In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in den Bereichen der Regenerativen Medizin und des Tissue Engineerings erzielt. Für die Regeneration von Gelenkknorpeldefekten wird nach der optimalen Kombination aus geeigneten Zellen, Signalmolekülen, Trägermaterialien und externen mechanischen Stimuli, mit denen ein gesundes und funktionsfähiges Gewebe wiederhergestellt werden kann, ...
Abstract (German)
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in den Bereichen der Regenerativen Medizin und des Tissue Engineerings erzielt. Für die Regeneration von Gelenkknorpeldefekten wird nach der optimalen Kombination aus geeigneten Zellen, Signalmolekülen, Trägermaterialien und externen mechanischen Stimuli, mit denen ein gesundes und funktionsfähiges Gewebe wiederhergestellt werden kann, geforscht.
Folgende Vorergebnisse bildeten die Ausgangslage für die Untersuchungen, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden: Während der chondrogenen Differenzierung der humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) zeigten sich die intrazellulären Sexualhormonrezeptoren (ER-alpha, ER-beta, AR) und der membranständige Estrogenrezeptor GPR30 nachweisbar. Die Sexualhormone DHEA, 17ß-Estradiol und Testosteron hatten keinen Einfluss auf die Proliferation der hMSCs. Das Estrogen 17ß-Estradiol fungierte jedoch dosisabhängig bei einer Konzentration von 10-8M als ein Inhibitor der chondrogenen Differenzierung der hMSCs.
In einer ersten Untersuchung konnte die Anfangsphase der chondrogenen Differenzierung der hMSCs als die sensible Phase identifiziert werden, in welcher die hemmende Wirkung von 17ß-Estradiol (10-8M) auf die Ablagerung struktureller Knorpelbestandteile erfolgt. Um die negative Beeinflussung von 17ß-Estradiol auf die Chondrogenese genauer zu analysieren, wurde die hochdichte Zellaggregatkultur mit 17ß-Estradiol, ICI 182.780, dem membranimpermeablen Konjugat E2-BSA, dem spezifischen GPR30-Agonisten G-1 und GPR30-Antagonisten G15 inkubiert. Die durch 17ß-Estradiol ausgelöste Hemmung der Synthese knorpelspezifischer Matrixbestandteile wurde durch ICI 182.780, der ein Rezeptorantagonist der beiden klassischen nukleären Estrogenrezeptoren ist, noch weiter verstärkt. ICI 182.780 wurde in der Literatur jedoch auch als Agonist an dem membranständigen Estrogenrezeptor GPR30 beschrieben. GPR30 konnte in einer weiteren Versuchsreihe als derjenige Estrogenrezeptor identifiziert werden, über welchen 17ß-Estradiol seine hemmende Wirkung auf den Chondrogeneseprozess entfaltet. So wurde sowohl durch 17ß-Estradiol, E2-BSA und ICI 182.780 als auch durch den spezifischen GPR30-Agonisten G-1 eine signifikant reduzierte Ablagerung der Knorpelmatrixbestandteile Kollagen Typ II und Glykosaminoglykan ausgelöst. Diese negative Beeinflussung konnte durch den spezifischen GPR30-Antagonisten G15 signifikant aufgehoben werden.
Die Beeinflussung der chondrogenen Differenzierung von hMSCs durch das Estrogen 17ß-Estradiol wurde hiermit zum ersten Mal in der Literatur beschrieben. Zuletzt ergaben sich erste Anhaltspunkte dafür, dass 17ß-Estradiol bei einer Konzentration von 10-8M auch die Chondrogenese mesenchymaler Stammzellen von weiblichen Spenderinnen hemmt.
Translation of the abstract (English)
In recent years great advances in the fields of regenerative medicine and tissue engineering have been made. For the regeneration of articular cartilage defects the best combination of dedicated cells, signaling molecules, scaffolds and external mechanical stimuli is researched, to be able to regenerate an intact and most functional replacement tissue.
The following preliminary results were the ...
Translation of the abstract (English)
In recent years great advances in the fields of regenerative medicine and tissue engineering have been made. For the regeneration of articular cartilage defects the best combination of dedicated cells, signaling molecules, scaffolds and external mechanical stimuli is researched, to be able to regenerate an intact and most functional replacement tissue.
The following preliminary results were the background for the investigations, which were carried out in this survey: During the chondrogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) the intracellular sex hormone receptors (ER-alpha, ER-beta, AR) and the membrane-ligated estrogen receptor GPR30 were detected. The sex hormones DHEA, 17ß-estradiol and testosterone had no effect on the proliferation of hMSCs. But the estrogen 17ß-estradiol functioned dose-dependent at a concentration of 10-8M as an inhibitor of chondrogenic differentiation of hMSCs.
In a first experiment the initial phase of the chondrogenic differentiation of hMSCs was identified as the sensitive phase, in which the inhibitory effect of 17ß-estradiol (10-8M) is carried out to the deposition of structural cartilage components. To analyze precisely the negative influence of 17ß-estradiol on chondrogenesis, the high-density cellaggregate culture was incubated with 17ß-estradiol, ICI 182 780, the membran-impermeable conjugate E2-BSA, the specific GPR30 agonist G-1 and the GPR30 antagonist G15. The inhibition of synthesis of cartilage-specific matrix components, induced by 17ß-estradiol, was further strengthened by ICI 182,780, witch is characterized as an antagonist of the classical nuclear estrogen receptors. In the literature ICI 182,780 is also described as an agonist of the membrane-ligated estrogen receptor GPR30. GPR30 was in another series of the experiment identified as particularly that estrogen receptor, through which 17ß-estradiol exerts its inhibitory effect on the chondrogenesis of hMSCs. Then both by 17ß-estradiol, E2-BSA and ICI 182 780 as well as by the specific GPR30 agonist G-1 a significantly reduced deposition of the cartilage matrix components collagen type II and glycosaminoglycan was initiated. These inhibitory effects on chondrogenic differentiation could significantly be reversed by the specific GPR30 antagonist G15.
The negative impact of the estrogen 17ß-estradiol on chondrogenic differentiation of hMSCs via GPR30 has been hereby first described in the literature. Most recently, first evidence revealed, that 17ß-estradiol in a concentration of 10-8M inhibits in analogy to preliminary results also the chondrogenesis of mesenchymal stem cells from female donors.
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