Der Einfluss mechanischer Last auf das Potential multipotenter adulter Keimbahnstammzellen zur kardialen Regeneration

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden multipotente adulte Keimbahnstammzellen (maGSCs) der Maus in vivo und in vitro im Hinblick auf ihr Differenzierungspotential unter bestimmten Bedingungen untersucht. In vivo wurde gezeigt, dass sich undifferenzierte maGSCs in normalen Mausherzen ansiedeln und proliferieren können. Obwohl die injizierten maGSCs in vaskuläre endotheliale und glatte Muskelzellen differenzieren können, wurde keine kardiale Differenzierung beobachtet. Es wurden keine Tumore, aber Fibrose bis zu vier Wochen nach der Transplantation gefunden. Die Modelle zur erhöhten Vorlast und Nachlast im Herzen der Maus wurden durch aortocavale Shunt (Shunt)- und transaortic constriction (TAC)-Operationen etabliert. Vier Wochen nach der Shunt-OP zeigte die Myokardstruktur kaum Veränderungen, während die TAC-OP zu starken Veränderungen der Myokardstruktur und zu vermehrter Fibrose führte. Auch in Vorlast- und Nachlast-induzierten Mäusen wurden die injizierten maGSCs im Empfängermyokard detektiert. Allerdings zeigte sich in den Tieren mit Zellinjektion in allen Gruppen (Shunt-, TAC- und jeweilige Sham operierte Tiere) 2 und 4 Wochen nach Operationen vermehrte Bindegewebsbildung. Dabei war zu beobachten, dass sich die maGSCs in Shunt- und TAC-operierten Mäusen 2 Wochen nach den Operationen schon zu glatten Muskel- und endothelialen Zellen entwickelt hatten. Eine kardiale Differenzierung der transplantierten maGSCs konnte in den Shunt- und TAC-operierten Mäusen 4 Wochen nach den OPs detektiert werden. Allerdings ergaben die echokardiographischen Analysen der herzkranken Mäuse mit maGSC-Transplantaten kaum signifikante, aber einige tendenzielle Verbesserungen der Herzfunktion im Vergleich zu den Kontrollmäusen. In vitro konnten die maGSCs durch kurzzeitige Dehnung allerdings nicht in ihrem Differenzierungsverhalten beeinflusst werden. Wurden undifferenzierte maGSCs in Herzen von immundefizienten RAG2-/-cgc-/- Mäusen injiziert, entwickelten sich weniger und kleinere Teratome in den Mäusen mit Ciclosporin A (CsA)-Behandlung als in den Mäusen ohne das immunsupprimierende Medikament. Außerdem waren bei ersteren nur wenige transplantierte Zellen noch Oct4 positiv im Gegensatz zu den Zellen in den Mäusen, die kein CsA erhalten hatten. Dies lässt auf eine Hemmung der Pluripotenz und eine Stimulation der Differenzierung der maGSCs durch CsA schließen. In vitro konnte ein optimales Protokoll für die effiziente Differenzierung der maGSCs in Flk1+ kardiale und vaskuläre Progenitorzellen unter Verwendung eines Co-Kultur-Systems mit OP9-Stromazellen etabliert werden. Weiterhin zeigte sich, dass das Co-Kultursystem die Differenzierung der maGSCs in kardiale, endotheliale und glatte Muskelzellen induzieren konnte. Die Flk1+ Zellen wurden mittels FACS zum Zeitpunkt Tag 5 der Differenzierung erfolgreich sortiert. Es zeigte sich, dass die aus Flk1 positiven, weiter differenzierten Zellen in vitro kardiale, endotheliale und glatte Muskelzell-Marker exprimieren.