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Small GTPasen beeinflussen die chondrogene Differenzierung von humanen fettgewebe-assoziierten adulten Stammzellen (ASC)
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Veröffentlicht: | 21. Oktober 2010 |
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Fragestellung: Humane fettgewebe-assoziierte adulte Stammzellen (ASC) exprimieren nach Kultivierung in 3D Alginate Beads in chondrogenem Differenzierungsmedium vermehrt chondrospezifische Marker wie Kollagen Typ II, haben jedoch eine Tendenz zur zellulären Hypertrophie mit Expression des Kollagens Typ X. Es konnte bereits gezeigt werden, dass kleine GTPasen wie Rac1, RhoA und cdc42 die Ausbildung des Zytoskellets und der Extrazellularmatrix steuern. Der Einfluss solcher GTPasen auf die Kollagen Typ X-Synthese ist Gegenstand dieser Arbeit.
Methodik: ASCs wurden in Alginate Beads eingebettet und für 2 Wochen kultiviert. Es wurde die Zellgröße und das Zellvolumen, sowie mittels Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM) die Einzelzellsteifigkeit nach 14-tägiger Stimulation mit dem chondroinduktiven Wachstumsfaktor Transforming Growth Factor β1 (TGF-β1) bestimmt. Zusätzlich erfolgte die Inkubation mit Inhibitoren der kleinen GTPasen RhoA und Rac-1. Weiterhin wurde die mRNA Expression von Kollagen Typ II und X mittels real time-PCR analysiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Während die Inhibition von RhoA die TGF-β1-vermittelte Hypertrophie der ASCs verstärkte, konnte ein hemmender Effekt des Rac-1 Inhibitors auf die Kollagen Typ X mRNA Expression nachgewiesen werden. Die Zellgröße der ASCs verminderte sich unter Rac-1-Inhibition am deutlichsten. In der Einzelzellsteifigkeitsmessung zeigten sich die ASCs im Vergleich zu Chondrozyten signifikant steifer. Zusätzlich zeigte sich der Trend, dass mit Zunahme der Hypertrophie der ASCs auch die Steifigkeit der Zellen zunimmt.
In der vorliegenden Arbeit konnten erstmals biologisch relevante Faktoren wie die Zellgröße, das Zellvolumen und die Zellsteifigkeit in die Beurteilung der chondrogenen Differenzierung von adulten Stammzellen einbezogen werden und ein Zusammenhang zwischen der Aktivität kleiner GTPasen und der Hypertrophie von ASCs hergestellt werden. Dies stellt den Einsatz von GTPase-Inhibitoren für das Tissue Engineering in Aussicht.