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Mechanismen der Transdifferenzierung endothelialer Progenitorzellen in glatte Gefäßmuskelzellen

Endothelial Progenitor Cells Transdifferentiation intoSmooth Muscle Cells

Heß, Daniela


pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.150 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Progenitorzellen , Transdifferenzierung
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Innere Medizin, Medizinische Klinik I, Abt. für Kardiologie / Angiologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.10.2009
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 04.05.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Mit wachsendem Interesse werden Stammzellen in klinischen Studien bei der
Therapie von vaskuloproliferativen Erkrankungen eingesetzt. Sie ist derzeit eine
vielversprechende, innovative Therapiemöglichkeit nach akutem Myokardinfarkt und
Ballonangioplastie, aber auch bei anderen kardiovaskulären Erkrankungen. Die
Patienten zeigten nach Stammzelltherapie mit aus dem Knochenmark stammenden
Stammzellen eine deutlich verbesserte linksventrikuläre Funktion, welches zum einen
mit einer verbesserten Neoangiogenese35, 45, zum anderen mit der Differenzierung von
EPC in Kardiomyozyten28 begründet wird. Weitere jüngere Studien zeigen, dass
endotheliale Progenitorzellen, die eine kleine Population von Vorläuferzellen in
peripherem Blut darstellen, durch verbesserte Reendothelialisierung eine Restenose
nach Ballonangioplastie verringern50. Jüngere Studien zeigten jedoch auch, dass aus
dem Knochenmark stammende Stammzellen nicht nur einen positiven Effekt
Gefäßwände hat, sondern auch zum pathologischen Remodeling der Gefäßwände
beitragen kann19. Bisher ist das Differenzierungspotential von endothelialen
Progenitorzellen noch nicht genau bekannt. Wir stellten uns die Frage, ob endotheliale
Progenitorzellen das Potential besitzen, sich in glatte Muskelzellen zu differenzieren
und so eventuell zu einer Restenose, oder aber zu einer Stabilisierung und Ausreifung
von Gefäßen beitragen können. Neben dem Differenzierungspotential der EPC waren
für uns die molekularen Mechanismen der Transdifferenzierung endothelialer
Progenitorzellen in glatte Muskelzellen von Interesse.
Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen nun, dass endotheliale Progenitorzellen in der
Lage sind, sich in glatte Muskelzellen zu differenzieren. Unsere Arbeit zeigte dabei
eine komplette Ausdifferenzierug der EPC in VSMC. Die Ergebnisse belegen, dass
der Zell-Zellkontakt eine essentielle Vorraussetzung für die Transdifferenzierung der
EPC darstellt. Trotz der offensichtlich für die Transdifferenzierung der EPC in VSMC
essentiellen interzellulären Kontakte kann die Transdifferenzierung durch die von
VSMC sezernierten, solublen Faktoren noch gesteigert werden. Unsere Ergebnisse
zeigen weiterhin, dass es nur in einem sehr geringen Prozentsatz zu einer Fusion von
EPC und VSMC kommt, welche und in der Folge eine phenotypische Differenzierung
der EPC in VSMC bewirkt.
Welche genaue Rolle das in dieser Arbeit gezeigte Potential der Transdifferenzierung
endothelialer Progenitorzellen in der Entstehung beziehungsweise der Prävention
kardiovasklärer Erkrankungen spielt, ist noch nicht abzuschätzen. Zum einen kann die
Stammzelltherapie mit endothelialen Progenitorzellen durch verbesserte
Reendothelialisierung und Angiogenese zur Myokardregeneration beitragen, zum
anderen ist es möglich, dass sie durch verstärkte Neointimabildung zur Progression
vaskuloproliferativer Erkrankungen führt. Zukünftige in vivo Untersuchungen sind
daher notwendig um die Bedeutung der hier beschriebenen Untersuchungsergebnisse
richtig zu verstehen und einordnen zu können.
Die hier vogestellte Arbeit soll daher eine Grundlage bieten, um den Nutzen künftiger
klinischer Anwendungen zu optimieren und gleichzeitig potentielle Risiken
ausschließen zu können.
Kurzfassung auf Englisch: Background: Endothelial progenitor cells (EPC) significantly contribute to vessel
regeneration, and clinical application of EPC emerges as therapeutic option to restore
blood supply to ischemic tissue. However, further transdifferentiation of EPC into
other lineages may modulate the beneficial or adverse effects of cell therapy. We
therefore sought to determine the potential of EPC to transdifferentiate into vascular
smooth muscle cells (VSMC) and their impact on neointimal lesion formation.
Methods and Results: EPCs were obtained from peripheral blood mononuclear cells
by cultivation with endothelial cell medium and growth factors. After 3 days, more
than 95% of adherent cells show endothelial characteristics, as demonstrated by Dilacetylated
LDL uptake, lectin binding and the expression of VEGFR2, von
Willebrand factor and VE-Cadherin. EPC were then co-cultivated with freshly
isolated rat VSMC for 7 days. Co-cultivated EPC increased in size and developed a
smooth muscle cell like phenotype. After 6 days of co-culture, 16.7 ± 3.8% of EPCs
expressed alpha smooth muscle actin as determined by FACS analysis.
Transdifferentiated EPC also expressed calponin and smooth muscle myosin heavy
chain. Furthermore, VSMC specific mRNA expression (calponin and h-caldesmon)
was detected in co-cultured EPCs using human-specific primers. Importantly, the
angiotensin II-induced contractile response of co-cultured EPC was similar to VSMC,
indicating functional activity. Transdifferentiation of EPC into VSMC was not
detected in EPC cultured in conditioned medium, suggesting an essential role of cellcell
contacts. As determined by co-cultivation with GFP-expressing VSMC,
phenotypical changes are due to transdifferentiation rather than fusion.
Conclusion: As demonstrated by morphological, histochemical and functional
parameters, adult human EPC can transdifferentiate into functionally active smooth
muscle cells in vitro and in vivo. Transdifferentiation of EPC to VSMC may improve
vessel maturation during vasculogenesis or plaque stabilisation but may also
contribute to vascular lesion formation.