Dokument: Transplantation of stem cells from human umbilical cord blood to improve regeneration after spinal cord injury.

Titel:Transplantation of stem cells from human umbilical cord blood to improve regeneration after spinal cord injury.
URL für Lesezeichen:https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=17178
URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20110202-100051-0
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Schira, Jessica [Autor]
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Dateien vom 01.02.2011 / geändert 01.02.2011
Beitragende:Prof. Dr. Müller, Hans Werner [Gutachter]
Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:Traumatische Verletzungen des Rückenmarks führen zu Unterbrechungen der elektrophysiologischen Signalweiterleitung, die distal zur Läsion den Verlust der Beweglichkeit und der Sensorik bei gleichzeitiger Funktionsstörung des vegetativen Nervensystems zur Folge hat. Eine durch die Rückenmarkverletzung bedingte Narbenbildung, massives Zellsterben sowie die Anreicherung inhibitorischer Moleküle verhindern eine spontane Regeneration der in ihrem intrinsischen Wachstumspotential ohnehin eingeschränkten Axone des adulten Zentralnervensystems.
Ein möglicher Behandlungsansatz nach Rückenmarkverletzung ist die Transplantation von Stammzellen. Bislang ist jedoch unklar, welcher Stammzelltyp einen therapeutischen Nutzen hat, da Transplantationsstudien in Tiermodellen und Patienten mit Stammzellen verschiedenen Ursprungs zu widersprüchlichen Ergebnissen führten. Bei einer Vielzahl von Transplantationsstudien mit Stammzellen menschlichen Ursprungs wurden zudem zumeist die nur unzureichend charakterisierten mesenchymalen Stammzellen verwendet, welche aus dem Knochenmark oder aus Nabelschnurrestblut gewonnen werden können. Neben mesenchymalen Stammzellen können aus Nabelschnurrestblut sogenannte unrestringierte somatische Stammzellen (USSC) isoliert werden, die durch die Expression von delta-like 1/preadipocyte factor 1 und einen USSC-spezifischen Hox-code von mesenchymalen Stammzellen zu unterscheiden sind. Ob eine Transplantation dieses Stammzelltypen nach Rückenmarkverletzung in ein klinisch-relevantes Tiermodel therapeutischen Nutzen hat, wurde bislang nicht untersucht.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Migrations- und Differenzierungs-eigenschaften von USSC nach Transplantation in akut-verletztes Rückenmark zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein bereits etabliertes Nagermodell verwendet. Des Weiteren sollte die Auswirkung der USSC-Transplantation auf axonale Regeneration, Gewebeerhalt und funktionelle Erholung analysiert werden.
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass USSC nach Transplantation in die unmittelbare Umgebung einer thorakalen dorsalen Hemisektion (thorakales Segment 8) in Abhängigkeit des Hepatozyten-Wachstumsfaktors zur Läsion migrieren und dort akkumulieren. Ferner konnte gezeigt werden, dass die Transplantation von USSC eine axonale Regeneration fördert. Die Inkubation primärer Neuronenkulturen der Ratte mit USSC-konditioniertem Medium führte zu vermehrtem Neuritenwachstum in vitro. Dies lässt auf eine Ausschüttung wachstumsfördernder Faktoren schließen, die zur beobachteten axonalen Regeneration in vivo beitragen könnten. Zudem wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass die Transplantation von USSC zu einer reduzierten Läsionsgröße und zu verbessertem Gewebeerhalt führt. In einer Langzeitstudie, die über einen Zeitraum von 16 Wochen nach Transplantation durchgeführt wurde, konnte mittels drei verschiedener lokomotorischer Verhaltenstests festgestellt werden, dass eine Transplantation von USSC ins verletzte Rückenmark zu konstant signifikant verbesserter Lokomotorik führt, die auf den gesteigerten Gewebeerhalt zurück zu führen sein könnte. Eine neurale Differenzierung oder dauerhafte Präsenz der USSC nach Transplantation war für die beobachteten positiven Effekte nicht nötig.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Transplantation von nativen, aus dem Nabelschnurrestblut isolierten USSC einen vielversprechenden Behandlungsansatz nach Rückenmarkverletzung darstellt. Eine Transplantation von USSC in akut-verletztes Rückenmark begünstigt demnach die axonale Regenerationsfähigkeit, den Gewebeerhalt und die lokomotorische Erholung. In einer nachfolgenden Studie ist zu klären, ob die Transplantation von USSC in ein klinisch relevanteres Läsionsmodell, wie der Quetschläsion, die die überwiegende Ursache für Querschnittslähmung darstellt, ebenfalls zur lokomotorischen Erholung führt. Des Weiteren sollte in zukünftigen Studien ein Vergleich von USSC und mesenchymalen Stammzellen in Betracht gezogen werden, da bislang unklar ist, welcher Stammzelltyp effizienter zur Behandlung traumatischer Rückenmarkverletzungen eingesetzt werden könnte.

