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Fragestellung: Bis heute fehlt ein charakteristischer Marker für die einwandfreie in vivo Identifikation und Isolation humaner mesenchymaler Stammzellen (MSCs). Daher wird im allgemeinen eine Auswahl repräsentativer Oberflächenantigene dazu genutzt, MSCs zu identifizieren. Eine besondere Rolle spielen hierbei einerseits das melanoma cell adhesion molecule (MCAM-1 / CD146) und andererseits der low-affinity nerve growth factor receptor (LNGFR / CD271). Diese beiden Oberflächenproteine wurden als charakteristisch für besonders ursprüngliche MSCs, wie sie sich in vivo und hier innerhalb ihrer Stammzellnische befinden, beschrieben und sollen möglicherweise die prospektive Isolierung von MSCs aus Knochenmark ermöglichen. Unter in vitro Kulturbedingungen werden diese Oberflächenantigene passagen-abhängig herunterreguliert, was mit einem Fortschreiten der Seneszenz einhergeht.

Unsere Arbeitsgruppe untersuchte den Einfluss einer transienten Stimulation mit BMP-2 auf die Expression dieser und anderer auf MSCs vorhandener Oberflächenantigene in Hinblick auf eine Wiedererlangung des ursprünglichen Phänotyps.

Methodik: MSCs wurden aus Beckenkammpunktaten durch Dichtegradientenzentrifugation und anschließende Plastikadhäsion aufgereinigt. Die Zellen wurden über mehrere Passagen in vitro kultiviert, bevor sie 7 Tage lang mit 500 ng/ml BMP-2 stimuliert wurden. Die Charakterisierung der Zellen erfolgte mittels Durchflusscytometrie.

Ergebnisse: Die für MSCs charakteristischen Oberflächenantigene CD13, CD29, CD44, CD73, CD105 und CD166 werden unter in vitro Kulturbedingungen konstant exprimiert (bis Passage 9 getestet), während die Expression von CD146 über die Passagen rückläufig ist und die Expression von CD271 während der ersten 3 Passagen verschwindet. Die Abwesenheit der auf MSCs als negativ beschriebenen Oberflächenantigene CD34 und CD45 bleibt unverändert.

Durch 7-tägige Stimulation mit BMP-2 lässt sich die Expression von CD146 und CD271 auf einem Großteil der Zellen wiederherstellen. Dabei steigt die Expression von CD146 von ca. 20 % in den Kontrollzellen in Passage 7 auf 57 %, bei CD271 von ca. 17 % in den Kontrollzellen in Passage 7 auf 42 % in den stimulierten Zellen. Gleichzeitig bleibt die positive Expression von CD13, CD29, CD44, CD73, CD105 und CD166 erhalten sowie die negative Expression von CD34 und CD45 unverändert.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Einflüsse der in vitro Kultivierung auf humane mesenchymale Stammzellen reversibel sind. Durch Optimierung der Kulturbedingungen (ggf. einschließlich der zur Kultivierung benutzten Oberflächen) läßt sich der ursprüngliche in vivo Phänotyp (innerhalb der Stammzellnische) möglicherweise zukünftig wiederherstellen und so die biologische und medizinische Nutzbarkeit der Zellen weiter erhöhen. Hierbei könnte BMP2 ein notwendiger löslicher Faktor sein.