Untersuchungen zu Herkunft und Migrationsverhalten von chondrogenen Progenitorzellen in den späten Stadien der Osteoarthrose
Investigations concerning origin and migration of chondrogenic progenitor cells in late stages of osteoarthritis
by Regina geborene Gerter Bunke
Date of Examination:2018-03-27
Date of issue:2018-03-23
Advisor:Prof. Dr. Nicolai Miosge
Referee:Prof. Dr. Ralf Dressel
Referee:Prof. Dr. Martin Oppermann
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Format:PDF
Abstract
English
This work deals with the potential origin of chondrogenic progenitor cells (CPCs) from pericytes and mesenchymal stems cells. In addition this study examines the migration behaviour of CPCs in relation to selected inflammatory cytokines and growth factors. Cartilage samples from full knee replacement surgery were examined histologically for the presence of pericytes- and MSC-marker PDGFR-β, RGS-5 und Tie-2. In late stages of osteoarthritis were PDGFR-β- und RGS-5-positive cells in the cartilage detectable. As long as the tidemark is not harmed by blood vessels there were no PDGFR-β- und RGS-5-positive cells seen. Concerning Tie-2-positive cells, the result was similar, but in the cartilage surface were positive cells detected even with an intact tidemark. CPCs were tested positive for PDGFR-β, RGS-5, αSMA , Stro-1 and less positive for Tie-2 by molecular-biology methods . They were negative for hematopoietic stem cell marker. In a migration assay some of the investigated inflammatory cytokines and growth factors showed a dose dependent impact on CPCs. This work will hopefully help to develop new approaches in osteoarthritis therapy.
Keywords: chondrogenic progenitor cells; osteoarthritis
German
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die potentielle Ableitbarkeit von chondrogenen Progenitorzellen (CPCs), die im Gelenkknorpel mit einer fortgeschrittenen Osteoarthrose auftreten, von Perizyten bzw. mesenchymalen Stammzellen untersucht, sowie die chemotaktische Wirkung von relevanten Entzündungs- und Wachstumsfaktoren auf das Migra-tionsverhalten der CPCs. Knorpelproben, die vom Einsatz einer Knie-Totalendoprothese auf Grund einer fortge-schrittenen Osteoarthrose stammten, wurden histologisch auf das Auftreten der Perizyten- bzw. mesenchymalen Stammzellmarker PDGFR-β, RGS-5 und Tie-2 untersucht. Es zeigte sich hierbei, dass in Knorpelproben mit einer fortgeschrittenen Osteoarthrose und durchbrochener Tidemark PDGFR-β- und RGS-5-positive Zellen und Einsprossungen im Knorpel beobachtet werden konnten, während im mikroskopisch gesunden Knorpel mit intakter Tidemark keine PDGFR-β- und RGS-5-positiven Zellen im Knorpel auftraten. In Hinblick auf Tie-2 zeigte sich ein ähnliches Verteilungsmuster mit der Ausnahme, dass an der Knorpeloberfläche von mikroskopisch gesundem Knorpel Tie-2-positive Zellen beobachtet wurden. In weitergehenden immunzytologischen und molekularbiologischen Untersuchungen wurde das Vorkommen dieser und weiterer mesenchymaler Stammzellmarker auch bei den CPCs direkt untersucht. CPCs zeigten sich positiv für PDGFR-β, RGS-5, αSMA , Stro-1 und zu einem geringen Prozentsatz für Tie-2. Sie waren negativ in Bezug auf hämatopoetische Stammzellmarker. Darüber hinaus wurde mit einem Migrationsassay die chemotaktische Wirkung der Ent-zündungsfaktoren IL-6, IL-8, IL-17 und TNF-α und des Wachstumsfaktors VEGF165, deren Auftreten im osteoarthrotischen Knorpel beschrieben wurde, auf CPCs untersucht. Vor allem IL-8 und IL-17 erzielten hierbei eine tendenzielle Steigerung der Migrationsrate. Zusätzlich wurden Liganden der untersuchten Rezeptoren unter den Stammzellmarkern PDGF-BB und Angiopoeitin-1 und -2 auf ihre chemotaktische Wirkung hin geprüft sowie Vertreter der Familie der Bone Morphogenetic Proteins BMP-2, -4, -6, -9, -12 und -13, bei denen zum Teil ein positiver chondrogener Einfluss auf mesenchymale Stammzellen beschrieben wurde. Am ehesten konnte hier bei PDGF-BB und bei BMP-4 ein positiver chemotaktischer Effekt festgestellt werden. Durch die Erkenntnisse in dieser Arbeit wurde ein besseres Verständnis über die Herkunft der CPCs und ihre Rolle bei endogenen Reparaturmechanismen im Rahmen der Osteoarthrose gewonnen. Zusätzlich könnten die Ergebnisse des Migrationsassays Hinweise für eine Weiterentwicklung von Strategien im Rahmen von zellbiologischen Therapien liefern.
Schlagwörter: Osteoarthrose; chondrogene Progenitorzellen