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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-160508
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 10 August 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Achim Göpferich and Prof. Dr. Torsten Blunk |
| Date of exam: | 30 July 2010 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical Technology (Prof. Göpferich) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Zellkultur, 3T3-L1 Adipozyten, extrazelluläre Matrix, Kollagene, Adipogenese, Tissue Engineering, Hydrogel, mesenchymale Stammzellen, Lipolyse |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 16050 |
Abstract (English)
This thesis presents the variability of in vitro adipocyte culture for different applications in basic research and developments towards clinical application. Conventional 2-D monolayer culture is useful for the investigation of mechanism on the cellular and molecular level. Thereby, the choice of the cell source is essential. The 3T3-L1 preadipocyte cell line is a well established culture ...
Abstract (English)
This thesis presents the variability of in vitro adipocyte culture for different applications in basic research and developments towards clinical application. Conventional 2-D monolayer culture is useful for the investigation of mechanism on the cellular and molecular level. Thereby, the choice of the cell source is essential. The 3T3-L1 preadipocyte cell line is a well established culture system, but its use is limited, particularly in clinical applications. ADSCs are an alternative cell culture model to further approach human conditions. In this thesis, a standardized isolation and culture procedure of ADSCs was established leading to a highly differentiated adipocyte culture. By utilizing the established culture systems with 3T3-L1 and ADSCs, it was clarified that the fat reducing effect after injection of Lipostabil® are caused by cell-lysing and not receptor-mediated lipolytic actions.
Adipocyte cell culture is particularly used in basic research. In the last decades, many 2-D in vitro studies contributed to the understanding of molecular mechanisms of adipogenesis. However, the influence of the surrounding tissue architecture on adipocyte development is not well characterized. In this thesis, a complex interplay of collagens and adipogenesis was shown. Particularly collagen XVI was downregulated during in vitro adipogenesis and it is supposed to play a functional role in this process. Moreover, this thesis showed the importance of a 3-D adipocyte culture system when investigating the surrounding architecture. The appropriate collagen organization appeared to be more relevant in a 3-D tissue-like context for adipocyte development.
3-D adipocyte culture systems are not only essential for basic research purposes, but also for clinical approaches. The improvement of adipose tissue engineering for use in reconstructive surgery requires suitable scaffold biomaterials. A new PEG-based hydrogel developed by our group was suggested to be an appropriate scaffold for adipose engineering. The gel provided a suitable environment that directed adipocyte differentiation. Furthermore, functionalization of the gel with degradation sites promoted the development of coherent adipose tissue-like structures. Once placed at the application site, it is assumed that the gel is degraded by cell-secreted proteases. Thereby, the degradation rate is spatially and temporarily synchronized with the deposition of ECM. Although future in vivo experiments have to be carried out, the developed gel system is proposed as a promising scaffold for a variety of applications in regenerative medicine.
In conclusion, adipocyte cell culture is an adequate tool for basic research and the development of clinical applications. Whereas 2-D culture is an easily accessible and widely used model system, 3-D cell systems open up new possibilities for future research, especially when a tissue-like context is of importance.
Translation of the abstract (German)
Die in vitro Kultur von Fettzellen ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die klinische Forschung von großer Bedeutung. Üblicherweise kommen zwei-dimensionale (2-D) Monolayerkulturen zum Einsatz, vor allem wenn es darum geht, zelluläre und molekulare Mechanismen zu untersuchen. Dabei ist die richtige Wahl der Zellspezies von großer Bedeutung. Die 3T3-L1 Präadipozyten-Zelllinie ist ...
Translation of the abstract (German)
Die in vitro Kultur von Fettzellen ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die klinische Forschung von großer Bedeutung. Üblicherweise kommen zwei-dimensionale (2-D) Monolayerkulturen zum Einsatz, vor allem wenn es darum geht, zelluläre und molekulare Mechanismen zu untersuchen. Dabei ist die richtige Wahl der Zellspezies von großer Bedeutung. Die 3T3-L1 Präadipozyten-Zelllinie ist ein gut etabliertes System, kann aber klinisch nicht zum Einsatz kommen. Mesenchymale Stammzellen aus dem Fettgewebe (ADSCs) stellen ein alternatives Zellmodell dar, das mehr der in vivo Situation ähnelt. In dieser Arbeit wurde die Isolation und Kultivierung von ADSCs etabliert, wobei das Ziel eine differenzierte Fettzell-Kultur war. Beide Kultursysteme, 3T3-L1 und ADSCs, wurden anschließend verwendet, um den fettreduzierende Effekt von Lipostabil nach subkutaner Injektion zu charakterisieren. Es stellte sich heraus, dass der fettreduzierende Effekt nicht auf eine Rezeptor-vermittelte lipolytische Wirkung zurückzuführen war, sondern vielmehr auf Zelllyse beruhte.
Um solch molekulare Mechanismen zu untersuchen, sind 2-D Zellkulturen gut geeignete Modellsysteme. Will man jedoch den Einfluss der äußeren Umgebung wie Zell-Zell oder Zell-Matrix-Interaktionen auf die Fettzelle erforschen, so benötigt man drei-dimensionale (3-D) Zellsysteme, die einen Gewebe-ähnlichen Kontext ausbilden. In dieser Arbeit wurde gezeigt, welch komplexes Zusammenspiel zwischen Kollagenen und der Adipogenese besteht und wie wichtig es ist, 3-D Modelle zu verwenden, um solch Fragestellungen nachzugehen. Die Kollagenorganisation spielt eine große Rolle in 3-D Kulturen und beeinflusst die Differenzierung von Adipozyten wesentlich. Weiterhin wurde Kollagen XVI als eine neue Matrixkomponente identifiziert, die in der Entwicklung von Fettgewebe eine funktionelle Rolle haben könnte.
Neben dem großen Nutzen von 3-D Fettzell-Kulturen in der Grundlagenforschung, sind sie auch für klinische Anwendungen, vor allem im Bereich des Tissue Engineerings, bedeutend. Der Erfolg des Fett Tissue Engineerings hängt dabei stark von den verwendeten Biomaterialien der Scaffolds ab. Bisher konnte jedoch noch kein optimales Scaffold entwickelt werden. Das von uns entwickelte Hydrogel, das auf Polyethylenglykol basiert, scheint aber ein geeignetes Material darzustellen, das den Adipozyten Form und Halt gibt und ihnen dabei eine Umgebung schafft, die sie bei der Differenzierung unterstützen. Zusätzlich kann das Hydrogel so funktionalisiert werden, dass ein enzymatischer Abbau durch zelleigene Proteasen möglich wird. Somit kann der Abbau des Gels an die Entwicklung des Fettgewebes angepasst werden. In vitro Langzeitkulturen über 6 Wochen haben gezeigt, dass die abbaubaren PEG-Hydrogele die Ausbildung eines kohärenten Fettgewebes erlaubten, das dem in vivo Gewebe sehr ähnelte. In Hydrogelen, die nicht abgebaut werden konnten, war kein gewebeähnlicher Kontext erkennbar.
Zusammengefasst lässt sich noch mal festhalten, dass die Kultur von Fettzellen eine wichtige Methode sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die klinische Forschung darstellt. Während 2-D Kultursysteme bisher üblicherweise in der Forschung verwendet werden, öffnen 3-D Zellsysteme jedoch neue Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:17
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