KFO 273: Therapie der Harninkontinenz durch zellbasierte Regeneration des Harnröhrensphinkters
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel der im Jahr 2012 eingerichteten Klinischen Forschergruppe (KFO) 273 war es, verschiedene Aspekte einer möglichen kurativen, zellbasierten Therapie zur Stärkung des geschwächten Harnröhrensphinkters zu untersuchen. Drei klinische Kernfragen standen dabei im Mittelpunkt: 1.) Können Zellen zielgenau und intraoperativ nachvollziehbar in den Harnröhrenschließmuskel appliziert werden? 2.) Integrieren sich die applizierten Zellen physiologisch in den Muskel und finden sie Anschluss an den nervalen Steuermechanismus? 3.) Verbleiben die applizierten Zellen vital im Injektionsgebiet, und welche regenerative Rolle spielen sie über die Zeit? In sieben Unterprojekten wurden einzelne Aspekte dieser drei Hauptfragestellungen untersucht. Die präklinischen Studien zur Injektion der Zellen wurden an Zyklosporin-behandelten Göttinger Minischweinen durchgeführt. In Teilprojekt 1 wurde geprüft, ob humane mesenchymale Stroma-zellen (MSCs) aus Knochenmark besser zur Regeneration eines defizienten Verschlussapparates der Harnröhre geeignet sind als MSCs aus Fettgewebe oder Plazenta. Zudem wurde die Differenzierung der MSCs in vitro in Muskelzellen nach Stimulation durch lösliche Faktoren, durch Aktivierung von Matrix-vermittelten Signalen und nach biomechanischer Stimulation erforscht. Die glattmuskuläre Differenzierung unter klinik-nahen (GMP) Bedingungen konnte in MSCs aus Knochenmark angeregt, definitive glatte Muskelzellen konnten jedoch nicht hergestellt werden. Teilprojekt 3 befasste sich mit der endoskopischen, zielgenauen und dosierten Applikation von Zellen in den Schließmuskelapparat unter Zuhilfenahme einer speziell auf den Schließmuskel-bereich abgestimmten Bildgebung. Dieses Teilziel wurde in so fern erreicht, als dass Depots der injizierten humanen Zellen durch HE-Färbung und teilweise durch Nachweis eines Fluoreszenz-farbstoffs im porcinen Sphinktermuskel visualisiert wurden. Durch sensitive PCR-Analysen konnte humane DNA in Proben Zell-injizierter Tiere nicht jedoch in unbehandelten Kontrollen nachgewiesen und auch nicht mit den o.g. HE-gefärbten Zelldepots korreliert werden. Die geplanten funktionellen Untersuchungen bezüglich der zellulären Veränderungen der injizierten MSCs in situ, Prozesse der Differenzierung der applizierten Zellen oder deren neuromuskulärer Anschluss konnten nicht erforscht werden, weil die humanen MSCs im Zyklosporin-behandelten Minischwein nicht überlebt haben, sondern, wie sich durch die Untersuchungen im Frühjahr 2015 und durch weitere systematische Nachuntersuchungen im Wintersemester 2015/16 belegen ließ, durch Immunreaktionen des Wirts abgestoßen wurden. Im Teilprojekt 4 wurde in Nagern ein Modell der Inkontinenz durch Verletzung des Rückenmark etabliert und nachgewiesen, dass Nutlin-3a die p53-abhängige Regeneration und das Auswachsen von Axonen im zentralen Nervensystem begünstigt. Im Teilprojekt 5 wurde der Prototyp einer hochsensitiven Sonde zur Messung der Wandkräfte in der Harnröhre erfolgreich entwickelt, mit dessen Messdaten aus den Großtierversuchen anatomisch korrekte dreidimensionale Rekonstruktionen der Harnröhre durch mathematische Modellierung erstellt wurden. In Teilprojekt 6 wurde eine Zellinjektionsplattform entwickelt, welche Zellen durch Luftdruckimpulse in Trägermaterialien und Gewebe injiziert. Die Zellen wurden schonend appliziert und überlebten nach Versprühung. Eine für die klinische Anwendung ausreichende Eindringtiefe der Zellen in Biomaterialien oder Gewebe wurde nicht erreicht. Das Querschnittprojekt Q1 konnte durch MRT den porcinen Sphinkterapparat darstellen und eine Ko-lokalisation Eisen-markierter MSCs im Sphinkter durch Vergleich mit den histologischen Daten behandelter Tiere belegen. In Querschnittprojekt Q2 wurde die glattmuskuläre Differenzierung humaner MSCs durch elektrophysiologische Untersuchung der Ionenströme erforscht und nachgewiesen, dass die in vitro induzierte myogene Differenzierung ein transienter Prozess ist, der den Expressionsmustern der muskulären Markergene weitgehend folgt. Im Zentralprojekt wurden die Arbeit der Teilprojekte der KFO273, gemeinsame Veranstaltungen, regelmäßige Seminare, der Webauftritt der KFO273 usw. koordiniert. Die Gerok- und Koordinationsstellen wurden hier verwaltet, und der Aufbau der EU-weiten COST-Action BM1209 "Regenerative Sphincter Therapy" unterstützt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11934-013-0352-7) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1089/scd.2012.0693) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.2174/1574888X09666140521144559) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/jcm3010197) - High definition urethral pressure profilometry: Evaluating a novel microtip catheter. Neurourol Urodyn., 2015
Klünder M, Amend B, Vaegler M, Kelp A, Feuer R, Sievert KD, Stenzl A, Sawodny O, Ederer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/nau.22835) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.10.026) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0137419) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.3727/096368915X686229) - Smooth muscle cell-like cells generated from human mesenchymal stromal cells display marker gene expression and eletrophysical 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0145153) - Viability and MR detectability of iron labeled mesenchymal stem cells used for endoscopic injection into the porcine urethral sphincter. NMR Biomed. 2015;28(8):1049-58
Will S, Martirosian P, Eibofner F, Schick F, Bantleon R, Vaegler M, Grözinger G, Claussen CD, Kramer U, Schmehl J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/nbm.3339) - (2016) Regenerative Therapies - from protocol to patient, 3rd edition, vol IV, Regenerative Therapies, chapter 59: Urogenital Tract. G. Steinhoff, H Tu-Rapp (eds) Springer, Heidelberg
B. Amend, W.K. Aicher. A. Stenzl
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-319-28386-9_8) - 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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s13287-015-0243-6) - Signal processing in urodynamics: towards high definition urethral pressure profilometry. Biomed Eng Online. 2016
Klünder M, Sawodny O, Amend B, Ederer M, Kelp A, Sievert KD, Stenzl A, Feuer R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s12938-016-0145-6)
