Dokument: Osteogene Differenzierung porciner mesenchymaler Stromazellen unter Inhibition der TGF-β- und FGF-Rezeptoren
| Titel: | Osteogene Differenzierung porciner mesenchymaler Stromazellen unter Inhibition der TGF-β- und FGF-Rezeptoren | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=51487 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20191115-143316-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zensen, Sebastian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Suschek, Christoph V. [Gutachter] PD Dr. Bittersohl, Bernd [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Mesenchymale Stromazellen; MSC; Osteogenese; osteogene Differenzierung; Tissue Engineering | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Ausgeprägte Knochendefekte und eine reduzierte Knochenregeneration stellen therapeutisch eine große Herausforderung dar. Mesenchymale Stromazellen (MSCs) sind im Rahmen des Tissue Engineerings eine vielversprechende Therapieoption und werden in verschiedenen präklinischen Experimenten evaluiert, aber auch bereits in ersten klinischen Therapieansätzen genutzt. Die osteogene Differenzierung porciner MSCs aus dem Knochenmark (pBMSCs) und dem Fettgewebe (pASCs) wird durch verschiedene Signalwege, wie über TGF-β, BMP und FGF, beeinflusst. Den Einfluss dieser Signalwege auf die Osteogenese der MSCs aufzuklären und die Modifikation des Differenzierungsverhalten durch Wachstumsfaktoren und Inhibitoren zu optimieren, ist eine essentielle Aufgabe, um standardisierte klinische MSC-basierte Therapien gewährleisten zu können. Dazu wurden pASCs und pBMSCs mit Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) und spezifischen Inhibitoren der TGF-β- und FGF-Rezeptoren (BGJ398 – Inhibitor der FGF-Rezeptoren 1-3, Dorsomorphin – Inhibitor der BMP-Rezeptoren ALK2, 3, 6 und SB431542 – Inhibitor der TGF-β-Rezeptoren ALK4, 5, 7) in Passage 3 osteogen differenziert. Die Kalzifizierung der extrazellulären Matrix als Parameter einer erfolgten Osteogenese wurde mit Alizarin-Rot-S visualisiert und die Progression der Differenzierung quantifiziert. pBMSCs zeigten über den gesamten Differenzierungsverlauf über 28 Tage eine deutlich stärkere Osteogenese im Vergleich zu pASCs, die insbesondere durch die Inhibition der TGF-β-Rezeptoren und unter BMP-2 auch durch die Inhibition der FGF-Rezeptoren signifikant gesteigert wurde. BMP-2 war für die Osteogenese der pASCs essentiell und steigerte bei pBMSCs die Differenzierungskapazität. Unter Inhibition der BMP-Rezeptoren war die Osteogenese der MSCs reduziert. Die Inhibition des TGF-β- und FGF-Signalweges schränkten die Osteogenese nicht ein, sondern verbesserten diese in pBMSCs sogar tendenziell. Eine kombinierte Inhibition des TGF-β- und FGF-Signalweges führte in pBMSCs zu einer signifikant gesteigerten osteogenen Differenzierung, wohingegen die Osteogenese der pASCs hierdurch nahezu unverändert blieb. Das osteogene Differenzierungspotential der pMSCs unterschied sich in Abhängigkeit vom histologischen Ursprung, wobei pBMSCs ein höheres osteogenes Differenzierungspotential aufwiesen. Die Osteogenese der pMSCs ließ sich durch Inhibition der TGF-β- und FGF-Rezeptoren modifizieren. Eine Inhibition des BMP-Signalweges bewirkte eine deutlich reduzierte Osteogenese, wohingegen die Inhibition des TGF-β- und FGF-Signalweges, und dies insbesondere in Kombination, in pBMSCs zu einem verbesserten osteogenen Differenzierungspotential führte. Die Modifikation osteoinduktiver Signalwege zur Optimierung der osteogenen Regenerationskapazität in der MSC-basierten Therapie stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um pathologische Knochenregeneration und Knochendefekte kritischer Größe therapeutisch anzugehen.Bone defects and reduced bone regeneration pose a substantial therapeutic challenge. Mesenchymal stromal cells (MSCs) are a promising therapeutic option within tissue engineering and are evaluated in various preclinical experiments, but are also used in basic clinical approaches. Osteogenic differentiation of porcine MSCs from bone marrow (pBMSCs) and fat tissue (pASCs) is influenced by various signaling pathways like TGF-β, BMP and FGF. Analyzing the impact of these signaling pathways on the osteogenesis of MSCs and optimizing differentiation by growth factors and inhibitors is essential to ensure standardised clinical MSC-based therapies. Therefore, pASCs and pBMSCs were differentiated with Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and specific inhibitors of signaling pathway receptors (BGJ398 – FGF receptor 1-3 inhibitor, Dorsomorphin – BMP ALK2, 3, 6 receptor inhibitor and SB431542 – TGF-β ALK4, 5, 7 receptor inhibitor). To visualize calcification of extracellular matrix, cells were stained with alizarin red S and progression of differentiation was subsequently quantified by extracted dye. Osteogenic potential of pBMSCs generally was superior compared to pASCs. Both inhibition of TGF-β-receptors and FGF-receptors significantly enhanced osteogenic differentiation potential of pBMSCs. Furthermore, combined inhibition of TGF-β- and FGF-signaling pathway improved osteogenic differentiation potential of pBMSCs significantly, whereas the osteogenesis of pASCs remained unchanged. BMP-2 was essential for osteogenesis of pASCs and increased the differentiation capability of pBMSCs, whereas inhibition of BMP-receptors reduced the osteogenesis of both cell types. Osteogenic differentiation potential of pMSCs differed depending on histological origin. Thus, pBMSCs generally indicated a superior osteogenic differentiation potential to pASCs. Osteogenesis of pMSCs could be modified by inhibition of both TGF-β- and FGF-receptors. Repression of BMP-signaling pathway distinctly reduced osteogenesis, whereas inhibition of TGF-β- and FGF-signaling pathway, and particularly in combination, increased the osteogenic differentiation potential of pBMSCs. To optimize osteogenic regeneration capacity, modification of osteogenic signaling pathways in MSC-based therapies is a promising clinical approach for treating pathological bone regeneration and critical size defects. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 15.11.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 15.11.2019 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 03.06.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 07.11.2019 |
