Zell-Kontakte und Cross-Talk: Konversion in Kardiomyozyten

Kardiovasculäre Erkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen in den europäischen Ländern. Eine neue Strategie nach Herzinfarkt ist die Zellersatz-Therapie mit Stammzellen. Das menschliche Herz besitzt zwar einen Stammzell-Pool, dieser ist aber nicht ausreichend groß um die Defekte nach einer Ischämie zu beheben. Basierend auf erfolgreichen in vivo Versuchen mit unterschiedlichsten Stammzell- Typen, wurden klinische Studien durchgeführt. Diese konnten aber keine positiven Effekte belegen. Die Mechanismen, die für eine effiziente Integration und Zelldifferenzierung der transplantierten Zellen zuständig sind, sind noch weitgehend unbekannt und unverstanden. Um optimale Ergebnisse einer Zellersatz-Therapie zu erzielen, müssen Faktoren und Erfordernisse genauer erforscht werden. Seit kurzem werden mesenchymale Stammzellen (MSCs) aus der Plazenta (PMSCs) für Experimente in Richtung Zellersatz-Therapie genutzt. MSCs zeigen generell positive Eigenschaften hinsichtlich Immunmodulation und Neovaskularisierung, PMSCs zeigen zusätzlich einen basalen kardiomyotischen Phenotyp. Es ist weiters bekannt, dass Zell-Zell Kontakte und "Cross-Talk" (Austausch von zellulären Komponenten) essentiell bei Differenzierungsereignissen sind. Kürzlich wurde auch der Austausch von hochmolekularen Komponenten und Zellorganellen (Mitochondrien) via "tunneling nanotubes" (TNTs) nachgewiesen. Im geplanten Projekt soll eine in vitro Co-Kultur von PMSCs und Kardiomyozyten etabliert werden. Vier Themen werden bearbeitet: (1) Effizienz der Differenzierung; (2) Struktur und Identifikation von Zell-Zell Kontakten; (3) Charakterisierung der ausgetauschten Zellkomponenten; (4) Bestimmung von Genen, die in die Differenzierung involviert sind. Die co-kultivierten Zellen werden mittels immunzytochemischer (ICC) Färbungen, RT-PCR, Western blot Analyse und funktioneller Tests hinsichtlich ihrer Differenzierung beurteilt. Weiters werden die Zell-Zell Kontakte durch ICC und die Details durch Transmissions-Elektronenmikroskopie dargestellt. Der Austausch von Komponenten zwischen Cross-Talk Partner wird durch einen "fluorescent dye transfer assay" und ein "Mito-Tracking" visualisiert. Veränderungen auf RNA-Ebene werden mittels Gene Chip Analyse überprüft. Mit dieser Arbeit soll überprüft werden, ob PMSCs ideal für eine Differenzierung in Richtung Kardiomyozyten sind. Die neuen Informationen über ausgetauschte Komponenten und involvierte Gene sollen zum Verständnis der molekularen Mechanismen der Differenzierung beitragen. Das Projekt soll eine Basisarbeit für weiterführende Studien darstellen.

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen in den europäischen Ländern. Eine neue Therapieform nach Herzinfarkt ist die Zellersatz-Therapie mit/durch Stammzellen. Obwohl Experimente im Tiermodell vielversprechend waren, sind die positiven Effekte im Einsatz bei Patienten nur moderat`. Um den Effekt verbessern zu können ist es wichtig, die Mechanismen, die für einen effizienten Einbau (Integration) der transplantierten Stammzellen in geschädigtes Herzmuskelgewebe und deren Entwicklung (Differenzierung) in Herzmuskelzellen zuständig sind, näher zu untersuchen. Ziel dieses Projektes war zu testen, ob mesenchymale Stammzellen aus dem Amnion (AMSCs), der innerste Eihaut der Plazenta mit fetalem Ursprung, sich zur Zellersatz-Therapie eignen bzw. ob sie den mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (BMSCs) überlegen sind. Gesammelte Informationen über Zell-Zell Kontakte, ausgetauschter Zellkomponenten (Cross-Talk) sowie involvierter Gene sollen zum Verständnis der molekularen Mechanismen von Integration und Zelldifferenzierung beitragen. Besonderer Focus der Arbeit lag auf der Ausbildung von tunnelartige Verbindungen (tunneling nanotubes; TNTs) zwischen den Zellen, die auch einen Austausch von hochmolekularen Komponenten und Zellorganellen (Mitochondrien) erlauben. Bei Experimenten in der Zellkultur, wurden AMSCs wie auch BMSCs zusammen mit Herzmuskelzellen kultiviert. Durch den Einsatz von fluoreszierenden Farbstoffen konnte die Ausbildung von TNTs gezeigt werden. Es konnten Daten gesammelt werden, die zeigen, dass AMSCs häufiger TNTs ausbilden als BMSCs. Somit wurde die Hypothese gestützt, dass AMSCs den BMSCs überlegen sein könnten.