Vergleich der in vitro Eigenschaften und des Differenzierungspotentials von humanen periostalen Progenitorzellen unterschiedlichen embryonalen Ursprungs

Abstract

Es wurden bereits diverse Forschungsarbeiten mit Fokus auf die Untersuchung von periostalen Progenitorzellen (PDCs) unterschiedlicher embryonaler Ursprünge durchgeführt. Es gilt dabei, PDCs mit embryonalem Ursprung in der Neuralleiste gegenüber PDCs mesodermalen Ursprungs zu vergleichen. Einige Studien lieferten erste Hinweise auf potenziell überlegene Eigenschaften von PDCs der Neuralleiste, während andere Versuchsergebnisse eine Überlegenheit von PDCs mesodermalen Ursprungs implizieren. Diesbezüglich kann die aktuelle Literatur keine eindeutige Aussage formulieren. Als Ziel der hier vorliegenden Dissertation galt der Vergleich der in vitro Eigenschaften und des Differenzierungspotentials von humanen PDCs des Unterkiefers (intrinsische Veranlagung zu intramembranöser Ossifikation) und der Fibula (intrinsische Veranlagung zu chondraler Ossifikation). Dabei konnten im Zuge eines operativen Eingriffs zur Unterkiefer-Rekonstruktion mittels osteomyokutanem Fibulalappen die benötigten Periostproben aus demselben Donor gewonnen werden. Hierdurch konnte die Donorvariation minimiert und die Verlässlichkeit der erhobenen Datensätze gestärkt werden. Innerhalb unserer Forschungsarbeit wurden die hPDCs bezüglich Oberflächenantigene, Seneszenz und Proliferationsverhalten untersucht. Des Weiteren wurde das adipogene, chondrogene und osteogene Differenzierungspotential der hPDCs mittels qualitativer als auch quantitativer Methoden beurteilt und ausgewertet. In diesem Zuge fand eine Bestimmung der Expression relevanter Gene an verschiedenen Zeitpunkten statt. Durch die Untersuchung MSC-spezifischer Oberflächenmarker und weiterer festgelegter Oberflächenmarker entsprechend dem offiziellen Anforderungskatalog zur Identifikation von Stammzellen, konnte zunächst die Stammzellencharakteristik der von uns isolierten hPDCs sowohl des Unterkiefers als auch der Fibula bestätigt werden. Zudem wurden im Zuge dieser Versuchsreihe immunrelevante Oberflächenmarker untersucht. Hierzu wurde eine inflammatorische Reaktion durch eine Kultivierung der hPDCs mit Interferon provoziert. Es konnte eine gesteigerte Expression entsprechender Oberflächenmarker nachgewiesen werden. Die erhöhte HLADR-Expression lässt vermuten, dass die Periostzellen antigenpräsentierende Eigenschaften aufweisen. Die untersuchten co-stimulatorischen Marker zeigten sich jedoch negativ. Die hPDCs sind somit nicht in der Lage eine T-Zell Antwort zu aktvieren. Deutliche Unterschiede in der Ausprägung waren nicht festzustellen. Der Hauptfokus unserer Arbeit galt dem Differenzierungspotential der hPDCs. Die hPDCs konnten unabhängig ihres embryonalen Ursprungs erfolgreich zu Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten differenziert werden. Die erfolgte Differenzierung konnte zudem durch eine nachweislich gesteigerte Expression der charakteristischen Gene im Verhältnis zur untersuchten Kontrollgruppe unterstrichen werden. Die hPDCs der Fibula wiesen ein tendenziell höheres adipogenes Potential auf. Ein höheres chondrogenes Potential konnte ebenfalls sowohl nach qualitativer als auch quantitativer Beurteilung bei den hPDCs der Fibula festgestellt werden. Teilweise zeigte sich das chondrogene Potential der Fibula-hPDCs signifikant überlegen. Analog hierzu stellte sich das osteogene Potential der Fibula hPDCs hinsichtlich der qualitativen als auch quantitativen Untersuchung der Alizarin-Färbung ebenfalls als überlegen dar. Betrachtet man jedoch die osteogene Genexpressionen, zeigen sich erhöhte Expressionen für die Unterkiefer-hPDCs. Zudem besitzen die Unterkiefer-hPDCs überlegene Eigenschaften in Bezug auf Proliferationskapazität und Seneszenz-Verhalten. Ein potenzieller Einfluss des jeweiligen Gewebezustands am operativen Entnahmeort des Periosts auf die Eigenschaften der in vitro isolierten hPDCs kann nicht ausgeschlossen werden. Insbesondere das Unterkiefer-Periost wird unter Umständen präoperativ durch orale Noxen, intraoperativ durch eine übermäßige Freilegungszeit und letztendlich durch die Entnahme aus einem vorbelastetem Operationsgebiet nachteilig beeinflusst. Das Fibula-Periost hingegen stammte aus einer praktisch als komplett gesund anzusehenden Entnahmestelle. Abschließend zeigen sich sowohl die hPDCs mesodermalen Ursprungs als auch mit Ursprung in der Neuralleiste für TE-Techniken geeignet. Sie erfüllen die Grundvoraussetzungen hinsichtlich Differenzierungspotential, weisen gute proliferative Eigenschaften auf und zeigen mit einer verhältnismäßig niedrigen Seneszenz eine hohe Stabilität in Kultur. Hinsichtlich einer Entscheidung über eine optimale Zellquelle sollten in zukünftigen Forschungsarbeiten weitere Entnahmestellen untersucht sowie weitere Aspekte wie beispielsweise das Differenzierungspotential und Proliferationsverhalten der hPDCs in 3D-Kulturen betrachtet werden.