Humane hämatopoetische Stammzellen - Einflüsse von Proteinasen, Inhibitoren und dreidimensionalen Kulturbedingungen

Abstract

Für viele Leukämiepatienten ist eine Stammzelltransplantation die lebensrettende Thera-piemaßnahme. Spenderzellen werden heutzutage hauptsächlich durch Leukapherese gewon-nen, nachdem sie durch G-CSF-Behandlung aus ihrer schützenden Knochenmarknische ins periphere Blut mobilisiert wurden. Zwischen 5 und 40 % der Spender sind jedoch nicht in der Lage, ausreichend hohe Mengen hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) zu mobilisieren. Daher ist eine genaue Aufklärung der molekularen Prozesse im Zuge der indu-zierten HSPC-Mobilisierung erforderlich, um ihre Effektivität zu erhöhen. Ein zentrales Ereig-nis hierbei ist der Aufbau einer proteolytischen Mikroumgebung in der Nische, welche durch Auflösung der Zell-Zell- und Zell-Matrixkontakte sowie durch Degradation biologisch aktiver Moleküle den Austritt der HSPCs aus dem Knochenmark ermöglicht. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass neben den bereits bekannten Matrixmetalloproteinasen MMP-2, -8, -9 und -14 weitere MMP-Mitglieder zum Aufbau des proteolytischen Milieus beitragen könnten. MMP-3, -7, -11 und -13 wurden von Nischenzellen exprimiert. MMP-7 und -13 prozessierten den HSPC-Retentionsfaktor SDF-1α in gleicher Weise wie MMP-9, wodurch seine chemotakti-sche Wirkung beeinträchtigt werden könnte. Eine weitere HSPC-regulierende Proteasengrup-pe stellen Cystein-Cathepsine dar, die durch endogene Inhibitoren der Cystatin-Familie regu-liert werden können. Eine mögliche Funktion der Cystatine in der Stammzellnische wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Cystatin C wurde in hohen Konzentrationen durch Kno-chenmarkstromazellen ausgeschieden, wobei die Sekretion durch direkte Stimulation mit G-CSF beeinflusst werden konnte. Die adhäsiven und invasiven Eigenschaften hämatopoetischer Zellen gegenüber mesenchymalen Stromazellen (MSCs) konnten durch Cystatin C reduziert werden, allerdings nur bei einem Überschuss des Inhibitors. Eine weitere Quelle für Stammzellen bietet das Nabelschnurblut, jedoch müssen die HSPCs meist aufgrund niedriger Zellzahl für eine Transplantation ex vivo expandiert werden. In dieser Arbeit wurde ein 3D Modell zur Expansion von CD34+ HSPCs in Kokultur mit MSCs aus dem Knochenmark etabliert. Eine gemischte Zellsuspension wurde in Hanging-Drop-Platten ausgesät. Die MSCs segregierten in kurzer Zeit zu einem kompakten Sphäroid, umgeben von rasch expandierenden HSPCs. Überraschenderweise stellte sich die 3D Methode im Vergleich zur HSPC-Proliferation über einem 2D Zellrasen aus MSCs als weniger effizient heraus, wobei die expandierten Stammzellen auch an Qualität unterlegen waren. Die Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass bestimmte biophysikalische Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit MSCs ihre HSPC unterstützende Funktion optimal ausüben können.