Dokument: Einfluss von oxidativem Stress auf das Differenzierungspotential mesenchymaler Stammzellen

Titel:	Einfluss von oxidativem Stress auf das Differenzierungspotential mesenchymaler Stammzellen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48403
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190131-080400-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Sahlender, Benita [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 46,05 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.01.2019 / geändert 28.01.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Suschek, Christoph V. [Gutachter] Prof. Dr. von Gall, Charlotte [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Einsatz mesenchymaler Stammzellen in der regenerativen Medizin gewinnt eine immer größere Bedeutung, besonders im Bereich des Tissue Engineering. Wurden bis vor wenigen Jahren besonders knochenmarkstämmige Stammzellen für (autologe) Stammzelltherapien eingesetzt, gewannen in letzter Zeit Stammzellen aus dem Fettgewebe eine immer größere Bedeutung, da sie im Gegensatz zu knochenmarkstämmigen Stammzellen minimalinvasiv und komplikationsärmer gewonnen werden können. Allerdings stellt bei allen autologen Stammzelltherapien die Seneszenz der Zellen eine nicht zu unterschätzende Problematik dar. Dabei muss sowohl die Seneszenz berücksichtig werden, welche aufgrund des fortgeschrittenen Alters der Spenderin oder des Spenders auftritt, aber auch die Seneszenz, welche unter Kulturbedingungen zu beobachten ist, da die Notwendigkeit, eine ausreichende Zellmenge zur Verfügung zu haben, es oftmals erfordert, dass die Zellen für eine gewisse Zeit in Kultur gehalten und so lange in vitro vermehrt werden, bis die für die jeweilige Therapie benötigte Zellzahl vorliegt. Um eine Vermehrung der Zellen zu erreichen, müssen die Zellen in regelmäßigen Abständen auf neue Zellkulturgefäße aufgeteilt („passagiert“) werden, um den Zellen genügend Platz für weitere Zellteilungen bieten zu können. In der vorliegenden Arbeit konnte ich zeigen, dass Zellen, die zehnmal oder häufiger passagiert wurden, ein bereits stark reduziertes Differenzierungspotential aufweisen. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf interindividuellen Unterschieden zwischen den Zellen der verschiedenen Spender(innen). Ich konnte zei-gen, dass mit zunehmendem Alter der Stammzellspenderin oder des Stammzellspenders die Fähigkeit der Zellen, osteogen zu differenzieren, signifikant reduziert ist oder gar vollständig verschwindet. Gut osteogen zu differenzierende Zellen bezeichneten wir demzufolge als Responderzellen, Zellen mit einem stark verminderten osteogenen Differenzierungspotential hingegen als Nonresponderzellen. Weiterführend konnte ich zeigen, dass eine exogene Erhöhung des reaktiven Stresses durch eine Behandlung der Zellen mit Wasserstoffperoxid das Differenzierungspotential der Zellen signifikant reduzierte. Statt der induzierten Osteogenese trat eine Adipogenese der mit H2O2 behandelten Zellen ein. Dieser Effekt war umso stärker ausgeprägt, je höher die eingesetzten H2O2-Konzentrationen waren. Auch eine intrazelluläre Erhöhung der reaktiven Sauerstoffspezies durch eine Bestrahlung mit UVA führte zu einer Reduktion der osteogenen Differenzierung und einer Verschiebung Richtung Adipogenese. Auch hier war die Verschiebung von der osteogenen hin zur adipogenen Differenzierung umso stärker ausgeprägt, je höher die gewählten UVA-Dosen waren. Eine Behandlung der Zellen mit Katalase, welche Wasserstoffperoxid zu Wasser und molekularem Sauerstoff umsetzt, führte dagegen zu einer signifikanten Erhöhung der Osteogenese der Zellen. Dies traf sowohl auf die Responder- als auch auf die Nonres-ponderzellen zu. Die Behandlung der Zellen mit anderen Antioxidantien zeigte hingegen keine signifikanten Auswirkungen auf das osteogene Differenzierungspotential. Der molekulare Mechanismus, der zu dem be-schriebenen, signifikant positiven Effekt der Katalase auf die osteogene Differenzierung der fettstämmigen Stammzellen führt, bleibt Gegenstand weiterführender Arbeiten. Die Beobachtung, dass es mithilfe einer Katalasebehandlung möglich ist, das osteogene Differenzierungspotential der Zellen signifikant zu verbes-sern, könnte, nach Aufklärung der dahinterstehenden, molekularen Ursachen, den Grundstein für die Entwicklung neuartiger Therapien zur Behandlung großer Knochendefekte legen, welche die bisher gängigen Therapieformen, wie den Einsatz von Scaffolds unterstützen oder gar ersetzen könnte. The use of mesenchymal stem cells in regenerative medicine has grown in significance recently, especially in the field of tissue engineering. While up until the last few years, bone marrow cells were largely used for autogenic stem cell therapy, harvesting stem cells from fat tissue has grown in popularity, mainly due to the fact that gathering these cells is a relatively minimally-invasive procedure with a low risk of complications. Nevertheless, as with all autogenic stem cell therapies, cell senescence presents a difficulty that cannot be underestimated. In doing so, both the deterioration resulting from the advanced age of a donor, as well as the deterioration arising from the culture in which the cells are grown, must be considered, as the necessity of having an adequate amount of cells for treatment often requires cells to be kept in a culture for a certain amount of time in order to proliferate until the number of cells required for the particular therapy is reached. For cell multiplication to occur, the stem cells must be allocated (“passaged”) to new growth culture plates at regular intervals so that the cells gain enough space for further divisions. In this dissertation I showed that cells that have been passaged for ten times have a significantly reduced differentiation potential. This dissertation also showed a high variability of osteogenic stem cells differentiation variances among individual donors. I showed that, as the age of the stem cell donor increased, osteogenic cell differentiation se-verely declined or even disappeared completely. I classified cells that were capable of good osteogenic differentiation as responder cells and those with a reduced osteogenic differentiation potential as non-responder cells. In addition, I was able to show that cell treatment with concentrated hy-drogen peroxide also significantly reduces the differentiation potential of cells. Treatment of cells with catalase, which converts hydrogen peroxide to water and oxygen, leads in contrast to a significant increase in cell os-teogenesis. This applied to the responder and non-responder cells alike. On the other hand, treatment with other antioxidants showed no significant effect on the osteogenic differentiation potential of stem cells. The molecular mechanism behind the significant positive effect of catalase on osteogenic differentiation of fat stem cells as described in this paper remains a topic for further research. The observation that cell osteogenesis can be significantly improved with the help of stem cell treatment through catalase could, following the eluci-dation of underlying molecular causes, lay the foundation for developing new forms of therapy to treat large bone defects – which could support or entirely replace established forms of therapy such as the use of scaffolds.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	31.01.2019
Dateien geändert am:	31.01.2019
Promotionsantrag am:	01.10.2018
Datum der Promotion:	05.11.2018