Injury of the spinal cord interrupts the electrophysiological signal transduction, resulting in a long lasting loss of mobility and sensory input as well as autonomic nervous system control below the level of the lesion. Spontaneous regeneration of CNS axons fails due to massive cell death, presence of extrinsic inhibitory molecules, scar formation and the deficient growth potential of adult CNS neurons.
Stem cell therapy is a potential treatment for spinal cord injury (SCI), and different stem cell types have been grafted into animal models and humans with SCI. Due to inconsistent results, it is still an open question which stem cell type will prove to be therapeutically effective. Thus far, stem cells of human sources grafted into the spinal cord mostly included barely defined heterogeneous mesenchymal stem cell (MSC) populations derived from bone marrow or umbilical cord blood. In addition to MSC, human umbilical cord blood contains unrestricted somatic stem cells (USSC), which can be clearly discriminated from cord blood MSC by the expression of delta-like 1/preadipocyte factor 1 and a USSC-specific Hox-code. Transplantation of this well-defined human stem cell population has previously not been used as a cellular therapeutic strategy in pre-clinical animal studies treating SCI.
The focus of this study was to characterize USSC migration and neural differentiation after transplantation into a rodent model of acute SCI. Further, effects of USSC grafting on axonal regeneration, tissue preservation and functional outcome were evaluated. The present study revealed that grafting of USSC into the vicinity of a dorsal hemisection injury at thoracic level Th8 results in hepatocyte growth factor-directed migration and accumulation within the lesion area. Further, it was demonstrated that USSC transplantation results in improved axonal regeneration. Incubation of primary rat neuronal cell cultures with USSC-conditioned medium enhanced neurite outgrowth, suggesting that USSC release neurite growth promoting factors underlying the improved axonal regeneration in vivo. In addition, this approach revealed that USSC transplantation into an acute SCI model reduces the lesion size and leads to augmented tissue sparing. The observed tissue protection may further have contributed to enhanced locomotor recovery of USSC transplanted rats as evaluated in a long term study with three different locomotor tests. All three locomotor tests carried out for 16 weeks post transplantation revealed that USSC-transplantation leads to a significantly and consistently improved locomotor performance. The beneficial effects were accomplished without neural differentiation or long-lasting persistence of the grafted USSC. The present data therefore reveal promising results, suggesting that transplantation of native USSC derived from human umbilical cord blood into acute spinal cord injured rats is an effective strategy to promote regenerative axon growth, tissue sparing and significant functional locomotor improvement. It would be interesting to investigate the effect of USSC transplantation on contusion injured rats, which has higher clinical relevance as this represents the most common kind of injury. Furthermore, it is currently unsolved whether USSC transplantation leads to more pronounced improvement than MSC from human umbilical cord blood. These aspects will be taken into consideration for future studies.
Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:02.02.2011
Dateien geändert am:02.02.2011
Promotionsantrag am:08.10.2010
Datum der Promotion:18.01.2011
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