![[img]](https://epub.uni-regensburg.de/style/images/fileicons/application_pdf.png) | Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (3MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-375944
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.37594
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 8 August 2018 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Susanne Grässel |
| Tag der Prüfung: | 12 Juli 2018 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Orthopädie |
| Projekte: | DFG-Projekt GR 1301/13–1 |
| Stichwörter / Keywords: | Osteoarhtrose, Knorpelregeneration, mesenchymale Stammzellen |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 37594 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Osteoarthrose (OA), eine multifaktorielle, degenerative Erkrankung, die das gesamte Gelenk betrifft, ist v.a. charakterisiert durch einen progressiven und irreversiblen Verlust des artikulären Knorpels. Da Knorpelläsionen nicht spontan heilen und funktionales Knorpelgewebe nicht regeneriert wird, sind für die Regeneration Zell-basierte Strategien mit Chondrozyten oder mesenchymalen ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Osteoarthrose (OA), eine multifaktorielle, degenerative Erkrankung, die das gesamte Gelenk betrifft, ist v.a. charakterisiert durch einen progressiven und irreversiblen Verlust des artikulären Knorpels. Da Knorpelläsionen nicht spontan heilen und funktionales Knorpelgewebe nicht regeneriert wird, sind für die Regeneration Zell-basierte Strategien mit Chondrozyten oder mesenchymalen Knochenmark-stammzellen (BMSC) vielversprechend. Vorarbeiten zeigten, dass die Kokultur von BMSC/Chondrozyten mit OA-Knorpel- und OA-Knochenexplantaten zu einer ver-änderten Zusammensetzung der neugebildeten extrazellulären Matrix (ECM) mit verminderten mechanischen und biochemischen Eigenschaften führte. Um die Qualität von BMSC regeneriertem Knorpelgewebe zu verbessern, ist ein besseres Verständnis der Signale aus der arthrotischen Mikroumgebung wichtig. In dieser Arbeit wurde deshalb die Interaktion zwischen artikulärem Knorpel-/subchondralem Knochenexplantat mit Chondrozyten/chondrogen differenzierenden BMSC unter-sucht. Denn zum einen kann der artikuläre Knorpel und der subchondrale Knochen die Chondrogenese der BMSC bzw. den Phänotyp der Chondrozyten beeinflussen, zum anderen können die kokultivierten Zellen wiederum einen Einfluss auf den geschädigten Knorpel/Knochen und das intrinsische Knorpelregenerations-potential haben.
Mittels 1D- und 2D-Gelelektrophorese ließen sich keine eindeutigen Unterschiede in der Proteinkomposition von Knorpelexplantaten, die zellfrei oder mit BMSC/Chondrozyten kokultiviert wurden, nachweisen. Als nächstes wurde der gegenseitige Einfluss auf die Proteinsekretion von Knorpelexplantaten und chondrogen differenzierenden BMSC in Kokultur analysiert. Die Kokultur mit BMSC reduzierte die IL-8-Sekretion der Knorpelexplantate, einem regulatorischen Zytokin der Knorpelhomöostase, deutlich. Dies stellt einen anabolen Effekt auf den Knorpelmetabolismus dar und könnte sich somit positiv auf die Knorpelhomöostase auswirken. ECM-Komponenten werden u.a. von Matrixmetalloproteinasen (MMPs) abgebaut. Kokultur von BMSC mit Knorpelexplantaten führte zu höheren MMP-2-Mengen im Zellkulturüberstand verglichen mit den Zellen und Gewebeexplantaten in Monokultur. Das von den kokultivierten BMSC zusätzlich sezernierte MMP-2 könnte einen negativen, katabolen Effekt auf das Knorpelexplantat haben und den Knorpelabbau verstärken.
Da Kokultur mit OA-Gewebeexplantaten v.a. die Expression von Kollagenen wie Kollagen I, II und III reduzierte, sollten die dafür verantwortlichen reprimierenden Faktoren identifiziert werden. Da als mögliche Modulatoren der Kollagenexpression microRNAs (miRs) als post-transkriptionelle Regulatoren der Genexpression in Betracht kommen, wurde der Einfluss von subchondralen Knochen- und artikulären Knorpelexplantaten auf die Expression von solchen miRs untersucht, die mit der Regulation der Kollagen I-, II- und III-Expression assoziiert sind. miR-675 gilt als SOX9-abhängiger, positiver Regulator von COL2A1. Die Kokultur mit Gewebe-explantaten stimulierte die Expression von miR-675, reduzierte aber die COL2A1-Expression, was miR-675 als Regulator ausschließt. Da die Expression von COL2A1 auch direkt durch den Transkriptionsfaktor SOX9 gesteuert werden kann, wurden die Expression von SOX9 und der miR-124a, die SOX9 als potentielles Zielgen hat, untersucht. Die Kokultur mit Gewebeexplantaten beeinflusste die SOX9-Expression nicht, führte allerdings zu erhöhter miR-124a-Expression, was z.T. eine reduzierte CTGF-Gen- und Proteinexpression zur Folge hatte. Dies wäre ein Nachteil für Zell-basierte Knorpelregenerationsstrategien, da CTGF die ECM-Produktion und Proliferation von Chondrozyten begünstigt. Lösliche, von OA-Knorpelexplantaten sezernierte Faktoren induzierten die Expression von miR-29b in chondrogen differenzierenden BMSC, was die Expression der Kollagene I und III inhibierte. Die gesteigerte miR-29b-Expression führte außerdem zu höherer Caspase-3/7-Aktivität und förderte die Apoptose z.T. direkt durch Inhibition der anti-apoptotischen Proteine Bcl-2 und Mcl-1. Als stimulierender Faktor der miR-29b-Expression wurde IFN-γ identifiziert. Somit lässt sich zusammenfassen, dass die erhöhte miR-29b-Expression während der chondrogenen Differenzierung von BMSC in einer OA-Mikroumgebung sowohl förderliche als auch unerwünschte Effekte für die BMSC-basierte Knorpelregeneration hat. miR-29b fördert die Apoptose, wodurch unkontrolliertes Zellwachstum verhindert wird, aber auch die Anzahl an BMSC reduziert wird, die die Chondrogenese durchlaufen. Außerdem inhibiert die durch OA-Knorpel induzierte miR-29b-Expression die Expression von Kollagen I, einem Marker für de-differenzierte Chondrozyten, und Kollagen III, das v.a. von undifferenzierten BMSC exprimiert wird. Dadurch wird die Zusammensetzung der neu gebildeten ECM beeinflusst, was die Bildung von minderwertigem, fibrösem anstelle von artikulärem hyalinen Knorpel verhindern könnte.