Dokument: Vergleich des Differenzierungspotentials und der assoziierten Genexpressionssignatur von adulten und neonatalen humanen Stromazellpopulationen in Korrelation zur Knochenregeneration.
| Titel: | Vergleich des Differenzierungspotentials und der assoziierten Genexpressionssignatur von adulten und neonatalen humanen Stromazellpopulationen in Korrelation zur Knochenregeneration. | |||||||
| Weiterer Titel: | Comparison of the differentiation potential and the associated gene expression signature of adult and neonatal human stromal cells in correlation to the bone regeneration. | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=26699 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20130902-101202-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Bosch, Julia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Dr. Kögler, Gesine [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Brötz-Oesterhelt [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | In Folge der demografischen Alterung der Bevölkerung steigt der Bedarf an Therapien für Erkrankungen des skeletalen Systems. Auch Tumorresektionen oder Unfälle können den Ersatz von Knochen erfordern. Die konventionelle Therapie großer Knochendefekte (critical size defects), besteht in der Transplantation von patienteneigenem oder Spenderknochen (autolog/allogen). Die in vitro Herstellung von Gewebetransplantaten (tissue engineering) aus einer natürlichen oder synthetischen Matrix, die mit Zellen besiedelt und durch Wachstumsfaktoren stimuliert werden kann, bietet einen alternativen Behandlungsansatz.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die detaillierte Charakterisierung von humanen Stromazellpopulationen aus neonatalen (Nabelschnur, Nabelschnurblut) und adulten Geweben (Knochenmark) hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz in regenerativen Therapien von Knochendefekten. Da adulte Stromazellen aus dem Knochenmark (bone marrow stromal cells, BM SC) bislang als Gold Standard für den Einsatz in der regenerativen Knochengewebeherstellung gelten, werden die neonatalen Zellpopulationen mit diesem Zelltyp verglichen. BM-SC waren stark positiv für CD146, exprimierten HOX-Gene und waren in vitro zur Fett-, Knorpel- und Knochendifferenzierung (adipo-/chondro-/osteogen) fähig. Jedoch reduzierte sich mit dem Alter des Zellspenders das in vitro Knochendifferenzierungspotential. Hinsichtlich der Genexpression wurde für BM-SC eine osteogen geprägte Signatur aufgezeigt. Weiterhin zeigten BM SC eine große biologische Variabilität, wodurch der klinische Einsatz der Zellen beeinträchtigt würde. Stromazellen aus der Nabelschnur (umbilical cord stromal cells, UC-SC) zeigten zwar ein starkes Proliferationspotential, wiesen in vitro jedoch weder ein adipo- oder chondrogenes, noch ein osteogenes Differenzierungspotential auf. Daher besitzt dieser Zelltyp keine Relevanz für die therapeutische Anwendung zur Knochenregeneration. Zwei nicht-haematopoetische Stromazelltypen können aus dem Nabelschnurblut isoliert werden. Cord blood stromal cells (CB-SC) wurden durch das Potential zur adipogenen Differenzierung und die Präsenz von HOX-Genen charakterisiert. Im Vergleich zu BM-SC zeigten CB-SC in vitro ein verringertes osteogenes Differenzierungspotential. Unrestricted somatic stromal cells (USSC) sind ebenfalls im Nabelschnurblut präsent, exprimierten anders als CB-SC jedoch keine HOX-Gene und waren nicht zur Bildung von Fettzellen fähig. In vitro differenzierten USSC chondro- und osteogen und wiesen ein starkes Proliferationsvermögen auf. Die stabile Überexpression von bone sialoprotein (BSP) führte zu einer weiteren Steigerung der Kalzifizierung nach in vitro Differenzierung, die von osterix (OSX) hingegen zu einer Reduktion. Die Genexpressionssignatur der biologisch jüngeren USSC war im Gegensatz zu BM SC nicht osteogen geprägt. Die in vitro Simulation der Transplantation HOX-negativer USSC in eine HOX-positive Umgebung (z.B. Tibia) durch direkte Ko Kultur von USSC und CB SC belegte die Fähigkeit der USSC, eine HOX-Genexpression