| License: Publishing license for publications including print on demand (1MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-222357
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.22235
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 29 September 2011 |
| Referee: | PD Marc H. Dahlke |
| Date of exam: | 12 September 2011 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Chirurgie |
| Keywords: | Leberregeneration, Stammzellen, mesenchymale Stammzellen, Rattenmodell, Leberschädigung, Transplantation, Chirurgie |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 22235 |
Abstract (German)
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich im Allgemeinen mit der Fragestellung, welchen Stellenwert adulte Stammzellen als zukünftige alternative oder unterstützende Therapie zur Lebertransplantation von Patienten mit terminalen Lebererkrankungen haben könnten. Denn trotz der enormen Eigenregenerationskraft der Leber bietet bei Versagen ihrer lebenswichtigen Funktionen nur der operative Ersatz des ...
Abstract (German)
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich im Allgemeinen mit der Fragestellung, welchen Stellenwert adulte Stammzellen als zukünftige alternative oder unterstützende Therapie zur Lebertransplantation von Patienten mit terminalen Lebererkrankungen haben könnten. Denn trotz der enormen Eigenregenerationskraft der Leber bietet bei Versagen ihrer lebenswichtigen Funktionen nur der operative Ersatz des defekten Organs eine Chance auf Heilung. Da eine Lebertransplantation jedoch viele Komplikationen und unerwünschte Nebenwirkungen mit sich bringen kann, und der Mangel an Spenderorganen dieser Therapieform definitiv Grenzen setzt, sind alternative Behandlungsmethoden dringend erforderlich. Die Möglichkeit Hepatozyten oder Stammzellen als Zelltherapie zur Regeneration des Leberparenchyms und seiner Funktion einzusetzen, erscheint durchführbar und aussichtsreich. Es wurde vielfach berichtet, dass sich adulte Stammzellen in eine Vielzahl reifer Gewebe, wie zum Beispiel auch Hepatozyten, differenzieren können. Darüber hinaus besitzen adulte Stammzellen die Fähigkeit, mit Empfängerleberzellen zu fusionieren und dadurch an der Leberregenration teilzunehmen. Eine sehr vielversprechende Zellpopulation in diesem Zusammenhang sind mesenchymale Stammzellen (MSC) aus dem Knochenmark, die ein breites Differenzierungspotential haben, sich leicht gewinnen und in vitro vermehren lassen.
Folglich war es im Speziellen Ziel dieser Arbeit, den Beitrag von MSC durch Differenzierung oder Zellfusion an der Leberregeneration im Vergleich zu Hepatozyten im Tiermodell zu untersuchen. Hierfür wurden Ratten einer kontinuierlichen Leberschädigung durch Tetrachlorkohlenwasserstoff (CCl4) und Allylalkohol (AA) ausgesetzt und zum Teil gleichzeitig mit Retrorsine behandelt. Letzteres ist ein potenter Inhibitor der Mitose von Leberzellen und unterbindet die Eigenregeneration der Leber. Zur Identifikation transplantierter Zellen wurde das Enzym Dipeptidyl-peptidase IV (DPPIV) als hepatozellulärer Marker gewählt. In einer syngenen Versuchsanordnung wurden aus dem Knochenmark gewonnene MSC und Hepatozyten von F344 Ratten in DPPIV-defiziente Tiere des gleichen Stammes transplantiert. Beide Varianten der F344 Ratten sind bis auf eine Punktmutation im DPPIV-Gen genetisch identisch. Immunhistochemische Färbungen wurden verwendet, um DPPIV-positive Spenderzellen im Lebergewebe zu detektieren. Nach der Injektion von Wildtyphepatozyten war die Anzahl DPPIV-positiver Zellen in der Versuchsgruppe, die mit AA und Retrorsine behandelt wurde, höher als in Tieren, die CCl4 in Kombination mit Retrorsine erhalten haben. Die alleinige Applikation von AA oder Retrorsine war im Gegensatz zu CCl4 ausreichend für eine erfolgreiche Ansiedlung von Spenderhepatozyten. Die Zellen wurden sowohl über die Pfortader, als auch direkt in das Leberparenchym injiziert. Dies resultierte aber in beiden Fällen in einer gleichmäßigen Verteilung DPPIV-positiver Hepatozyten in der Leber und vergleichbaren Zellzahlen. Im Gegensatz zu den Daten der Hepatozytentransplantation konnten in keinem Empfängertier DPPIV-positive, aus Spender-MSC hervorgegangene Leberzellen nachgewiesen werden. Auch eine Stimulierung der MSC durch spezielle Kulturbedingungen zeigte keine Wirkung. Diese Resultate lassen die Schlussfolgerung zu, dass in vivo weder eine Differenzierung noch Fusion von MSC stattgefunden hat, die DPPIV-exprimierende Hepatozyten generieren konnte. Distributionsversuche, die die Verteilung und den Verbleib von MSC evaluieren sollten, ergaben, dass MSC zunächst in großer Zahl im Leberparenchym zu finden waren, jedoch schon nach wenigen Tagen nur noch vereinzelt wiedergefunden werden konnten. Die in dieser Studie verwendeten MSC wurden im Vorfeld der in vivo-Versuche ausgiebig charakterisiert und entsprachen in allen Punkten den in der wissenschaftlichen Literatur angegebenen Kriterien.
Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit aufgezeigt werden, dass MSC nicht in der Lage waren, in Tierversuchen an der Leberregeneration teilzunehmen. Die hier angewandten verschiedenen künstlichen Leberschädigungsmodelle führten dagegen zu einer erfolgreichen Ansiedlung und Proliferation von transplantierten Hepatozyten, was belegt, dass die applizierten toxischen Stimuli eindeutig wirksam waren. Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass mesenchymale Stammzellen mit multipotenten Eigenschaften nicht die Fähigkeit besitzen in einem therapeutisch relevanten Umfang in vivo durch Differenzierung oder Zellfusion einen Beitrag an der Leberregeneration zu leisten. Die Zelltherapie mit Hepatozyten hingegen scheint für eine klinische Anwendung erfolgversprechender zu sein.
Translation of the abstract (English)
In culture, Mesenchymal stem cells (MSC) can be differentiated into a variety of tissue types, including hepatocytes. MSC are easily obtained from adult bone marrow and can be expanded to large amounts in vitro. Thus, MSC seem to be suitable for the application in regenerative liver repair. The goal of this study was to analyze whether cultured MSC participate in liver regeneration in a rat model ...
Translation of the abstract (English)
In culture, Mesenchymal stem cells (MSC) can be differentiated into a variety of tissue types, including hepatocytes. MSC are easily obtained from adult bone marrow and can be expanded to large amounts in vitro. Thus, MSC seem to be suitable for the application in regenerative liver repair. The goal of this study was to analyze whether cultured MSC participate in liver regeneration in a rat model of prolonged toxic liver injury.
Cultured MSC from F344 rats were injected into dipeptidyl peptidase IV (DPPIV-/-) deficient rats. Normal hepatocytes from wild-type animals ubiquitously express DPPIV (CD26), whereas wild-type MSC do not. Therefore the de-novo expression of DPPIV indicates MSC-to-hepatocyte plasticity. Corresponding experiments were carried out using F344 hepatocytes as a control cell population. Donor cells were directly injected into the liver parenchyma as well as into the portal vein. Toxic liver injury was achieved by applying either allylalcohol (AA) or carbon tetrachloride (CCl4) repeatedly. Some animals were additionally treated with retrorsine, an alkaloid that effectively inhibits hepatocyte cell division. Histochemistry and immunohistochemistry against CD26 was performed on liver cryostat sections to identify DPPIV positive donor derived cells. MSC and hepatocytes were phenotypically characterized before transplantation by FACS. Additionally GFP-labeled and BrdU-stained MSC were injected to analyze the distribution of MSC in the liver over time.
Hepatocyte transplantation led to stable hepatic engraftment in all transplanted groups. The degree of hepatocyte chimerism varied in dependency of the induction protocol applied. In contrast, transplantation of MSC did not result in the occurrence of DPPIV expressing donor derived cells in the liver. When donor hepatocytes were injected directly into the liver no or few cell clusters were identified at the injection site, donor cells were evenly distributed throughout the whole liver. The distribution of MSC in the liver was analyzed by two different methods. BrdU staining suggested that MSC stay in the liver to a certain extent. Injected MSC seem to be cleared from the liver using GFP positive MSC.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 05:51
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