Differenzierung mesenchymaler Stromazellen und definierter Subpopulationen zu Muskelzellen unter biochemischer und biomechanischer Stimulation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das vorgegebene Ziel dieses Teilprojektes war, humane multipotente mesenchymale Stammzellen (MSC) in vitro effizient in Muskelzellen für eine Transplantation in Sphinktergewebe zu differenzieren. Wir konnten zeigen, dass MSC aus dem Knochenmark (bmMSC) unter GMP (’good medical practice‘)-konformen Bedingungen expandiert werden können, wobei sie ihr tripotentes Differenzierungspotential (osteogen, adipogen, chondrogen) beibehalten. Unter klinisch anwendbaren GMP-konformen Bedingungen ist eine Differenzierung von bmMSC in skelettale Muskelzellen faktisch nicht möglich. Im Gegensatz dazu ist es aber gelungen, bmMSC zumindest transient in einen glattmuskulären Phänotyp GMP-konform zu differenzieren. Diese Zellen zeigen elektrophysiologische Kompetenz sowie kontraktile Eigenschaften, und sie zeigen auch eine signifikant reduzierte Neigung zur Knochenbildung, ein durchaus gewünschter Nebeneffekt. Diese transiente glattmuskuläre Differenzierung kann durch biomechanische Stimulation noch gesteigert werden. Entgegen der ursprünglichen Hypothese und unseren Erwartungen konnten die extrazellulären Laminine, die bei der normalen Muskelzellentwicklung eine wichtige Rolle spielen, die in vitro Differenzierung myogener Zellen aus bmMSC nicht befördern. Nach unseren Erkenntnissen kann nach dem aktuellen Stand der Technik nur eine transient myogen differenzierende Zelle, nicht aber eine terminal ausdifferenzierte glattmuskuläre Zelle in vitro aus bmMSC erzeugt werden. Diese myogen differenzierenden Zellen mit ihrem deutlich verringerten Potential zur Ossifikation stellen eine höchst interessante Zellpopulation dar, deren Wirkungsweise nach Transplantation in ein Schweine-Defektmodel zur Inkontinenz detailliert analysiert werden sollte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Cell based therapy for the deficient urinary sphincter. Curr Urol Rep 2013 14(5): 476 - 487
Hart ML, Neumayer KMH, Vaegler M, Daum L, Amend B, Sievert KD, DiGiovanni S, Kraushaar U, Günther E, Stenzl A, Aicher WK
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Low osteogenic differentiation potential of placenta-derived mesenchymal stromal cells correlates with low expression of transcription factors Runx2 and Twist2. Stem Cells Dev 2013 22(21): 2859 - 2872
Ulrich C, Rolauffs B, Abele H, Bonin M, Nieselt K, Hart ML, Aicher WK
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Labeling and tracking of human mesenchymal stromal cells in pre-clinical studies and large animal models of degenerative diseases. Curr Stem Cell Res Ther 2014 9(5): 444 - 450
Vaegler M, Maerz JK, Amend B, DaSilva LA, Mannheim JG, Fuchs K, Will A, Sievert KD, Stenzl A, Hart ML, Aicher WK
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Towards a treatment of urinary incontinence: Application of progenitor cells for regeneration of the sphincter muscle. J. Clin. Med.; Special Issue: Frontiers in Stem Cell Treatments 2014 3(1): 197 - 215
Aicher WK, Hart ML, Stallkamp J, Klünder M, Ederer M, Sawodny O, Vaegler M, Amend B, Sievert KD, Stenzl A
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Mesenchymal stromal cells for sphincter regeneration. Adv Drug Deliv Rev 2015 82-83: 123 - 136
Klein G, Hart ML, Brinchmann J, Rolauffs B, Stenzl A, Sievert KD, Aicher WK
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Mesenchymal stromal cells for sphincter regeneration: role of laminin isoforms upon myogenic differentiation. PLoS One 2015 10(9): e0137419
Seeger T, Hart ML, Patarroyo M, Rolauffs B, Aicher WK, Klein G
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Regeneration of degenerated urinary sphincter muscles: Development of improved stem cell-based surgical methods and novel imaging technologies. Cell Transplant J 2015 24(11): 2171 - 2183
Amend B, Vaegler M, Fuchs K, Mannheim JG, Will S, Kramer U, Hart ML, Feitz W, Chapple Ch, Stenzl A, Aicher WK
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Smooth muscle cell-like cells generated from human mesenchymal stromal cells display marker gene expression and electrophysical competence comparable to bladder smooth muscle cells. PLoS One 2015 10(12):e0145153
Brun J, Lutz KA, Neumayer KMH, Klein G, Seeger T, Uynuk-Ool T, Wörgötter K, Schmid S, Kraushaar U, Guenther E, Rolauffs B, Aicher WK, Hart ML
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Bone marrow-derived mesenchymal stromal cells differ in their attachment to fibronectin-derived peptides from term placenta-derived mesenchymal stromal cells. Stem Cell Res Ther 2016 7(1): 29
Maerz JK, Roncoroni LP, Goldeck D, Abbruzzese T, Kalbacher H, Abele H, Rolauffs B, deZwart P, Nieselt K, Hart ML, Klein G, Aicher WK
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Choice of GMP expansion media significantly influences the myogenic differentiation potential of human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells. Cytotherapy 2016 18: 344 - 359
Brun J, Abruzzese T, Rolauffs B, Aicher WK, Hart ML
