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Biofabrication, including printing technologies, has emerged as a powerful approach to the design of disease models, such as in cancer research. In breast cancer, adipose tissue has been acknowledged as an important part of the tumor microenvironment favoring tumor progression. Therefore, in this study, a 3D-printed breast cancer model for facilitating investigations into cancer cell-adipocyte interaction was developed. First, we focused on the printability of human adipose-derived stromal cell (ASC) spheroids in an extrusion-based bioprinting setup and the adipogenic differentiation within printed spheroids into adipose microtissues. The printing process was optimized in terms of spheroid viability and homogeneous spheroid distribution in a hyaluronic acid-based bioink. Adipogenic differentiation after printing was demonstrated by lipid accumulation, expression of adipogenic marker genes, and an adipogenic ECM profile. Subsequently, a breast cancer cell (MDA-MB-231) compartment was printed onto the adipose tissue constructs. After nine days of co-culture, we observed a cancer cell-induced reduction of the lipid content and a remodeling of the ECM within the adipose tissues, with increased fibronectin, collagen I and collagen VI expression. Together, our data demonstrate that 3D-printed breast cancer-adipose tissue models can recapitulate important aspects of the complex cell–cell and cell–matrix interplay within the tumor-stroma microenvironment

Blocking tumor vascularization has not yet come to fruition to the extent it was hoped for, as angiogenesis inhibitors have shown only partial success in the clinic. We hypothesized that under- appreciated vascular wall-resident stem and progenitor cells (VW-SPCs) might be involved in tumor vascularization and influence effectiveness of anti-angiogenic therapy. Indeed, in patient samples, we observed that vascular adventitia-resident CD34\(^+\) VW-SPCs are recruited to tumors in situ from co-opted vessels. To elucidate this in detail, we established an ex vivo model using concomitant embedding of multi-cellular tumor spheroids (MCTS) and mouse aortic rings (ARs) into collagen gels, similar to the so-called aortic ring assay (ARA). Moreover, ARA was modified by removing the ARs’ adventitia that harbors VW-SPCs. Thus, this model enabled distinguishing the contribution of VW-SPCs from that of mature endothelial cells (ECs) to new vessel formation. Our results show that the formation of capillary-like sprouts is considerably delayed, and their number and network formation were significantly reduced by removing the adventitia. Substituting iPSC-derived neural spheroids for MCTS resulted in distinct sprouting patterns that were also strongly influenced by the presence or absence of VW-SPCs, also underlying the involvement of these cells in non-pathological vascularization. Our data suggest that more comprehensive approaches are needed in order to block all of the mechanisms contributing to tumor vascularization.

