Osteoskeletales Regenerationspotential von Exosomen von Stammzellen aus Fettgewebe unter Inhibition des Transforming growth factor β-Signalweges

• Antragstellerin: Dr. Julika Leandra Huber
• Fachliche Zuordnung: Allgemein- und Viszeralchirurgie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423826602

Tumore, Trauma oder Operationen können zu Knochendefekten führen, die aufwändiger Rekonstruktion bedürfen. Autologe oder allogene Knochentransplantationen oder prothetischer Knochenersatz birgt große Nachteile, sodass alternative Konzepte erforscht werden.Der Transforming Growth Factor beta (TGFβ) ist als wichtiger Mediator im Knochenstoffwechsel bekannt. Es wird angenommen, dass eine Inhibition des TGFβ-Signalweges die Knochenregeneration fördert. Small molecule SB431542, ein TGFβ-Inhibitor, führt zu einer vermehrten osteogenen Differenzierung und bietet so einen Ansatz zur Behandlung von Knochendefekten.Die Gewebezüchtung mittels mesenchymaler Stammzellen (MSCs) hat sich in der experimentellen Erforschung der Knochenregeneration bewährt. Jedoch wachsen MSCs im Verletzungsareal nur schlecht an und differenzieren kaum. Es wird postuliert, dass MSCs bioaktive Faktoren sezernieren, die direkt wirken, indem sie die interzelluläre Kommunikation fördern oder indirekt, indem sie benachbarte Zellen stimulieren. Exosomen sind von MSCs freigesetzte biomolekulare Nanostrukturen, die miRNA, Proteine und andere Moleküle beinhalten. Wir postulieren, dass Exosomen als Träger für autokrine und/oder parakrine Signalfaktoren fungieren, die von humanen, aus Fettgewebe stammenden MSCs (ex-hASC) sezerniert werden. Diese könnten von den Zellen isoliert werden und in einen Knochendefekt appliziert werden. Wir nehmen an, dass eine Vorbehandlung der hASCs mit SB431542 zu einer erhöhten osteoskeletalen Regenerationskapazität der isolierten Exosomen führt. In unserem Projekt beabsichtigen wir die Knochenregeneration von mit SB431542 behandelten oder unbehandelten ex-hASCs zu erforschen. Zudem planen wir die Zusammensetzung der ex-hASCs zu charakterisieren, um spezifische Faktoren zu identifizieren, die eine wichtige Rolle in der Knochenregeneration innehaben. Zunächst werden wir die Exosomen von unbehandelten und mit SB431542 behandelten hASCs isolieren. In vitro werden wir die osteoinduktiven Eigenschaften der ex-hASCs unter Inhibition des TGFβ-Signalweges mittels RT-PCR, qPCR und Immunoblots untersuchen. Die osteoskeletale Regenerationskapazität der aus ex-hASCs wird in vivo anhand eines bereits etablierten Knochendefektmodells mittels Mikro-CT, Histologie und Immunfluoreszenzfärbungen untersucht werden. Anschließend wird via bildgebender Techniken, Immunoblots, Proteom- und miRNA-Analysen der Inhalt der aus vorbehandelten und unbehandelten ex-hASCs untersucht werden. Abschließend werden wir die als osteoinduktiv identifizierten Proteine und/oder miRNAs mittels Gain- and Loss-of-function- Experimente untersuchen. Wir glauben, dass Exosomen als Träger für gezielte Wirkstoffabgabe genutzt und bereits vorbehandelt werden könnten, sodass eine maximale Wirkung im Verletzungsareal erzielt wird. Folglich könnte die Behandlung mit Exosomen potentiell die zellbasierte Therapie ersetzen und das Risiko einer neoplastischen Transformation nach MSC-Transplantation minimieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professor Dr. Michael T. Longaker, Ph.D.; Dr. Natalina Quart, Ph.D.