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Fragestellung: Humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) bilden heterogene Zellpopulationen, die in ihren morphologischen und biologischen Eigenschaften stark variieren können. Drei unterschiedliche Subpopulationen mit individuellen Charakteristiken können bisher unterschieden werden: Kleine, sich schnell teilende Zellen (RS-cells), spindel-förmige Zellen (SS-cells) und große, flache sich langsam teilende Zellen (FC-cells). Diese Subpopulationen konnten bisher weder eindeutig morphologisch, noch immunphänotypisch charakterisiert werden. Ziel der Arbeit war es daher, die hMSC Subpopulationen morphologisch klar zu definieren und diese mit einem hMSC typischen Oberflächenmarkerexpressionsprofil zu korrelieren.

Methodik: In Phasenkontrastmikroskopie wurden die drei Subpopulationen RS-cells, SS-cells und FC-cells bezüglich des maximalen Zelldurchmessers und der Fläche analysiert und durch Referenz zu einer klonalen, immortalisierten hMSC Zelllinie klar definiert. Anschließend wurde die Zusammensetzung an Subpopulationen primärer hMSC-Kulturen von drei unterschiedlichen Spendern mit dem mittels Durchflußzytometrie erhobenem Antigenexpressionsprofil der Antigene CD105, CD90 und CD73 korreliert. Zusätzlich wurden die jeweiligen Subpopulationen immunzytologischen Mehrfachfluoreszenzmarkierungen auf Einzelzellniveau unterzogen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Für RS-cells wurden ein maximaler Durchmesser <157 µm und eine Fläche <6,617 µm² definiert. Als SS-cells wurden Zellen mit maximalem Durchmesser >157 µm beschrieben und als FC-cells Zellen mit einer Fläche >6,617µm². Zellkulturen mit einer hohen Rate an dreifach positiven Zellen für die Marker CD105, CD90 und CD73 zeigten einen höheren Anteil an RS-cells, während eine große Fraktion an FC-cells mit einem Markerverlust korrelierte. Hierbei zeigte CD73 die stärkste Abnahme. Die Immunfluoreszenzmarkierung bestätigte weiter, dass sich die Zellen mit Expressionsverlust von mindestens einem Oberflächenmarker zu 71,7% aus FC-cells, 24,5% aus SS-cells und 3,8% aus RS-cells zusammensetzen.

Die geforderten hMSC Eigenschaften an das phänotypische Markerprofil werden von den RS-cells ideal erfüllt, während FC-cells nur in einem geringen Anteil der hMSC Definition entsprechen. Dabei erscheint der Oberflächenmarker CD73 besonders geeignet, schon frühe Stufen einer Zelldifferenzierung zu identifizieren. In Zusammenschau mit der morphologischen Definition der drei Subpopulationen ergibt sich eine einfache Methode, den Anteil an undifferenzierten hMSC innerhalb primärer Zellkulturen zu ermitteln und die Effizienz von hMSC Anwendungen zu steigern.