Bis zum Jahr 2100 prognostiziert der Weltklimarat (IPCC 2021) einen Anstieg des Meeresspiegels von bis zu 63-101 cm gegenüber heutigen Wasserständen. Im Rahmen des Generalplans Küstenschutz Schleswig-Holstein(GKSH) soll als Klimafolgeanpassung eine Erhöhung und Profiländerung der meisten Nordseedeiche und Elbedeiche erfolgen (zusammen 363,3 km mit einer Vegetationsfläche von 3.500 ha). Diese Maßnahmen werden mit einem vollständigen Verlust der alten Deichvegetation einhergehen und zur Freisetzung von großen Mengen an CO₂ aus dem Bodenkohlenstoff führen. Die Seedeiche der Nordseeküste (262 km) zählen zu den artenreichen, semi-natürlichen und von Schafen beweideten Grasländern (Fläche von 2600 ha) in Schleswig-Holstein mit bis zu 18 Gras- und 64 zweikeim-blättrigen Blütenpflanzen und an die Vegetation gebundene 800-1000 Arten von Invertebraten (darunter 200 Käferarten). Auf die Außenböschung dringen Pflanzen der Salzwiesengesellschaften vor. Die steileren, wärmeexponierten (überwiegend nach Osten und Süden ausgerichtet) und durch Vertritt lückigen Innenböschungen der Seedeiche sind wertvolle Refugien wärmeliebender, konkurrenzschwacher Arten von Magerstandorten und Trittgesellschaften wie die folgenden mediterran-subatlantischen Arten: Knotenklettenkerbel (Torilis nodosa), Zwergklee/Armblütiger Klee (Trifolium micranthum) und Vogelfußklee (Trifolium ornithopodioides). Für die Erhaltung beider Kleearten (die aktuelle Verbreitung wird dokumentiert) besitzt Schleswig-Holstein eine nationale und nordwest-europäisch-kontinentale Verantwortlichkeit. Folgende Maßnahmen zum Schutz der reichhaltigen Deichvegetation und Teilen seiner Invertebratenfauna bei der Deichverstärkung im Rahmen des GKSH werden vorgeschlagen: 1. Abheben der Grasnarbe mit Wurzelraum und zeitnahe Wiederverlegung der alten Grasnarbe (Soden) auf das neue Deichprofil; das ist auch wichtig zum Erhalt des Bodenkohlenstoffs (Klimaschutz). 2. Einsaat von neuen Deichprofilen mit Saatgut von artenreichen Deichabschnitten. 3. Aufnahme substanzieller Forschungsprogramme/Forschungsförderung zur Ökologie der Seedeiche. Weiterhin sollte auf den Einsatz von Herbiziden auf Deichen zur Bekämpfung von Disteln verzichtet werden.

Salivary gland (SG) hypofunction is a common post-radiotherapy complication. Besides the parenchymal damage after irradiation (IR), there are also effects on mesenchymal stem cells (MSCs) which were shown to contribute to regeneration and repair of damaged tissues by differentiating into stromal cell types or releasing vesicles and soluble factors supporting the healing processes. However, there are no adequate reports about their roles during SG damage and regeneration so far. Using an irradiated SG mouse model, we performed certain immunostainings on tissue sections of submandibular glands at different time points after IR. Immunostaining for CD31 revealed that already one day after IR, vascular impairment was induced at the level of capillaries. In addition, the expression of CD44—a marker of acinar cells—diminished gradually after IR and, by 20 weeks, almost disappeared. In contrast, the number of CD34-positive cells significantly increased 4 weeks after IR and some of the CD34-positive cells were found to reside within the adventitia of arteries and veins. Laser confocal microscopic analyses revealed an accumulation of CD34-positive cells within the area of damaged capillaries where they were in close contact to the CD31-positive endothelial cells. At 4 weeks after IR, a fraction of the CD34-positive cells underwent differentiation into α-SMA-positive cells, which suggests that they may contribute to regeneration of smooth muscle cells and/or pericytes covering the small vessels from the outside. In conclusion, SG-resident CD34-positive cells represent a population of progenitors that could contribute to new vessel formation and/or remodeling of the pre-existing vessels after IR and thus, might be an important player during SG tissue healing.

Energy demand of neurons in brain that is covered by glucose supply from the blood is ensured by glucose transporters incapillaries and brain cells. In brain, the facilitative diffusion glucose transporters GLUT1-6 and GLUT8, and the Na+-D-glucosecotransporters SGLT1 are expressed. The glucose transporters mediate uptake of D-glucose across the blood-brain barrier anddelivery of D-glucose to astrocytes and neurons. They are critically involved in regulatory adaptations to varying energy demandsin response to differing neuronal activities and glucose supply. In this review, a comprehensive overview about verified andproposed roles of cerebral glucose transporters during health and diseases is presented. Our current knowledge is mainly based onexperiments performed in rodents. First, the functional properties of human glucose transporters expressed in brain and theircerebral locations are described. Thereafter, proposed physiological functions of GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, andSGLT1 for energy supply to neurons, glucose sensing, central regulation of glucohomeostasis, and feeding behavior are compiled, and their roles in learning and memory formation are discussed. In addition, diseases are described in which functionalchanges of cerebral glucose transporters are relevant. These are GLUT1 deficiency syndrome (GLUT1-SD), diabetes mellitus, Alzheimer’s disease (AD), stroke, and traumatic brain injury (TBI). GLUT1-SD is caused by defect mutations in GLUT1. Diabetes and AD are associated with changed expression of glucose transporters in brain, and transporter-related energy defi-ciency of neurons may contribute to pathogenesis of AD. Stroke and TBI are associated with changes of glucose transporter expression that influence clinical outcome

