Untersuchung zur Bedeutung von Cx43 und Stammzellen-abgeleiteter Exosomen bei der Regeneration des osteoarthrotischen Knorpels

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Arnhold; Professorin Dr. Sabine Wenisch
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452795283

Schädigungen des Gelenkknorpels im Rahmen der Osteoarthrose (OA) ist eine der Hauptursachen für das Auftreten von Lahmheiten bei Pferden. Ätiologie und Pathogenese der OA sind noch nicht ausreichend geklärt und bislang existieren auch keine zuverlässigen Therapieoptionen, um die Wiederherstellung des Gelenkknorpels einschließlich des subchondralen Knochens zu stimulieren. Der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen (MSC) für die Therapie der Osteoarthrose sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin gewinnt jedoch immer mehr an Bedeutung, denn nach aktuellem Forschungsstand ist nicht mehr davon auszugehen, dass Stammzellen in situ zu Knorpelzellen im defekten Knorpel differenzieren müssen. Vielmehr werden die therapeutischen Effekte der MSC dem regenerativen Potential der von ihnen in den Extrazellularraum abgegebenen Exosomen zugeschrieben. Aus früheren eigenen Arbeiten ist bekannt, dass Exosomen aus dem Zellkulturüberstand von MSC mittels Ultrafiltration isoliert werden können. Sie lassen sich durch die Expression der Oberflächenmarker CD9, CD63, und CD81 charakterisieren. Es ist weiterhin bekannt, dass die in den Exosomen enthaltenen mikro-RNAs die Balance zwischen Proliferation und Differenzierung und damit das Mikromilieu in der Stammzellnische in vivo steuern. Darüber hinaus nimmt exosomales sowie von Chondrozyten des Gelenkknorpels produziertes Connexin 43 (Cx43) bei der Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase im Mikromilieu des gesunden Gelenkknorpels eine Schlüsselrolle ein. Vor diesem Hintergrund ist es Gegenstand des hier vorgelegten Projektentwurfes, die protektive Wirkung von Exosomen, die aus dem Überstand von aus Fettgewebe abgeleiteten MSC des Pferdes gewonnen werden, in einem in vitro OA-Modell unter Verwendung von geschädigten equinen Chondrozyten zu untersuchen. Schwerpunkt der Untersuchung ist die Überprüfung der Arbeitshypothese, ob unterschiedliche Expressionsmuster von Cx43 sowie verschiedene Kulturbedingungen der MSC einschließlich der aus diesen Zellen isolierten Exosomen differentielle therapeutische Effekte im OA Modell erzielen und einer im Rahmen der OA hochregulierten Cx43 Expression entgegenwirken können. Die therapeutische Potenz der Exosomen soll weiterhin durch die Analyse der in den Exosomen therapeutisch wirksamen Substanzen (miRNAs, Proteine, Zytokine, Wachstumsfaktoren etc.) ermittelt werden. Die in dieser Arbeit erarbeiteten Befunde haben das Ziel, Grundlagen für eine stammzellbasierte, jedoch zellfreie Therapie für die OA in der Veterinär- und Humanmedizin zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen