Untersuchung humaner Stammzellen aus dem adulten Knochenmark und der fetalen Leber

a) Mesenchymale Stammzellen (MSC) aus humanem adultem Knochenmark sind durch ihre fibroblastenartige Morphologie, adhärentes Wachstum, und ihr Potenzial in Adipozyten, Osteoblasten und Chondrozyten zu differenzieren, gekennzeichnet. Durch Zellsortierungs-experimente wurde der in vivo Phänotyp von MSC bezüglich CD34 und CD45 analysiert. Knochenmarkzellen wurden durch FACS in die Subpopulationen CD34+, CD34-, CD45+CD34+, CD45high+CD34-, CD45med,low+CD34+ und CD45-CD34- aufgetrennt. Zellen aller Fraktionen wurden anschließend unter gleichen Bedingungen kultiviert und auf Wachstum von MSC hin überprüft. MSC konnten in den Fraktionen CD34+, CD45+CD34+ und in größter Frequenz in der CD45-CD34- Fraktion festgestellt werden. Nach in vitro Kultivierung besaßen MSC aller drei Fraktionen den gleichen Phänotyp. Sie waren bezüglich CD45 und CD34 negativ. MSC ändern demzufolge ihren Phänotyp in vitro. <br>Die Fähigkeit von MSC aus der CD45+CD34+, der CD45-CD34- Fraktion sowie von unseparierten MSC, in vitro in endotheliale und hämatopoetische Zellen zu differenzieren, wurde mittels Kultivierung in spezifischen Differenzierungsmedien getestet. Es konnten keine Hinweise auf endotheliale oder hämatopoetische Differenzierbarkeit von MSC gefunden werden. <br>Um zu untersuchen, welche Bedeutung die in vitro verlorene Expression von CD34 für MSC hat, wurden MSC mit einem Vektor, der für das komplette CD34-Molekül kodiert, stabil retroviral infiziert. CD34-transduzierte Zellen wurden auf ihr Potenzial, in vitro in endotheliale und hämatopoetische Zellen zu differenzieren, überprüft. Hinweise auf Differenzierungsvermögen in beide Linien wurden nicht gefunden. In Xenotransplantations-experimenten mit NOD/SCID-Mäusen wurde verglichen, ob CD34-transduzierte MSC und nicht transduzierte MSC die Fähigkeit besitzen, einen subletal bestrahlten Organismus zu repopulieren. Bei zwei von insgesamt elf transplantierten Mäusen konnte humanes Engraftment nachgewiesen werden. Ein Zusammenhang zwischen CD34-Expression und Engraftmentverhalten konnte nicht festgestellt werden. <br>Die Ergebnisse der in vivo und in vitro Versuche können zuletzt publizierte Plastizitätsstudien, in welchen über Transdifferenzierung von humanen Stammzellen aus adulten Knochenmark in verschiedene nicht mesenchymale Zelltypen berichtet wurde, nicht untermauern. <br> <br>b) Stammzellen aus humaner fetaler Leber (FL) stellen eine vielversprechende Alternative zu Stammzellen aus dem adulten Knochenmark dar. Durch ein einfaches Verfahren können hämatopoetische Progenitoren aus FL in vitro expandiert werden. Durch Anwendung des NOD/SCID-Maus Xenotransplantationsmodells konnte gezeigt werden, daß über 28 Tage expandierte Proben humaner FL große Mengen an SCID-repopulierenden Zellen (SRC) mit Potenzial zur Kurz- und Langzeitrepopulation enthalten. Durch quantitative Verdünnungsreihenexperimente im NOD/SCID-Mausmodell konnte erstmals demonstriert werden, daß SRC aus FL in vitro über 28 Tage zwischen 10- und über 100-fach expandiert werden können. Die Möglichkeit hämatopoetische Stammzellen aus FL in vitro effizient zu expandieren, eröffnet die Chance diese Stammzellquelle für die Transplantation adulter Patienten nutzbar zu machen. <br> <br>c) Das NOD/SCID-Mausmodell ist das am häufigsten verwendete Modellsystem zur Untersuchung humaner Stammzellen in vivo. Die Schwächung des Immunsystems dieser Mäuse, welche auf einem Mangel an reifen B- und T-Zellen beruht, macht sie für transplantierbare humane Stammzellen empfänglich. Eine der verbliebenen Immunfunktionen in der NOD/SCID-Maus sind deren NK-Zellen. Um die Immunfunktion noch weiter einzuschränken und dadurch ein für Xenotransplantationen mit humanen Stammzellen noch besser geeignetes Mausmodell zu erhalten, wurden durch Kreuzung von Perforin-defizienten NOD-Mäusen mit NOD/SCID-Mäusen Perforin-defiziente NOD/SCID-Mäuse (PNOD/SCID-Mäuse), welche keine zytotoxische Aktivität der NK-Zellen besitzen, erzeugt. <br>Um das Engraftmentpotenzial humaner hämatopoetischer Stammzellen in der PNOD/SCID-Maus mit dem in der NOD/SCID-Maus zu vergleichen, wurden gleiche Zellzahlen an mononukleären (MNC) oder CD34+ separierten Zellen aus Nabelschnurblut in subletal bestrahlte Individuen transplantiert. Nach Transplantation von MNC war der Anteil an engrafteten PNOD/SCID-Mäusen niedriger (34,8%) als bei NOD/SCID-Mäusen (64,7%). Bei Injektion von CD34+ Zellen wurden ähnliche Ergebnisse erhalten. Nur 32,3% der transplantierten PNOD/SCID-Mäuse wiesen humanes Engraftment auf, während 60% aller transplantierten NOD/SCID-Mäuse humanes Engraftment aufwiesen. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß die zusätzliche Ausschaltung der NK-Zell vermittelten Zytotoxizität in der PNOD/SCID-Maus nicht zu besseren Bedingungen für humanes Engraftment führt.

Author dc:creator

• Kaiser, Stefan

Contributors dc:contributor

• Sippel, Albrecht E.

• mesenchymale Stammzellen
• Stammzellplastizität
• fetale Leber
• NOD/SCID-Maus
• PNOD/SCID-Maus
• mesenchymal stem cells
• CD34
• stem cell plasticity
• fetal liver
• PNOD/SCID mice

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