Translational approach for the autologous stem cell therapy of gastrointestinal dysganglionosis.
Final Report Abstract
Neurale Stammzellen sind zur Behandlung von Krankheiten bei denen Nerven- und Gliazellverluste auftreten, eine durchaus interessante Option. Insbesondere das Enterische Nervensystem (ENS)beherbergt innerhalb seiner verschiedenen Netzwerk eine Vielzahl dieser Zellen. Will man die neuralen Stammzellen für Transplantationen nutzen, so ist es wichtig, dass sie gut charakterisiert sind, dass sie in ausreichender Zahl isoliert bzw. vermehrt werden können, und das sie sich in die Zellen entwickeln die vor Ort gebraucht werden. Wir konnten im Rahmen des vorliegenden Projektes zeigen, dass die Mehrheit der neuralen Stammzellen Gliazellen sind, die eine große Heterogenität aufweisen. Wir haben in unseren Untersuchungen transgene Tiere benutzt, bei denen spezifische Glia- oder neurale Stammzellmarker mit einem fluoreszierenden Farbstoff (GFP, DsRed) genetisch gekoppelt sind, so dass sich die einzelnen Populationen gut im Verlauf des Lebens untersuchen lassen. Wir konnten zeigen, dass sich neben GFAP-positiven Zellen auch Gliazellen die NG2 oder PLP (Oligodendrozytenproteine), bzw Doublecortin exprimieren darstellen lassen. Es gibt teilweise Kolokalisatonen, insbesondere mit dem neuralen Stammzellmarker Nestin. Nestin konnte im embryonalen, postnatalen und ausgewachsenem Darm nachgewiesen werden, ohne große Expressionsverluste. Dies spricht für ein lebenslang erhaltenes hohes neurales Stammzellpotenzial. Wir konnten diese Zellen aus allen Altersstufen isolieren und kultivieren. Neurosphärenkulturen mit neuralen Nervenzellen konnten sich in allen Altersstufen gewinnen lassen, wobei die adulten Zellen nicht aus Einzelzellen, sondern nur unter Erhaltung der Stammzellnische kultiviert werden konnten. Sie wurden in der primären Netzstruktur kultiviert. Die Verteilung der Nestin-positiven Zellen variiert von Darmabschnitt zu Darmabschnitt. Vergleicht man diese Zellen mit allen in den Ganglien vorhandenen Gliazellen, so zeigt sich, dass der Prozentsatz der Gliazellen die auch Nestin exprimieren ebenfalls schwankt. Auf der Grundlage des GFP-Signals lassen sich die Nestin-positiven Zellen über einen FACS-Sorter in hoher Reinheit gewinnen. Kultiviert man die reinen Zellen und vergleicht sie mit den nicht Nestin-negativen Zellpopulationen, so zeigen sich große Unterschiede in ihrem Wachstums- und Differenzierungsverhalten. Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Nutzung dieser Stammzellen besteht in ihrer Expansion, der Vermehrung in ausreichenden Mengen. Dies kann durch spezifische Faktoren erreicht werden. Wir konnten in dieser Studie zeigen, dass bakterielles Lipopolysacharid (LPS) die Proliferation von neuralen Stammzellen des Darmes, aber auch des zentralen Nervensystems, steigert. Darüber hinaus konnte der Stammzellcharakter der Zellen, ihre "Stemness" verlängert erhalten bleiben. Das Potenzial dieser Stammzellen ist sehr groß. Sie weisen drei wichtige Vorteile auf, die sie für die translationale Nutzung zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen im peripheren und zentralen Nervensystem prädestinieren: Sie sind über die gesamte Lebensspanne in großen Mengen verfügbar und sie können minimal invasiv, z.B. über Biopsien, entnommen werden. Der wichtigste Vorteil liegt aber darin, dass die neuralen Stammzellen des ENS aus dem Patienten für den Patienten entnommen und transplantiert werden können. Damit stellt das ENS eine realistisch zu nutzende autologe neurale Stammzellquelle dar.
Publications
- Bacterial Lipopolysaccharide Promotes Proliferation of Neural Stem Cells From Both Enteric and Central Nervous System. Gastroenterology 140 (5), S-320-S-321, 2011
A Schuster, D Grundmann, TNQ Nguyen, KH Schäfer
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D Grundmann, F Markwart, KH Schäfer
(See online at https://doi.org/10.1016/S0016-5085(11)61301-2) - Spatial Analysis of the Enteric Nervous System of Gfp-Nestin Expressing Mice. Gastroenterology 142 (5), S-716, 2012
D Grundmann, F Markwart, KH Schäfer
(See online at https://doi.org/10.1016/S0016-5085(12)62776-0) - The microenvironment in the Hirschsprung's disease gut supports myenteric plexus growth. Int J Colorectal Dis. 2012, 27(6):817-29
Hagl CI, Rauch U, Klotz M, Heumüller S, Grundmann D, Ehnert S, Subotic U, Holland-Cunz S, Schäfer KH
(See online at https://doi.org/10.1007/s00384-012-1411-0) - Enteric glia: S100b, GFAP and beyond. Glia 61, S53-S53, 2013
D Grundmann, E Loris, D Simon, F Markwart, W Huang, F Kirchhoff, KH Schaefer
