Osteogene Differenzierung von humanen Nabelschnurblutstammzellen (USSC) in der adhärenten Zellkultur sowie auf boviner, kollagener Knochenmatrix
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Zusammenfassung
Der Einsatz von zellulären Transplantaten ist eine moderne und vielversprechende Alternative zu bisher bestehenden Therapiekonzepten bei der Behandlung von Knochendefekten. Das besondere Augenmerk liegt hierbei auf extrakorporal hergestellten Gewebekonstrukten, die in einen Defekt eingesetzt werden und einheilen können.In der vorliegenden Arbeit wurde das Differenzierungspotential von humanen Nabelschnurblutstammzellen (USSC) evaluiert und eine Möglichkeit der Kultivierung dieser Zellen als Vorbereitung zum Einsatz in vivo untersucht. Desweiteren wurde das Potential des Trägermaterials Zytokine aufzunehmen und zu speichern sowie diese wieder abzugeben evaluiert. Mittels eines Trägermaterials eingebrachte Zytokine könnten sowohl körpereigene als auch transplantierte Zellen stimulieren. Für die osteogene Differenzierung der USSC wurden Dexamethason, Ascorbinsäure und ß-Glycerophosphat (DAG) sowie bone morphogenetic protein (BMP)-2 verwendet. Neben der Differenzierung im Monolayer wurden die Zellen auf einer kollagenen Knochenmatrix (ICBM) kultiviert und differenziert. Der Versuch der angiogenen Differenzierung der USSC wurde mittels vascular endothelial growth factor (VEGF) und Endothelial Growth Medium (EGM)-2 durchgeführt. Die charakteristischen Merkmale der osteogenen Differenzierung wurden auf RNA- und Proteinebene sowie phänotypisch anhand histologischer Färbungen und elektronenmikroskopischer Aufnahmen nachgewiesen. Die Merkmale der angiogenen Differenzierung wurden anhand des Transkriptionsprofils überprüft. Die Freisetzungskinetik von VEGF aus einem ICBM wurde mittels eines ELISA gemessen. Die ICBM wurden mit Zytokinen durch Trocknung oder durch eine Agarose/Gelatine-Beschichtung dotiert.Durch die Verwendung von DAG konnten die charakteristischen Merkmale der osteogenen Differenzierung anhand der genannten Methoden nachgewiesen werden. Der Einsatz von BMP-2 führte unter den angewandten Bedingungen jedoch zu keiner feststellbaren osteogenen Differenzierung der Zellen. Hier ist die Austestung dieses Zytokins in Kombination mit anderen Substanzen, wie beispielsweise einer zusätzlichen Phosphatquelle, erforderlich. Alternativ ist auch die Verwendung von anderen Zytokinkonzentrationen zu überdenken. Eine generelle Differenzierung der USSC zu knochenbildenden Zellen konnte sowohl im zwei- wie auch im dreidimensionalen Modell gezeigt werden. Die Expressionsprofile osteogener Marker unterscheiden sich in beiden Kulturen deutlich voneinander, wofür vor allem das 3D-Trägermaterial verantwortlich zu sein scheint. Der Versuch, osteogen und angiogen differenzierte Zellen desselben Ursprungs zusammenzuführen, gelang nicht, da es unter den gewählten Bedingungen nicht möglich war, die USSC in die endotheliale Linie zu differenzieren. VEGF ließ sich gut auf das spongiöse Gerüst des ICBM auftragen und durch eine Beschichtung des Trägers wurde eine retardierte Abgabe erreicht.Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die untersuchten USSC zur osteogenen Differenzierung geeignet sind. Insbesondere erscheint die Kombination der Zellen mit einem kollagenen Träger als ein vielversprechendes Konstrukt zur Knochenregeneration. Hingegen konnte unter den gewählten Bedingungen keine endotheliale Differenzierung der USSC induziert werden. Hier muss mithilfe weiterer Untersuchungen geklärt werden, ob die Zellen überhaupt ein Potential besitzen angiogen zu differenzieren.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
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Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler