Dokument: Entwicklung eines rekonstruierten dreidimensionalen Schweißdrüsenmodells
| Titel: | Entwicklung eines rekonstruierten dreidimensionalen Schweißdrüsenmodells | |||||||
| Weiterer Titel: | Development of a reconstructed three-dimensional sweat gland model | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=43034 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20170807-104935-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Klaka, Patricia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Proksch, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Mehlhorn, Heinz [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Beim Menschen wird die Körpertemperatur maßgeblich über das Schwitzen reguliert. Dabei wird die Kühlung der Hautoberfläche über die Abgabe des wässrigen Schweißes von ekkrinen Schweißdrüsen erzielt. Der Schweiß dient auch der Befeuchtung der Haut, der Aufrechterhaltung der Homöostase und der Immunabwehr durch die Sekretion von antimikrobiellen Peptiden wie Dermcidin. Zudem sind ekkrine Schweißdrüsen an Wundheilungsprozessen der Haut, wie der Regeneration der Epidermis, beteiligt. Eine Fehlregulation des teils noch unbekannten Sekretionsmechanismus kann Krankheiten wie beispielsweise Hyperhidrose, d.h. krankhaftes übermäßiges Schwitzen, auslösen. Da die Ursachen bisher unzureichend aufgeklärt sind, sind zur Linderung der Symptome derzeit nur wenige Wirkstoffe verfügbar. Daher ist die Identifikation weiterer kosmetischer und pharmakologischer Wirkstoffe gegen eine fehlregulierte Schweißproduktion wünschenswert. Ein Weg zur Identifikation ist die Analyse des Sekretionsmechanismus in physiologischen in vitro Zellkultursystemen der Schweißdrüse. Da konventionelle zweidimensionale (2D) Kulturen essentielle Marker bei der Kultivierung verlieren, eignen sich besonders organotypische dreidimensionale (3D) Modelle für die Erforschung grundlegender Prozesse. Zur Entwicklung eines neuartigen organotypischen 3D Modells der Schweißdrüse wurden erstmals Primärzellen mithilfe der Hanging drop-Technologie kultiviert. Die Zellen des sezernierenden Coils, welche für die Bildung des Primärschweißes verantwortlich sind, und die Zellen des Dukts, die die Funktion der Ionen-Resorption innehaben, wurden gemeinsam als Co-Kultur sowie getrennt voneinander als 3D Modell kultiviert. Nach umfassender Etablierung der Zellkulturbedingungen wurde mithilfe von Gen- und Proteinexpressionsanalysen die Differenzierung und die apikal-basale Polarität im 3D Modell anhand Schweißdrüsen-spezifischer Marker (CHRM3, NKCC1, CEACAM5, AQP5, ANO1 etc.) analysiert. Diese Marker wurden im 3D Modell im Vergleich zur 2D Kultur meist sehr ähnlich zur in vivo Situation exprimiert. An dieser Stelle konnte bereits die Überlegenheit des rekonstruierten 3D Modells aufgezeigt werden. Des Weiteren wies das 3D Co-Kultur Modell eine besonders hohe Korrelation der molekularen Profile zur in vivo Situation auf. In diesem 3D Modell konnte auch der Erhalt der Subzelltypen des Coils – clear cells, dark cells und Myoepithelzellen – nachgewiesen werden. Zudem zeigte das 3D Co-Kultur Modell eine apikal-basale Polarität, die für die Funktionalität von Epithelzellen essentiell ist. Diese konnte in 3D Modellen, die nur aus Coil- oder Dukt-Zellen bestanden, nicht vollständig gezeigt werden. Aus diesem Grund wurden die weiteren funktionalen in vitro Analysen nur noch unter Verwendung des 3D Co-Kultur Modells durchgeführt. Ekkrine Schweißdrüsen werden hauptsächlich über den Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) innerviert. Interessanterweise zeigten die 3D Modelle nach cholinerger Stimulation eine Veränderung des molekularen Profils, insbesondere auf Translationsebene. Ein Hinweis auf die Funktionalität des 3D Modells der ekkrinen Schweißdrüse war außerdem der Anstieg des intrazellulären Ca2+-Levels nach cholinerger Stimulation. Denn nach Innervierung durch ACh wird intrazellulär eine Calcium (Ca2+)-abhängige Signalkaskade sowie die Öffnung diverser Ionenkanäle und Transporter ausgelöst, die in vivo zur Bildung von Schweiß führt. Hier konnte zum ersten Mal die cholinerge Innervierung von primären ekkrinen Schweißdrüsenzellen in einem in vitro 3D Modell gezeigt werden. Abschließend wurden die 3D Modelle in ein in vitro Vollhautmodell integriert. Initiale Studien konnten vermutlich die Rekonstruktion der Epidermis in diesem in vitro Modell aufzeigen. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Doktorarbeit ein rekonstruiertes 3D Modell der Schweißdrüse mit physiologischer Funktionalität etabliert werden, welches zur Erforschung der Regulation des Sekretionsmechanismus und von Erkrankungen, aber auch zur Analyse von Wundheilungsprozessen eingesetzt werden kann.Human body temperature is mainly regulated by sweating. Cooling of the skin surface is achieved via evaporation of aqueous sweat secreted by eccrine sweat glands. Sweat glands are also involved in skin hydration, skin homeostasis and immune defense by secreting several antimicrobial peptides including dermcidin. Furthermore, sweat glands have the capacity to regenerate the epidermis during skin wound healing. Dysregulation of the partly unknown sweat mechanism can result in disorders like hyperhidrosis describing abnormal excessive sweating. Causes of these illnesses are often not illuminated, so commonly used reagents only partly ease disease symptoms. Thus, alternative cosmetic and pharmacological substances would be prefarable against dysregulated sweat secretion. To elucidate these underlying regulatory secretion mechanisms a reliable physiological in vitro cell culture system of the sweat gland is needed. Conventional two-dimensional (2D) cultures lose typical essential markers during cultivation, so organotypic three-dimensional (3D) models are rather suitable to study fundamental mechanisms. To develop a novel organotypic 3D model of the sweat gland primary cells and the hanging drop technology were applied. The cells of the secretory coil, which are responsible for the production of primary sweat, and the duct cells, which reabsorb ions, were cultivated altogether as a co-culture or separately in the 3D model. After the investigation of cell culture conditions, gene and protein expression of sweat gland specific markers (CHRM3, NKCC1, CEACAM5, AQP5, ANO1 etc.) were studied to analyze the differentiation and the apical-basal polarity in the 3D model. In 3D models, these markers were mainly expressed like in vivo in comparison to 2D cultures. Here, the superiority of this reconstructed 3D model could be already shown. Especially the 3D co-culture model could demonstrate a high in vivo correlation of the molecular profiles. In this 3D model, maintenance of the different cell types of the secretory coil – clear cells, dark cells, and myoepithelial cells – could be observed. Furthermore, the 3D model indicated apical-basal polarity which is essential for epithelial functionality. In certain cases, this could not be verified in 3D models cultured with only coil or duct cells, so further functional in vitro studies were done using the 3D co-culture model. Eccrine sweat glands are predominantly innervated via the neurotransmitter acetylcholine (ACh). Interestingly, alteration in the molecular profile was detected after cholinergic stimulation, notably on proteomic level. Furthermore, functionality of the eccrine sweat gland model was confirmed by an increase in intracellular Ca2+ level after cholinergic stimulation. Due to the fact that ACh is released, an intracellular calcium (Ca2+)-dependent signaling pathway is activated leading to the opening of several ion channels and transporters, which in vivo induces the production of sweat. For the first time, physiological cholinergic innervation of primary eccrine sweat gland cells in an in vitro 3D model could be shown. Finally, the 3D models were integrated in a full skin model. Initial experiments possibly demonstrated a reconstructed epidermis in this in vitro model. Taken together, a reconstructed organotypic 3D model of the sweat gland with physiological functionality was developed in the framework of this PhD thesis. This 3D model could be implemented for research of the regulatory secretion mechanisms, in disease modeling as well as for the analysis of wound healing processes. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 07.08.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.08.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.05.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.07.2017 |
