Funktion von Pluripotenten Stammzellen isoliert von adultem Gewebe bei der Regeneration von Knochengewebe

• Antragsteller: Professor Dr. John Barker
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314326884

Kleinere Knöchelverletzungen verheilen in der Regel allein. Große Knochen defekte jedoch, bedingt durch angeborene Anomalien, Trauma oder Resektion erkrankten Gewebes, übersteigen die regenerativen Fähigkeiten des Knochens und bedürfen multipler, kostspieliger und zeit intensiver Interventionen. Die derzeitigen Behandlungsstrategien großer Knochen defekte sind unterschiedlich erfolgreich und sind überdies mit zahlreichen Nachteilen behaftet. Dürch die Anwendung von Tissue engineering-Strategien, wie z.B. die Kombination von Gerüststoffen, Wachstumsfaktoren undoder Osteoprogenitorzellen als Ersatz für ein autologes Knochentransplantat, könnten die Nachteile der chirurgischen Standardtherapien vermieden werden.Unsere Arbeitsgruppe konnte durch die Transplantation von Knochenersatzstoffen besiedelt mit kulturexpandierten stromalen Knochenmarkszellen (MSC) und oder endothelialen Vorläuferzellen (EPC) sowie aufgereinigten mononukleären Knochenmarkszellen (BM-MNC) die Knochenheilung in einen critical-size Defekt am Femur der Ratte signifikant verbessern. Die Kombination von MSC und EPC erwies sich in diesen Versuchen bezüglich der Knochneheilung autologen Knochentransplantaten überlegen. Interessanterweise waren BM-MSC in ihrer Wirkung vergleichbar zu der Kombination von MSC und EPC. Aus diesem Ergebnis ergab sich die Frage, welche der Zellpopulationen innerhalb der BM-MNC primär zu der beobachteten verbesserten Knochenheilung führen könnten. BM-MSC beinhalten eine Mischung unterschiedlicher mononukleärer Zellpopulationen einschließlich MSC, hämatopoietischen Vorläuferzellen, EPC und pluripotenten Stammzellen. Letztere würden durch verschiedene Arbeitsgruppen beschrieben, und abhängig vom angewandten Isolierungsprotokoll erhielten diese Zellen unterschiedliche Bezeichnungen: spore-like stem cells, multipotent adult stem cells (MASCs), multilineage-differentiating stress enduring cells, multipotent adult progenitor cells , very small embryonic-like stem cells (VSEL). Darüber hinaus sind diese Zellen sind in den meisten adulten Geweben nachweisbar, erwiesen sich als pluripotent in einem in vivo-Modell und sind befähigt die Knochenneubildung zu stimulieren.Basierend auf den oben dargelegten Sachverhalten formulieren wir die Hypothese, dass die VSEL-Zellpopulation innerhalb der BM-MNC eine Schlüsselrolle für die regenerative Antwort nach Knochenverletzungen innehat. Um diese Hypothese zu überprüfen, untersuchen wir den Effekt von BM-MNC mit bzw. ohne VSEL-Zellen sowie von isolierten VSEL auf die Knochenheilung in unserem etablierten critical size Defektmodell am Rattenfemur. Die Experimente werden hierbei gemäß der folgenden Fragestellungen strukturiert: Sind VSEL Zellen, bzw. ihre Differenzierungsstufen im heilenden Knochen im Femurdefekt der Ratte zu finden? Wenn dies der Fall ist, wird untersucht, ob VSEL zu der knocheheilenden Antwort in BM-MNC basierter Behandlung beitragen und zu welchen Aspekten der Knochenheilung VSEL-Zellen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Mitverantwortlich: Professor Mariusz Ratajczak, Ph.D.