Kurzfassung

Sonic hedgehog vermittelte Regenerationsprozesse im Knochen-Tissue Engineering



Ko-Kultur-Modelle aus Endothelzellen und primären Osteoblasten bieten verschiedene Vorteile als in vitro Testsysteme zur Identifizierung von Faktoren, die möglicherweise zur Verbesserung der Knochenregeneration eingesetzt werden können. Darüber hinaus gelten Ko-Kulturen bzw. Ko-Implantationsstrategien auch als vorteilhaft zur Vaskularisierung von Tissue Engineering Konstrukten, da diese in Tierversuchen zu einem...
Sonic hedgehog vermittelte Regenerationsprozesse im Knochen-Tissue Engineering



Ko-Kultur-Modelle aus Endothelzellen und primären Osteoblasten bieten verschiedene Vorteile als in vitro Testsysteme zur Identifizierung von Faktoren, die möglicherweise zur Verbesserung der Knochenregeneration eingesetzt werden können. Darüber hinaus gelten Ko-Kulturen bzw. Ko-Implantationsstrategien auch als vorteilhaft zur Vaskularisierung von Tissue Engineering Konstrukten, da diese in Tierversuchen zu einem schnellen Anschluß an das Gefäßsystem des peri-implantären Gewebes führen. Als mögliche Faktoren, welche zur Verbesserung der Knochenregeneration verwendet werden können, gelten unter anderem Morphogene wie Sonic hedgehog (Shh). Sonic hedgehog spielt sowohl bei der embryonalen Vaskulogenese als auch bei der Angiogenese im adulten Organismus eine wichtige Rolle und ist darüber hinaus auch an der Knochenbildung bzw. -regeneration aktiv beteiligt.



In vorangegangenen Studien der Arbeitsgruppe konnte bereits gezeigt werden, dass in Ko-Kulturen aus primären Osteoblasten (pOB) und sogenannten Outgrowth Endothelial Cells (OEC), einer Subpopulation endothelialer Progenitorzellen (EPC) aus dem peripheren Blut, mikrovaskuläre Strukturen mit deutlichem Lumen ausgebildet werden. In den Ko-Kulturen bzw. bei der Ko-Implantation von OEC und pOB steigert sich die angiogene Aktivität der OEC in vitro und in vivo (1, 2).



Im Rahmen meiner Doktorarbeit wurden Ko-Kulturen bestehend aus pOB und OEC für verschiedene Zeitpunkte mit dem Morphogen Shh behandelt und es konnte gezeigt werden, dass Sonic hedgehog sowohl die Angiogenese als auch die Osteogenese im System stimuliert (3). In diesen Experimenten war eine deutliche Hochregulation von proangiogenen Faktoren wie VEGF, Angiopoietin 1 und Angiopoietin 2 sowohl auf mRNA Ebene als auch auf Proteinebene zu beobachten. Zudem hatte die Behandlung der Ko-Kulturen mit Shh ebenfalls eine Hochregulation von verschiedenen für die osteogene Differenzierung essentiellen Genen zur Folge. Auch eine gesteigerte Kalzifizierung sowie eine erhöhte Enzymaktivität der alkalischen Phosphatase konnte in den stimulierten Ko-Kulturen detektiert werden (3).



In einem nächsten Schritt sollen die indirekten und direkten Mechanismen, die der Wirkung des Morphogens Sonic hedgehog auf die Ko-Kultur aus OEC und pOB zu Grunde liegen, genauer untersucht werden. Ko-Kulturen aus pOB und OEC sollen in vergleichenden Studien ebenfalls mit dem proangiogenen Faktor VEGF behandelt werden, um die Auswirkung von VEGF oder Shh auf das Ko-Kultur-System in Bezug auf die angiogene Aktivierung, osteogene Differenzierung und auch auf die Gefäßstabilisierung zu untersuchen. Gerade bei der Stimulation mit VEGF kommt es zu unstabilen und undichten Gefäßen. Die Reifung von neu gebildeten Gefäßen durch die Ansammlung von stabilisierenden Zellen ist ein essentieller Schritt während der Angiogenese, bei dem verschiedene Moleküle, wie beispielsweise PDGF-BB (Platelet derived growth factor), Tgfß (Transforming growth factor ß) oder auch das Angiopoietin/Tie2 Rezeptor System eine Rolle spielen. Die genauen molekularen Mechanismen und Signaltransduktionswege hinsichtlich der angiogenen Aktivierung und insbesondere dem Prozeß der Gefäßreifung sowie der osteogenen Differenzierung, welche nach ersten Erkenntnissen durch Sonic hedgehog induziert werden, sollen in dem vorliegenden Projekt genau untersucht werden. Ziel ist es, in Zukunft autologe, schnell und stabil prävaskularisierte Knochenkonstrukte für die Anwendung und Behandlung von Knochendefekten generieren zu können.


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