Auswirkungen einer systemischen Hypertonie auf parakrine Effekte kardialer Progenitorzellen
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Zusammenfassung
Viele wissenschaftliche Untersuchungen und klinische Experimente konnten injüngster Zeit die funktionsverbessernden Wirkungen von kardialen Stammzellen und Progenitorzellen, vorwiegend auf das erkrankte Herz, beweisen. Die exakten Mechanismen dieser positiven Beeinflussung sind bis dato weitestgehend ungeklärt. Diese Studie gab uns die Möglichkeit, die parakrinen Effekte adulter kardialer Progenitorzellen (CPC) in Hinblick auf das Management des kranken Herzens zu untersuchen. Die Progenitorzellen wurden aus Herzgewebe von normotensiven Wistar Ratten (WIS), spontan hypertensiven Ratten (SHR) sowie von Menschen gewonnen, wobei bei Letzteren eine Zuordnung zu Gruppen von Hypertonikern und Nichthypertonikern erfolgte. Dabei wurden im Zuge der Kultivierung die konditionierten Überstände der Progenitorzellen gewonnen und in anschließenden Versuchen auf ihre Einflüsse hinsichtlich des Remodelings und der kardialen Funktion von isolierten Kardiomyozyten und Ganzherzen analysiert. Bei dem Großteil der Untersuchungen standen die kardialen Progenitorzellen und deren Überstände am Ende der sechswöchigen Kultivierungsphase im Fokus. Zu diesem Zeitpunkt gewonnene konditionierte Überstände wurden zusammen mit ihren unkonditionierten Kontrollen in den Experimenten zur Untersuchung der kardialen Funktion und des Remodelings verwendet.Die Charakterisierung ex vivo generierter Progenitorzellen erfolgte anhand von typischen kardialen Markern und Stammzellmarkern, welche durch Western Blot, RT-PCR und Immunfluoreszenz nachgewiesen werden konnten. Zudem wurde in den Zellen das Auftreten von spontanen Calciumtransienten überprüft. Versuche, in denen konditionierte Überstände kardialer Progenitorzellen für 24 Stunden mit isolierten Kardiomyozyten inkubiert wurden, zeigten eine signifikante Verbesserung der kontraktilen Funktion, was auf zellulärer Ebene auf einen ebenfalls nachgewiesenen Anstieg des Serca 2a/NCX-Verhältnisses (Indikator für verbessertes Calciumhandling) zurückzuführen ist. Auf gleiche Weise behandelte Kardiomyozyten zeigten im Hoechst-Assay eine Verminderung der Apoptoserate, was wiederum durch einen signifikanten Anstieg des Bcl-2/Bax-Verhältnisses (Überwiegen des anti-apoptotischen Effekts) verursacht wird. In beiden Versuchen konnte eine Verstärkung des Effekts bei Verwendung von Überständen von SHR im Vergleich zu WIS sowie in Versuchen mit Kardiomyozyten von SHR gezeigt werden. Generell konnte eine erhöhte Ansprechbarkeit isolierter Kardiomyozyten von SHR auf die konditionierten Überstände von SHR ermittelt werden. Diese Überstände wurden für Ischämie-Reperfusions-Versuche im Langendorff-Modell mit Herzen von WIS und SHR verwendet. Hierbei konnte in beiden Gruppen eine Verbesserung der Postinfarkt-Erholung (Recovery) und in den SHR Herzen eine erhöhte mRNA Expression des Bcl-2 im Verhältnis zu Bax beobachtet werden. Die Untersuchungen zur Auswirkung auf die kontraktile Funktion wurden auch mit Überständen von humanen Progenitorzellen durchgeführt, wobei deren Spender vor dem Hintergrund ihres Blutdruck-Status bewertet wurden. Hierbei ergab sich wiederum ein signifikanter Anstieg der kontraktilen Funktion bei der Gruppe der Nichthypertoniker, welcher bei der Gruppe der Hypertoniker sogar hoch signifikant ausfiel. Bei der Zusammenfassung aller Versuche mit humanen Progenitorzellen wird eine deutliche Korrelation zwischen dem Status der Hypertonie und der Verbesserung der kontraktilen Funktion von isolierten Kardiomyozyten ersichtlich. Bei der Zytokin-Analyse der Überstände konnten in den verschiedenen Gruppen deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung und Konzentration der freigesetzten Zytokine beobachtet werden. Besonders auffällig waren hierbei die Zytokine IL-6, welches von den SHR Progenitorzellen im Vergleich zu WIS vermehrt sezerniert wurde, sowie MIP-3α und TNF-α, welche von SHR vermindert sezerniert wurden. In den humanen Überständen aus Progenitorzellen von Hypertonikern wurden die Zytokine IL-6, IL-8, MCP-1, MMP-1 und TIMP-1 vermehrt sezerniert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass kardiale Progenitorzellen in der Lage sind, die kardiale Funktion und das Remodeling des Herzens durch parakrine Mechanismen zu verbessern. Die Ausprägung der Effekte wird hierbei sowohl durch den Donor als auch den Empfänger der konditionierten Überstände beeinflusst. Diese Phänomene sind wiederum sowohl auf das unterschiedliche parakrine Profil (Zytokincocktail) der Progenitorzellen (Donor) als auch die auf die Konstitution des untersuchten Materials (Empfänger) zurück zu führen. In beiden Fällen nimmt also der Status der Vorerkrankung einen ausgeprägten Einfluss auf das Geschehen. Diese Erkenntnisse stellen ein Schlüsselelement zukünftiger Forschungen dar und ermöglichen somit eine gezielte Untersuchung von Signaltransduktionswegen und Mechanismen, um das Potenzial der Zytokine in der gezielten Behandlung kardialer Erkrankungen ausnutzen zu können.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler