In vivo Rekrutierung mesenchymaler Stammzellen mittels Wachstumsfaktor-beladener Biomaterialien zur verbesserten Geweberegeneration
Final Report Abstract
Die Geweberegeneration ist ein stark beforschtes Feld in der Regenerativen Medizin. Neben den „Goldstandard“-Methoden der auto- und allogenen Gewebetransplantationen sucht man nach alternativen Ansätzen, denn beide Methoden haben große Nachteile für den jeweiligen Spender. Im geförderten Projekt wurde ein neues und innovatives System entwickelt, welches auf die endogene Rekrutierung mesenchymaler Stammzellen (MSC) in vivo aus ihrer Nische heraus zum verletzten Gewebe abzielt. Mit dieser Ein-Schritt-Methode ist es möglich, die zeit- und kostenintensiven Schritte der Zellisolierung, in vitro Expansion und Zell/Biomaterial-Implantation des üblichen Tissue Engineering Ansatzes zu umgehen, um so schneller gezielt die Wundheilung positiv zu beeinflussen. Optimale Zellkandidaten für Wundheilungsprozesse sind mesenchymal Stammzellen (MSC), die sich, wie alle Stammzellen, durch ein Selbsterneuerungs- und Differenzierungspotential auszeichnen. Zusätzlich besitzen sie immunmodulatorische sowie anti-inflammatorische Eigenschaften und sind unter physiologischen Bedingungen an der Wundheilung beteiligt. Sie werden standardmäßig aus Knochenmark isoliert und gemäß der Minimalkriterien der Internationalen Gesellschaft für Zelltherapie charakterisiert. Im aktuellen Projekt sollten MSC mittels Wachstumsfaktor-beladener Biomaterialien (Kollagen, Fibrin und Seidenfibroin) aus ihrer ortsständigen Nische heraus rekrutiert und zu einer Wunde geleitet werden. Als Wachstumsfaktor wurde der Hepatozytenwachstumsfaktor (HGF) eingesetzt, welcher pro-angiogene und anti-fibrotische Eigenschaften besitzt und für MSC ein Chemoattraktanz darstellt. HGF konnte erfolgreich in Kollagen- und Fibringele, sowie in Seidenmembranen (Seide aus transgenen Raupen) inkorporiert werden. Die Freisetzung von HGF aus allen drei Biomaterialien hatte eine funktionelle Wirkung auf MSC in vitro: MSC wurden in Richtung HGF bzw. HGF-beladener Biomaterialien dirigiert. In einem Mausmodell wurden HGF-beladene Kollagengele und Seidenfibroinmembranen subkutan implantiert. Die Materialien wurden von den Tieren gut bis ausreichend toleriert. Endogene MSC wurden im Umfeld der HGF-beladenen Implantate nachgewiesen. HGF-beladene Kollagengele und Seidenfibroinmembranen sind somit geeignet, endogene MSC zu rekrutieren. Besonders für Anwendungen in der Wundheilung sind diese Ergebnisse von Bedeutung. Verbrennungswunden sowie chronische Ulzera könnten z.B. mit dem hier vorgestellten Systemen umgehend versorgt werden und umfassender regenerieren.
Publications
- Towards in vivo recruitment of mesenchymal stem cells using HGF-loaded biomaterials. 3rd International Conference on Strategies in Tissue Engineering. Wuerzburg, 2012
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- Hepatocyte Growth Factor-Loaded Biomaterials for Mesenchymal Stem Cell Recruitment. Stem Cells International, 2013
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(See online at https://doi.org/10.1155/2013/892065) - Hepatocyte Growth Factor-loaded Biomaterials for the in vivo Recruitment of endogenous Mesenchymal Stem Cells. World Conference on Regenerative Medicine, Leipzig, 2013
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- In vivo Recruitment of Endogenous MSC via HGF-loaded Biomaterials. 8th Annual Meeting of the German Society for Biomaterials, Erlangen, 2013
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- Do HGF-Loaded Biomaterials Recruit Mesenchymal Stem Cells? 12th Annual Meeting of the International Society for Stem Cell Research, Vancouver, Canada, 2014
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- Mesenchymal stem cells can be recruited to wounded tissue via hepatocyte growth factor‐loaded biomaterials. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine Vol 11 Issue 11, November 2017, Pages 2988-2998. First published: 19 September 2016
van de Kamp J, Paefgen V, Wöltje M, Böbel M, Rheinnecker M, Jaekel J, Labude N, Rath B, Knüchel R, Jahnen-Dechent W, Neuss S
(See online at https://doi.org/10.1002/term.2201)
