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German Congress of Orthopedic and Trauma Surgery (DKOU 2017)

24.10. - 27.10.2017, Berlin

Ein neues 3D-in-vitro-Modell zur Untersuchung der Funktion adipöser Stammzellen bei der Weichgewebereparatur

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Martin Oberringer - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Martina Jennewein - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Silke Guthörl - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Monika Bubel - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Tamara Morsch - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Sophie Bachmann - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Wolfgang Metzger - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
  • Tim Pohlemann - Universität des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017). Berlin, 24.-27.10.2017. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2017. DocGR25-455

doi: 10.3205/17dkou591, urn:nbn:de:0183-17dkou5917

Published: October 23, 2017

© 2017 Oberringer et al.
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Text

Fragestellung: Reparaturvorgänge von Weichgeweben und chronischen Wunden profitieren von adipösen Stammzellen (adipose derived stem cells = ADSC), deren Beteiligung an der Angiogenese diskutiert wird [1], [2]. Zugrundeliegende Mechanismen auf molekularbiologischer und zellulärer Ebene sind weitgehend ungeklärt. Ziel der Studie war es, ein 3D-in-vitro-Modell zu entwickeln, das auf breiter methodischer Ebene die Untersuchung von ADSC in o.g. Kontext erlaubt. Voraussetzung für die Eignung eines solchen Modells ist der Nachweis einer zellulären Antwort auf physiologische Einflüsse. Daher wurde hier die Zellantwort auf Hypoxie, die als wesentlicher Regulator sowohl früher als auch später Reparaturprozesse innerhalb von Weichgewebeschäden gilt, überprüft.

Methodik: Es wurden Sphäroide (je 20.000 Zellen) von ADSC und humanen dermalen mikrovaskulären Endothelzellen (HDMEC) als Mono- (MK) und Co-Kulturen (CK) hergestellt (insgesamt 772 Sphäroide) und zu unterschiedlichen Zeitpunkten analysiert. Die maximale Kulturdauer war 66 h, eine Gruppe wurde für 18 h hypoxisch kultiviert (<5 mmHg Sauerstoff). Die zelluläre Antwort der Sphäroide wurde mit (quantitativer) Mikroskopie (Sphäroidvolumen und -morphologie, Zellzahl, Apoptoserate) und qRT-PCR (Genexpression von IL-6, IL-8, VEGF) bestimmt. Unterschiede in den Kulturen und Gruppen wurden mittels ANOVA bzw. t-test (p<0,05) überprüft.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Modell: Bei allen normoxisch kultivierten Sphäroiden erfolgte eine Abnahme des Volumens im Zeitverlauf. Die maximale Apoptoserate lag nach 66 h in den HDMEC-MK bei 100%, in den ADSC-MK bei 6,9% und in den CK bei 17,7%. Die Sphäroide der HDMEC-MK waren stets instabil, wohingegen die Co-Kultivierung mit ADSC zu einer Stabilisierung der Sphäroid-Morphologie führte.

Einfluss der Hypoxie: Hypoxie hatte keinen direkten Einfluss auf die Apoptoserate. Hypoxie führte jedoch in den ADSC-MK tendenziell und in den CK signifikant zu einer Stabilisierung des Volumens, in beiden Fällen assoziiert mit einer mindestens gleichbleibenden Zahl vitaler Zellen. Unter Hypoxie zeigte sich in den CK eine verstärkte Genexpression des pro-angiogenen VEGF und des pro-inflammatorischen IL-8, in den ADSC-MK zusätzlich die des pro-inflammatorischen IL-6.

In der Übertragung auf die Verhältnisse in vivo im Rahmen der Angiogenese innerhalb der Weichgewebereparatur weisen die Ergebnisse zum einen auf einen stabilisierenden Effekt der ADSC auf das Endothel und zum anderen auf einen positiven Effekt kurzzeitiger Hypoxie hin.

Das 3D-Modell kann zukünftig für Untersuchungen physiologischer und pathophysiologischer Einflüsse auf die Weichgewebeheilung in vitro herangezogen werden und speziell zur Aufklärung zellbiologischer Regulationsmechanismen zwischen ADSC und Endothel beitragen.


Literatur

1.
Salibian AA, Widgerow AD, Abrouk M, Evans GR. Stem cells in plastic surgery: a review of current clinical and translational applications. Arch Plast Surg. 2013 Nov;40(6):666-75. DOI: 10.5999/aps.2013.40.6.666 External link
2.
Hassan WU, Greiser U, Wang W. Role of adipose-derived stem cells in wound healing. Wound Repair Regen. 2014 May-Jun;22(3):313-25. DOI: 10.1111/wrr.12173 External link