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Selektion einer pro-angiogenetischen Subpopulation verstärkt das Potential von Adipose Derived Stem Cells für die Therapie von diabetischen Wunden
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Autoren
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Dominik Duscher
- Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Robert Rennert
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Michael Januszyk
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Zeshaan Maan
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Alexander Whittam
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Melanie Rodrigues
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Graham Walmsley
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten Von Amerika; Stanford University, Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Stanford, Vereinigte Staaten Von Amerika
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Michael Hu
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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David Atashroo
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Elizabeth Zielins
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
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Michael Longaker
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten Von Amerika; Stanford University, Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Stanford, Vereinigte Staaten Von Amerika
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Geoffrey Gurtner
- Stanford University, Division of Plastic Surgery, Stanford, Vereinigte Staaten von Amerika
| Veröffentlicht: | 3. September 2014 |
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Gliederung
Text
Einleitung: Mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe (ASCs) fanden bereits klinische Anwendung zur Wundheilungsförderung. Die regenerative Kapazität von ASCs ist allerdings gestört in Diabetes und hohem Alter, was potentiell die Effektivität autologer Zelltherapien in diesem Patientengut limitiert. Um diesen Mangel zu überwinden, wandten wir mikrofluidische Einzelzell-Transkriptionsanalyse gepaart mit einem neuartigen Bioinformatik-Ansatz an, um eine ASC-Subpopulation mit erhöhtem Regenerationspotential zu identifizieren und zu isolieren. Die Effektivität dieser Subpopulation wurde dann im diabetischen Mausmodel evaluiert.
Methoden: Primäre ASC wurden aus gesunden, diabetischen und alten Fettgewebsproben isoliert und einer mikrofluidischen Einzelzelltranskriptionsanalyse zur simultanen Evaluierung der Expression von 96 Genen unterzogen, die in der Geweberegeneration eine tragende Rolle spielen. Eine neuartige bioinformatische Cluster-Analyse wurde verwendet, um ASC Subpopulationen, basierend auf Transkriptionsprofilen zu identifizieren. Dadurch konnte und eine vermehrt pro-regenerative Subpopulation prospektiv mittels Durchflusszytometrie isoliert und zur Beurteilung ihrer Funktionalität in vitro und in vivo analysiert werden.
Resultate: Die Einzelzell-Transkriptionsanalyse resultierte in der Identifikation einer Subpopulation von humanen und murinen ASCs gekennzeichnet durch eine erhöhte Expression von mehreren „Stemness“-assoziierten und pro-angiogenen Genen, die in diabetischen und alten Fettgewebeproben signifikant reduziert ist. Prospektive Subpopulations Isolation durch korrelative Analyse der Populationsbestimmenden Gene mit Oberflächenmarkern zeigte eine verlängerte Retention von charakteristischen Progenitorzell-Oberflächenantigenen, erhöhte Überlebensfähigkeit, proliferative Kapazität, Klonogenizität und Hochregulation von angiogenen Cytokinen in diesen Zellen. Wenn in einem diabetischen in-vivo Wundheilungs-Modell angewendet, demonstriert diese neu definierte ASC Subpopulation deutlich verbesserte Heilung und ist sogar in der lage, die Heilungsrate diabetischer Wunden komplett zu normalisieren.
Konklusion: Funktionell überlegene Subpopulationen von ASCs können anhand ihrer Transkriptionsprofile identifiziert, in Zusammenhang mit characteristischen Oberflächenmarkern gebracht und dadurch mittles Durchflusscytometrie isoliert werden. Hier zeigen wir, dass mittels dieses neuartigen Ansatzes zur Zellselektion eine pro-angiogene ASC Subpopulation gefunden, und isoliert warden kann. Im Tiermodel zeigte diese ASC Subpopulation erhöhtes regeneratives Potenzial für die Therapie von diabetischen Wunden. Darüber hinaus suggeriert die signifikante Reduktion der gleichen funktionell herausragenden Subpopulation in diabetischen und alten ASCs einen zuvor unbekannten Pathomechanismus, für die in diesen Patientengruppen beobachteten Zelldysfunktionen.
