Untersuchungen zur Charakterisierung humaner Mesoangioblasten von Kindern und Erwachsenen

Abstract

Mesoangioblasten sind kürzlich entdeckte mesodermale Stammzellen mit hohem Potential zu Teilung und Differenzierung. Sie tragen frühe hämatopoetische Oberflächenantigene, Rezeptoren und Signalmoleküle der mesodermalen Induktion, sowie endotheliale Marker. Zirkulierende humane Mesoangioblasten bieten möglicherweise eine neue Quelle einfach zu gewinnender und potenter Stammzellen zur Therapie kardiovaskulärer Erkrankungen. Diese Arbeit untersuchte die (i) Stammzellnische und Mobilisation von Mesoangioblasten, (ii) Anzahl und Funktion von Mesoangioblasten bei Kindern und Erwachsenen und (iii) Verbesserung der Funktion von Mesoangioblasten durch Veränderung des Mikromilieus. Im ersten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass zirkulierende Mesoangioblasten seltene Zellen sind, die vermehrt bei Kindern und nach kardiopulmonalem Bypass auftreten. Sie stammen diesen Versuchen zufolge von außerhalb des Knochenmarks und des Herzens. Mesoangioblasten werden in vitro durch Plasma nach kardiopulmonalem Bypass zu Migration und Überleben angeregt. HGF wurde als wichtiger Faktoren bei der Mobilisation und Migration von Mesoangioblasten beschrieben. Im zweiten Teil der Arbeit konnten folgende Risikofaktoren für eingeschränkte Zahl und proliferative Kapazität von Mesoangioblasten ausgemacht werden: Alter, Gendefekte mit Assoziation zu konnatalen Herzvitien, und chronisch thrombembolische pulmonale Hypertonie (Fallbericht). Präoperative Hypoxämie führte hingegen zu einem schnelleren Zellwachstum in vitro. Zudem zeigten Versuche in vitro den Einfluss des Mikromilieus auf Zellüberleben: das Überleben junger Mesoangioblasten (cMAB) wurde in altem Plasma signifikant reduziert, während das Überleben von alten Mesoangioblasten (aMAB) in jungen Plasma signifikant gesteigert wurde. Die migratorische Aktivität von cMAB konnte durch externe Stimuli weiter gesteigert werden konnte, jedoch war die migratorische Aktivität von aMAB signifikant vermindert und wurde durch eine junge Umgebung oder externe Stimuli nur tendenziell verbessert. Im dritten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass bei Endothelialen Progenitorzellen im Gegensatz zu Mesoangioblasten durch Plasma nach kardiopulmonalem Bypass sowohl Migration als auch Survival signifikant vermindert werden. Hierbei spielt es keine Rolle, ob Plasma von jungen oder alten Donoren verwendet wurde. Zusammenfassend demonstriert die vorliegende Arbeit (i) HGF als möglichen mobilisierenden Faktor der außerhalb von Knochenmark und Herz residierenden Mesoangioblasten, (ii) dass Anzahl und Funktion zirkulierender Mesoangioblasten von Donoralter und -komorbdität abhängen, sowie (iii) die funktionelle Relevanz des Mikromilieus für Migration und Überleben von Mesoangioblasten und Endothelialen Progenitorzellen. Die Identifikation von Faktoren, die endogene Progenitorzellen mobilisieren, bietet neue therapeutische Möglichkeiten die Reparaturmechanismen in erkranktem und gealtertem Gewebe zu verbessern. Desweiteren könnte die Vorbehandlung von Zellen mit mRNA, Wachstumsfaktoren oder anderen Substanzen sowie die Optimierung des zellulären Mikromilieus einen sinnvollen Ansatz zur Verbesserung der Stammzelltherapie bei kardiovaskulären Erkrankungen darstellen. Weitere Untersuchungen zum Verständnis dieser Prozesse können den Weg zur Optimierung von Stammzelltherapie oder zur zellfreien Therapie ebnen. Mesoangioblasts are recently discovered mesodermal stem cells with high proliferation and differentiation capacity. They posess early haematopoietic surface markers, receptors and signalling molecules of mesodermal induction as well as endothelial markers. Circulating human mesoangioblasts possibly offer a new source of easy accessible and potent stem cells for therapy of cardiovascular diseases. In this study, we investigated (i) stem cell niche and mobilisation of mesoangioblasts, (ii) number and function of child- and adult-derived mesoangioblasts and (iii) improvement of mesoangioblast function by changing microenvironment. In the first part of the study it was shown that circulating mesoangioblasts are rare cells with increased occurence in children and after cardiopulmonary bypass. According to this study, they are neither derived from bone marrow nor from heart. In vitro mesoangioblast migration und survival is stimulated by plasma obtained after cardiopulmonary bypass. HGF was found to be an important factor in mobilisation and migration of mesoangioblasts. In the second part of the study the following risk factors were found to be associated with reduced number and proliferative capacity of mesoangioblasts: age, genetic defects associated with connatal cardiac malformation, and chronic thromboembolic pulmonary hypertension (case report). However, preoperative hypoxaemia led to increased cell survival in vitro. Furthermore, the influence of microenvironment was shown in vitro: survival of young mesoangioblasts (cMAB) was significantly reduced in aged plasma, whereas survival of aged mesoangioblasts (aMAB) was significantly improved in young plasma. The migratory activity of cMAB could be significantly improved by exposure to external stimuli, but migratory activity of aMAB was significantly reduced and could hardly be improved by exposure to a young environment or external stimuli.In the third part of the study we showed that in contrast to the findings in mesoangioblasts, migration as well as survival of endothelial progenitor cells was significantly reduced in plasma obtained after cardiopulmonary bypass, no matter if plasma from young or old donors was used. In sum, this study demonstrates (i) HGF as a possibly factor mobilising mesoangioblasts from their niche outside of bone morrow and heart, (ii) that number and function of circulating mesoangioblasts depend from donor age and comorbidity, and (iii) the influence of microenvironment on migration and survival of mesoangioblasts and endothelial progenitor cells. The identification of factors that mobilize endogenious progenitor cells offer new therapeutic possibilities to improve repair mechanisms in diseased and aged tissues. The pretreatment of cells with mRNA, growth factors or other substances, as well as optimising of cellular microenvironment could provide a new approach to improve stem cell therapy in cardiovascular diseases. Further investigations concerning these processes could give way to improve stem cell therapy or even cell free therapy.