Absorption of monosaccharides is mainly mediated by Na\(^+\)-d-glucose cotransporter SGLT1 and the facititative transporters GLUT2 and GLUT5. SGLT1 and GLUT2 are relevant for absorption of d-glucose and d-galactose while GLUT5 is relevant for d-fructose absorption. SGLT1 and GLUT5 are constantly localized in the brush border membrane (BBM) of enterocytes, whereas GLUT2 is localized in the basolateral membrane (BLM) or the BBM plus BLM at low and high luminal d-glucose concentrations, respectively. At high luminal d-glucose, the abundance SGLT1 in the BBM is increased. Hence, d-glucose absorption at low luminal glucose is mediated via SGLT1 in the BBM and GLUT2 in the BLM whereas high-capacity d-glucose absorption at high luminal glucose is mediated by SGLT1 plus GLUT2 in the BBM and GLUT2 in the BLM. The review describes functions and regulations of SGLT1, GLUT2, and GLUT5 in the small intestine including diurnal variations and carbohydrate-dependent regulations. Also, the roles of SGLT1 and GLUT2 for secretion of enterohormones are discussed. Furthermore, diseases are described that are caused by malfunctions of small intestinal monosaccharide transporters, such as glucose-galactose malabsorption, Fanconi syndrome, and fructose intolerance. Moreover, it is reported how diabetes, small intestinal inflammation, parental nutrition, bariatric surgery, and metformin treatment affect expression of monosaccharide transporters in the small intestine. Finally, food components that decrease d-glucose absorption and drugs in development that inhibit or downregulate SGLT1 in the small intestine are compiled. Models for regulations and combined functions of glucose transporters, and for interplay between d-fructose transport and metabolism, are discussed.

In enterocytes, protein RS1 (RSC1A1) mediates an increase of glucose absorption after ingestion of glucose-rich food via upregulation of Na+-D-glucose cotransporter SGLT1 in the brush-border membrane (BBM). Whereas RS1 decelerates the exocytotic pathway of vesicles containing SGLT1 at low glucose levels between meals, RS1-mediated deceleration is relieved after ingestion of glucose-rich food. Regulation of SGLT1 is mediated by RS1 domain RS1-Reg, in which Gln-Ser-Pro (QSP) is effective. In contrast to QSP and RS1-Reg, Gln-Glu-Pro (QEP) and RS1-Reg with a serine to glutamate exchange in the QSP motif downregulate the abundance of SGLT1 in the BBM at high intracellular glucose concentrations by about 50%. We investigated whether oral application of QEP improves diabetes in db/db mice and affects the induction of diabetes in New Zealand obese (NZO) mice under glucolipotoxic conditions. After 6-day administration of drinking water containing 5 mM QEP to db/db mice, fasting glucose was decreased, increase of blood glucose in the oral glucose tolerance test was blunted, and insulin sensitivity was increased. When QEP was added for several days to a high fat/high carbohydrate diet that induced diabetes in NZO mice, the increase of random plasma glucose was prevented, accompanied by lower plasma insulin levels. QEP is considered a lead compound for development of new antidiabetic drugs with more rapid cellular uptake. In contrast to SGLT1 inhibitors, QEP-based drugs may be applied in combination with insulin for the treatment of type 1 and type 2 diabetes, decreasing the required insulin amount, and thereby may reduce the risk of hypoglycemia.

In der vorliegenden Arbeit gelang es die Bedeutung sowie die Aktivierung und Mobilisierung der koronaren Gefäßwand-residenten Stammzellen bei der Angiogenese des Herzgewebes mittels Cardiac Angiogenesis Assay präzise zu charakterisieren und beeinflussende Faktoren zu identifizieren.

Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) und stellt die häufigste Ursache frühzeitiger Behinderung junger Erwachsener dar. Kennzeichnend sind multifokale ZNS-Läsionen, die durch Inflammation, Demyelinisierung und Axonschäden geprägt sind und zu multiplen neurologischen Defiziten führen. Derzeit ist es mithilfe der verlaufsmodifizierenden Therapie möglich, die Immunantwort abzuschwächen und damit die Krankheitsprogression zu verzögern. Geheilt werden kann die Erkrankung jedoch bislang nicht. Dabei ist nicht hinreichend geklärt, ob die neuen Therapieoptionen über die Immunmodulation/-suppression hinaus einen anhaltenden Schutz vor der langfristigen Neurodegeneration bieten. Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen klinischer Studien zur Therapie der schubförmig-remittierenden MS mit dem Anti-CD52-Antikörper Alemtuzumab, der zu einer Depletion CD52-exprimierender Immunzellen führt, wurden diesbezüglich Analysen in MS-Tiermodellen durchgeführt. Da die Untersuchung der zugrunde liegenden Patho- und Effektormechanismen am Menschen kaum möglich ist, ist die MS-Forschung für ein tiefergehendes Verständnis auf Tiermodelle angewiesen. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) ist hierbei das am weitesten verbreitete Modell der MS, wofür vor allem der C57BL/6 (B6) -Mausstamm verwendet wird, da auf diesem Hintergrund die meisten genmodifizierten Mäuse gezüchtet werden. Jene tierexperimentellen Studien, in denen ein muriner Anti-CD52-Antikörper im frühen Krankheitsstadium der EAE (Auftreten erster paralytischer Symptome) verabreicht wurde, erbrachten den Hinweis einer neuroprotektiven und scheinbar regenerativen Wirkung des Antikörpers. Über einen neuroprotektiven Effekt von Alemtuzumab im schwer behandelbaren chronisch-progredienten Stadium der MS ist jedoch wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit ist die erste detaillierte Untersuchung zum Einfluss des murinen Anti-CD52-Antikörpers auf die Demyelinisierung, den Axonschaden und die Hirnatrophie in der MP4-induzierten EAE der B6-Maus im chronischen Verlauf der Erkrankung (ab stabilem Plateau der klinischen Symptomatik). MP4 ist ein Myelinfusionsprotein aus MBP (Myelin-Basisches-Protein) und PLP (Proteolipidprotein), welches in B6-Mäusen durch aktive Immunisierung eine EAE induziert, die chronisch verläuft und als eines von wenigen Modellen neben der T-Zell-Abhängigkeit die an Bedeutung zunehmende B-Zell-Komponente der MS darstellt. Histopathologisch finden sich in der chronischen MP4-induzierten EAE eine ausgeprägte Rückenmarks- und Kleinhirnschädigung, die vor allem im Kleinhirn durch eine B-Zell-Aggregation charakterisiert ist. Nachdem die MP4-immunisierten Mäuse im chronischen Stadium der EAE an fünf aufeinanderfolgenden Tagen mit 10 mg/kg Körpergewicht murinem Anti-CD52-spezifischem IgG2a-Isotypantikörper bzw. murinem unspezifischem IgG2a-Isotyp-Kontroll-Antikörper behandelt worden waren, wurde die Lymphozytendepletion im peripheren Blut durchflusszytometrisch ermittelt und deren Einfluss auf MP4-spezifische Antikörper anhand eines indirekten Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs) untersucht. Als Marker für Axonschäden wurde im Serum vorhandenes phosphoryliertes Neurofilament-Heavy (pNF-H) mithilfe eines indirekten Sandwich-ELISAs quantitativ bestimmt. Rückenmark und Kleinhirn wurden ultrastrukturell auf Veränderungen der Myelinisierung (mittels g-Ratio: Axondurchmesser geteilt durch Gesamtdurchmesser der Nervenfaser) und auf Axonpathologien (verringerter Abstand benachbarter Neurofilamente, axolytische Axone, axonaler Verlust) untersucht. Die Hirnatrophie wurde MRT-basiert gemessen und der klinische Verlauf täglich evaluiert. Durch die Anti-CD52-Antikörperbehandlung wurde die T- und B-Zellzahl zwar drastisch vermindert, die MP4-spezifische Antikörperproduktion blieb davon jedoch unbeeinträchtigt. Ein günstiger Effekt auf die De- und Remyelinisierung war nicht festzustellen. Das Hirnvolumen und die klinische Präsentation der Mäuse blieben ebenfalls unverändert. Während kein Unterschied der pNF-H-Konzentration zu erkennen war, konnte ultrastrukturell jedoch ein geringerer Axonschaden nachgewiesen werden. Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass der Anti-CD52-Antikörper im chronischen Verlauf der EAE/MS wenig Einfluss auf die neurodegenerativen Prozesse nimmt und die Regeneration nicht fördern kann. Die Ursache liegt vermutlich in der Undurchlässigkeit der Bluthirnschranke für Antikörper sowie dem limitierten Verständnis der Antikörperwirkung im ZNS. Die vorliegende Studie regt somit zur Etablierung von ZNS-wirksamen Antikörpern an und unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung von selektiveren neuroprotektiven und remyelinisierungsfördernden Behandlungsansätzen, die eine wertvolle Ergänzung zur verlaufsmodifizierenden Therapie darstellen könnten.