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Osteoarthritis (OA), a multifactorial degenerative disease which affects the whole joint is mainly characterized by a progressive and irreversible loss of articular cartilage. As cartilage lesions do not heal spontaneously and functional cartilage tissue is not regenerated, cell-based strategies for cartilage regeneration using chondrocytes or bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC) are ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Osteoarthritis (OA), a multifactorial degenerative disease which affects the whole joint is mainly characterized by a progressive and irreversible loss of articular cartilage. As cartilage lesions do not heal spontaneously and functional cartilage tissue is not regenerated, cell-based strategies for cartilage regeneration using chondrocytes or bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC) are promising. Preliminary work demonstrated that coculture of BMSC/chondrocytes with OA cartilage and OA bone explants results in an altered composition of the newly formed extracellular matrix (ECM) with diminished mechanical and biochemical properties. To improve the quality of regenerated cartilage tissue by BMSC a better understanding of the signals from the OA microenvironment is necessary. Therefore, the interaction of articular cartilage and subchondral bone explants with chondrocytes/chondrogenically differentiating BMSC was analyzed in this study. On the one hand, articular cartilage and subchondral bone can influence chondrogenesis of BMSC or the phenotype of chondrocytes and on the other hand, cocultivated cells can affect the impaired cartilage or bone and the intrinsic potential for cartilage regeneration.
Using 1D and 2D gel electrophoresis, no consistent differences in protein composition of cartilage explants cultivated cell-free or with BMSC/chondrocytes was detected. Next, the mutual influence on protein secretion of cartilage explants and chondrogenically differentiating BMSC in coculture was analyzed. Coculture with BMSC significantly reduced cartilage explants' secretion of IL-8, a regulatory cytokine of cartilage homeostasis. This could be interpreted as an anabolic effect on the cartilage metabolism and thus would have a positive effect on cartilage homeostasis. Components of the ECM are degraded by matrix metalloproteinases (MMPs). Coculture of BMSC with cartilage explants resulted in higher MMP-2 concentrations in cell culture supernatants compared to those of cells or tissue explants in monoculture. MMP-2 additionally secreted by cocultivated BMSC may have a negative, catabolic effect on cartilage explants enhancing cartilage degradation.
As coculture with OA tissue explants mainly reduced the expression of collagens like collagen type I, II and III, the factors responsible for this repression should be identified. Since microRNAs (miRs) are known posttranscriptional regulators of gene expression and thus possibly modulate the expression of collagens, the influence of subchondral bone- and articular cartilage explants on the expression of those miRs was analyzed which are associated with the regulation of collagen type I, II and III expression. miR-675 is described as a SOX9-dependent positive regulator of COL2A1. Coculture with cartilage and bone explants stimulated the expression of miR-675 but reduced COL2A1 expression, hence, miR-675 was excluded to regulate COL2A1 expression in our system. As expression of COL2A1 can be also regulated directly by the transcription factor SOX9, expression of SOX9 and miR-124a which targets SOX9, was analyzed. Coculture with tissue explants did not alter SOX9 expression, but led to elevated miR-124a level which resulted in reduced gene and protein expression of CTGF. This seems to be a disadvantage for cell-based cartilage regeneration approaches because CTGF is an important factor for ECM production and proliferation of chondrocytes. Soluble factors secreted by OA cartilage explants induced the expression of miR-29b in chondrogenically differentiating BMSC which inhibited collagen I and III expression. Elevated miR-29b expression resulted in higher caspase 3/7 activity and promoted apoptosis of BMSC in part by directly inhibiting the anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Mcl-1. IFN-γ was identified to stimulate miR-29b expression. It was concluded that enhanced miR-29b expression during chondrogenic differentiation of BMSC in an OA microenvironment has both supportive and possibly also unfavourable effects on BMSC-based OA cartilage regeneration. High miR-29b expression promotes apoptosis preventing excessive cell growth, however also reducing the number of BMSC undergoing chondrogenesis. Furthermore, elevated miR-29b expression induced by OA cartilage inhibits the expression of collagen I, a marker for dedifferentiated chondrocytes, and collagen III, mainly produced by undifferentiated BMSC. Thus, the composition of the newly formed ECM is affected which might avoid formation of inferior fibrocartilage instead of articular hyaline cartilage.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 19:24
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik