EPC surface marker expression profile. Both CYR61 treated and untreated cells showed the same EPC marker expression, demonstrating that CYR61 treatment has no influence on EPC phenotype. CONCLUSION: In conclusion, CYR61 represents a potent stimulator of ex vivo expansion of EPCs isolated from peripheral human blood. This finding suggests a possible application of EPCs expanded ex vivo under CYR61 treatment to stimulate neovascularisation and endothelial regeneration. Such novel cell-based therapeutic strategies may help improve for instance treatment for ischemic heart disease, bone regeneration or vascularisation of tissue engineered constructs.…