zu adaptieren, was Studien anderer Gruppen zufolge essentiell für erfolgreiche Knochenregeneration ist. Unter den in dieser Arbeit analysierten Zellpopulationen erwiesen sich USSC und BM-SC als vielversprechend für den therapeutischen Einsatz zur Knochenregeneration. Adulte BM-SC waren bereits hinsichtlich ihrer Genexpression auf die osteogene Differenzierung geprägt, die Zellpopulationen variierten jedoch stark in Abhängigkeit vom Zellspender. Neonatale USSC waren biologisch naiver und zeigten Vorteile bezüglich Proliferation und Anpassungsfähigkeit an die Umgebung.The need to treat diseases affecting the skeleton increases due to the demographic aging of the population. Tumor resections or accidents are further reasons that may require the replacement of bone. Conventional treatment of so called critical size defects includes the transplantation of the patient´s own or donor bone (autologous/allogeneic). The in vitro bone tissue engineering of a natural or synthetic matrix that can be seeded with cells and stimulated using growth factors provides an alternative therapeutic approach. Aim of this thesis was the detailed characterization of human stromal cells derived from neonatal (umbilical cord, cord blood) and adult tissues (bone marrow) regarding their applicability in the regenerative treatment of bone defects. Since adult bone marrow stromal cells are considered as the gold standard for bone tissue engineering, the neonatal cell types were analyzed in comparison to this cell type. BM-SC were strongly positive for CD146, expressed HOX-genes and could be differentiated in vitro towards adipose tissue, cartilage and bone (adipo-/chondro-/osteogenic). However, the osteogenic potential decreased with the age of the cell donor. According to the gene expression, an osteogenic signature was described. Furthermore, BM-SC displayed a strong biological variability, which impairs the potential clinical applicability of these cells. Umbilical cord stromal cells (UC-SC) exhibited a strong proliferation potential but no adipo-, chondro- or osteogenic in vitro differentiation capacity. Therefore, UC-SC did not possess a clinical relevance for bone tissue engineering. Two non-haematopoietic stromal cell types can be isolated out of cord blood. Cord blood stromal cells (CB-SC) were characterized by their potential to differentiate into adipocytes and by the expression of HOX-genes. In comparison to BM-SC, CB-SC revealed a reduced osteogenic in vitro capacity. Unrestricted somatic stromal cells (USSC) can also be isolated from cord blood. In contrast to CB-SC, USSC displayed no adipogenic differentiation potential and were HOX-negative. In addition to the chondro- and osteogenic in vitro potential, USSC showed a strong proliferation capacity. The overexpression of bone sialoprotein (BSP) enhanced the calcification after osteogenic in vitro differentiation while the overexpression of osterix (OSX) caused a reduction. In contrast to BM-SC, the gene expression signature of the biologically younger USSC revealed no osteogenic character. The in vitro simulation of the transplantation of HOX-negative USSC in a HOX-positive tissue (e.g. tibia) by direct co-culture of USSC and CB-SC (HOX-positive) demonstrated the ability of USSC to adapt a HOX-gene expression, which is according to studies of other groups essential for successful bone regeneration. Among the cell populations analyzed in this thesis, USSC and BM-SC held promise for the use in bone tissue engineering. While adult BM-SC exhibited an osteogenic gene expression character, there is a high variability depending on the cell donor. Neonatal USSC were biologically naive and showed advantages in terms of proliferation and adaptability to surrounding cells. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Transplantationsdiagnostik und Zelltherapeutika (ITZ) | |||||||
| Dokument erstellt am: | 02.09.2013 | |||||||
| Dateien geändert am: | 02.09.2013 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 06.05.2013 | |||||||
| Datum der Promotion: | 05.07.2013 |
