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Wachstumsfaktoren regulieren die Expression von Smooth Muscel Actin und die Kontraktilität humaner mesenchymaler Stammzellen in einer Kollagen-Glycosaminoglycan Matrix
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Autoren
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Bernd Kinner
- Abteilung für Unfallchirurgie, Klinikum der Universität Regensburg, Franz-Josef-Strauss-Allee 11, 93042, Regensburg, Phone: 0941-944-6805, Fax: 0941-944-6806; Department of Orthopaedic Surgery, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston
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J. Zaleskas
- Department of Orthopaedic Surgery, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston
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M. Nerlich
- Abteilung für Unfallchirurgie, Klinikum der Universität Regensburg
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M. Spector
- Department of Orthopaedic Surgery, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston
| Veröffentlicht: | 11. November 2003 |
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Gliederung
Text
Einleitung
Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass mesenchymale Stammzellen (hMSC) in der Lage sind ein kontraktiles Muskel-Aktin, alpha smooth muscle actin (SMA) zu exprimieren [1, 2]. Darüber hinaus kontrahieren diese Zellen ein Kollagen-Glycosaminoglycan Analog der Extrazellularmatrix [1]. Dies führt zu einer Verformung von Zell Matrix Konstrukten im Rahmen des Tissue Engineering. Ziel dieser Untersuchung war es zu prüfen, ob sich SMA Expression und Kontraktion mesenchymaler Stammzellen durch den Einsatz von Wachstumsfaktoren (TGF-β1 und PDGF-BB) kontrollieren lassen.
Material und Methode
Mesenchymale Stammzellen wurden aus dem Knochenmark von 10 Patienten, die einer Gelenkersatzoperation unterzogen wurden entsprechend etablierter Protokolle isoliert [3]. Nach Isolation der Zellen erfolgte die Amplifikation in Monolayerkultur. Die Eigenschaft der Zellen in mehrere Zelllinien zu differenzieren wurde mittels etablierter Differenzierungs-Tests untersucht [4]. Zellen der Passage 2 wurden entweder mit 1 ng/ml TGF-β1 oder 10 ng/ml PDGF-BB behandelt. Die Bestimmung des SMA-Gehaltes erfolgte mittels Western Blot Analyse. Zur Ermittlung der Zell- vermittelten Kontraktilität wurden 2x106 Zellen auf eine Kollagen-GAG-Matrix [4] aufgebracht und die Änderung der Matrixdurchmesser über 2 Wochen bestimmt. Nach Subtraktion der Werte der Zell-beladenen Matrices von den Zell-losen Kontrollen erfolgte die Normalisierung zum DNA-Gehalt.
Ergebnisse
Die isolierten hMSC waren in der Lage in verschiede Zelllinien zu differenzieren. SMA Western Blots zeigten eine signifikante Zunahme der SMA Expression durch TGF-β1 (Fisher's PLSD post-hoc test, p=0,005) und eine signifikante Reduktion durch PDGF-BB (p=0.001). Ebenso kam es zu einer signifikanten Steigerung der Zell-vermittelten Kontraktilität (p=0,001) durch TGF-β1 sowie einer Abnahme durch PDGF-BB (p=0,001). Es zeigte sich eine hohe Korrelation zwischen SMA-Expression und Zell-vermittelter Kontraktilität (R2=0,95; p=0,005). Immunhistochemische Untersuchungen betätigten die Ergebnisse der Western-Blot-Untersuchungen.
Diskussion
Durch TGF wird die SMA Expression in mesenchymalen Stammzellen hoch-reguliert, durch PDGF-BB herunter. Dasselbe gilt für die Zell-vermittelte Kontraktilität. Ein kausaler Zusammenhang zwischen SMA Expression und der Kontraktilität mesenchymaler Stammzellen liegt somit nahe. Die, aus dem Knochenmark isolierten Zellen wurden durch ihr Diffenzierungspotential zu Knochen, Knorpel und Fett als mesenchymale Stammzellen charakterisiert. Kenntnisse über die Regulierung von SMA Expression und der Zell-vermittelter Kontraktilität mesenchymaler Stammzellen sind von Bedeutung, wenn man diese Zellen im Rahmen des Tissue Engineering bzw. der Zelltherapie einsetzen möchte.
Literatur
1. Peled et al., Blood (1991) 78 : 304-9; 2. Cai et al., Tissue Eng (2001) 7 : 829-41; 3. Pittenger MF, et al., Science (1999) 284:143-7 ; 4. Yannas IV, et al., PNAS (1989) 86:933-7
