Molecular investigation of the effects of mesenchymal bone marrow-derived stem cells on cells descending from periodontal tissues
Final Report Abstract
Neuartige Therapieverfahren zur Regeneration des Zahnhalteapparats streben die Verwendung von Stammzellen an. Aus klinischer Sicht eignen sich hierfür humane mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (hMSCs), die in ausreichend hohen Stückzahlen gewonnen und somit weitestgehend ohne vorherige in vitro-Manipulation transplantiert werden können. Die teilweise geringe Persistenz von transplantierten hMSCs gibt Hinweise darauf, dass die verbesserte Gewebsregeneration nicht überwiegend auf der Differenzierungsleistung der hMSCs selbst, sondern mutmaßlich auf der Reaktion des Empfängergewebes beruht. Obwohl eine trophische Wirkung von hMSCs auf Endothel- und Immunzellen bereits belegt ist, konnte im Rahmen des Projekts erstmalig die Wirkung von hMSCs auf Zellen aus parodontalen Geweben nachgewiesen werden. Im Einzelnen wurde die Sekretionsleistung der hMSCs an verschiedenen Knochen- und Parodontalzell-induktiven Botenstoffen bestimmt. Hierfür wurden zunächst hMSCs und Zellen aus verschiedenen parodontalen Geweben durch Explantatkulturen angezüchtet und durchflusszytometrisch hinsichtlich phänotypischer Merkmale sowie histologisch bezüglich ihres Differenzierungspotentials charakterisiert. Die hMSCs wurden serumfrei kultiviert und auf ihre Genexpression und Proteinfreisetzung mittels qPCR und ELISA untersucht. Auf diese Art ist es gelungen, Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und Osteoprotegerin (OPG) als reichlich freigesetzte Botenmoleküle zu identifizieren. Im Anschluss konnte mittels Life Cell Imaging-Technologie und dem Einsatz spezifischer Inhibitoren nachgewiesen werden, dass lediglich VEGF, nicht jedoch OPG für Osteoblasten aus dem Alveolarknochen einen chemotaktischen Reiz darstellt. Mit Hilfe eines speziellen Kokultur-Verfahrens im Life-Cell-Modus konnte weitergehend nachgewiesen werden, dass hMSCs in der Lage sind, Alvoelarosteoblasten VEGF-vermittelt anzulocken. Dieser chemo-attraktive Effekt von hMSCs auf Knochenzellen konnte ebenso wie die Identifizierung von VEGF als ursächlichen Faktor erstmalig nachgewiesen werden. Darüber hinaus ist es uns gelungen, neue Siliziumwafer für die Herstellung von Polymer-basierten Modelloberflächen herzustellen. Diese können für die Untersuchung des Sekretionsprofils der hMSCs an Knochen- und Parodontalzell-indukiven Botenstoffen unter biomechanischer Modulation herangezogen werden. Die im Projekt erhobenen Daten liefern neuartige Erkenntnisse hinsichtlich der Interaktion von hMSCs mit den ortständigen Zellen der Empfängergewebe in prospektiven stammzellbasierten Strategien zur Regeneration des Zahnhalteapparats. Hierdurch leisten unsere Resultate einen wertvollen Beitrag zur besseren Vorhersagbarkeit und möglicherweise sogar zur Steuerbarkeit des Ergebnisses derartiger Therapieformen.
Publications
- Migratory hMSC response to conditioned culture medium is oral cell type-dependent. 47th Meeting of the Continental European Division of the International Association of Dental Research, Florenz, Italien (04.-07.09.2013)
Proksch S, Hellwig E, Tomakidi P
- Humane mesenchymale Stammzellen exprimieren mRNA von Chemoattraktoren für Parodontalzellen. Dt. Zahnärztetag 2014, Frankfurt a.M. (07.-08.11.2014)
Proksch S, Bittermann G, Tomakidi P, Hellwig E
- hMSC-derived VEGF release triggers the chemoattraction of alveolar osteoblasts. Stem Cells Volume 33, Issue 10, October 2015, Pages 3114-3124
Proksch S, Bittermann G, Vach K, Nitschke R, Tomakidi P, Hellwig E
(See online at https://doi.org/10.1002/stem.2119) - Humane mesenchymale Stammzellen sezernieren Chemokine und locken Alveolarosteoblasten an. 47. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft für Grundlagenforschung der Dt. Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Mainz (08.- 09.01.2015)
Proksch S, Bittermann G, Vach K, Nitschke R, Tomakidi P, Hellwig E