Tumore bestehen nicht nur aus malignen Zellen, sondern ebenfalls aus einer Vielzahl an nicht tumorigenen Zellen, die den Tumor auf vielfältige Weise unterstützen und den Tumor vor therapeutischen Maßnahmen schützen. Die Frage der Herkunft dieser Zellen insbesondere in einem nicht vaskularisierten Tumor ist daher auch für die Entwicklung zukünftiger Therapeutika relevant. In dieser Arbeit wurde eine Methode etabliert, die im dreidimensionalen Raum die Untersuchung des Einflusses von Tumorzellen auf die vaskuläre Adventitia am Model der Mausaorta ermöglicht. Dazu erfolgte die Einbettung von Alginatbeads aus verschiedenen Tumorzelllinien in eine gemeinsame Kollagenmatrix mit murinen Aortenringen. Während des zehntägigem Versuchszeitraums wurde die Aussprossung von Zellen aus den Aortenringen beobachtet und quantifiziert. Es wurde festgestellt, dass die Auswanderung während des Versuchszeitraums zunimmt und dass die Konfrontation mit der Zytokinmischung der Tumorzellen zu einer stärkeren Aussprossung führt, als die Stimulation mit VEGF oder keine Stimulation. Eine gerichtete Auswanderung der Zellen in Richtung der Tumorbeads konnte nicht nachgewiesen bzw. bestätigt werden. Kapilläre Aussprossungen waren nur in geringem Ausmaß zu beobachten. Bei Charakterisierung der ausgewanderten Zellen mittels immunhistochemischer Färbungen waren keine F4/80-positiven und nur einzelne CD34-positive Zellen zu finden. CD31-positive Endothelzellen stellten die Mehrheit der ausgewanderten Zellen bei Tumorzellkonfrontation. Perizyten, die mit dem Marker NG2 gefärbt wurden, stellten eine Mehrheit der migrierten Zellen bei allen Bedingungen. Die in dieser Arbeit etablierte Methode des Aortenring-Bead-Konfrontationsassays ermöglicht es, in Echtzeit den Einfluss von Tumorzellen auf die Gefäßwand im dreidimensionalen Raum zu beobachten. Der Aortenring-Bead-Konfrontationsassay bietet eine Vielzahl an Variationsmöglichkeiten und stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Lücke zwischen zweidimensionalen in vitro-Experimenten und kostenintensiven in vivo-Versuchen zu schließen.