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Targeting endocardial fibroelastosis in patients with hypoplastic left heart syndrome : a cell culture model

Therapiestrategien der Endokardialen Fibroelastose bei Patienten mit Hypoplastischem Linksherz im Zellkulturmodell

Vorisek, Carina


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-135260
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2018/13526/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): endokardiale Fibroelastose , hypoplastisches Linksherz , endothelial mesenchymale Transformation , Endokard , Endothelzelle
Freie Schlagwörter (Englisch): endocardial fibroelastosis , hypoplastic left heart , endothelial mesenchymal transition , endocardium , endothelial cell
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Pränataldiagnostik, Abteilung für Frauenheilkunde und Geburtshilfe
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.12.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 25.04.2018
Kurzfassung auf Englisch: Introduction: Successful postnatal surgical removal of Endocardial Fibroelastosis (EFE) can improve the outcome of Hypoplastic Left Heart Syndrome, one of the severest congenital heart failures by preserving ventricular function and growth potential. It has been shown that the transformation of endothelial to mesenchymal cells (EndMT) leads to the development of EFE tissue. The pathomechanism of EFE is still unknown and was investigated in this study to develop local prenatal treatment options.
Methods: Cells from human coronary arteries were used for the experiments as they have the same embryonic origin as endocardial cells. The cells were exposed to 10ng/ml TGF-β;1, 100 ng/ml rhBMP-7 (=TGF-β inhibitor), 10 ng/ml TGF-β1 plus 100 ng/ml rhBMP-7 for 72 hours or exposed to 10% of uniaxial static stretch for 8 hours. Cells treated with media only served as control.
Results: The treatment with TGF-β1 as well as uniaxial static stretch of already 10% changes cell morphology. Uniaxial static stretch is also regulated by TGF-β shown by the activation of transcriptional factors of the TGF-β1 pathway (Twist) in the nucleus. The cells did not only express the endothelial marker PECAM1 as in the control but in addition stained for the mesenchymal marker αSMA showing active EndMT. After treating the cells with BMP-7 to inhibit the TGF-β pathway there were significantly less cells undergoing transformation from an endothelial to a mesenchymal cell.
Conclusion: This in vitro model showed that uniaxial static stretch activates the growth factor TGF-β and induces EndMT which can be inhibited by BMP-7. That information makes it possible to develop therapeutic strategies for local treatment in utero.
Kurzfassung auf Deutsch: Einleitung: Die erfolgreiche postnatale Entfernung der Endokardfibroelastose (EFE) kann das Outcome der Ventrikelfunktion beim Hypoplastischen Linksherz, einem der schwersten angeborenen Herzfehler, deutlich verbessern. Als Ursache für die EFE Entstehung wurde von uns die Transformation von Endothelzellen zu mesenchymalen Zellen (EndMt) nachgewiesen. Der Pathomechanismus von EFE-Entwicklung durch EndMt ist aber unbekannt und wurde in dieser Studie untersucht um potenziell pränatale Lokaltherapien entwickeln zu können.
Material und Methoden: Zellkulturen von menschlichen Koronararterien (HCAEC) wurden verwendet, da sie den gleichen embryologischen Ursprung wie Endokardzellen haben. Die Zellen wurden für 72h mit 10ng/ml TGF-β1, 100 ng/ml rhBMP-7 (=TGF-β1 inhibitor), 10 ng/ml TGF-β1 plus 100 ng/ml rhBMP-7 behandelt, oder 8 Stunden statischem Stretch von 10% in Stretchkammern aus Silikon ausgesetzt. Als Kontrolle wurden Zellen nur mit Nährmedium behandelt.
Ergebnisse: Die Gabe von TGF-β1 und auch statischer Zug von bereits 10% veränderte die Zellmorphologie. Statischer Zellzug unterliegt ebenfalls der Kontrolle von TGF-β, was durch die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren (Twist) des TGF-β Signalweges im Nuclus gezeigt werden konnte. Die Zellen exprimieren nicht nur den Endothelzellmarker PECAM1 wie in der Kontrollgruppe, sondern zusätzlich auch den mesenchymalen Marker αSMA als Indiz für aktive EndMT. Mit der gleichzeitigen Gabe von BMP-7 zur Blockierung des TGF-β Pathway, zeigen sich signifikant weniger Zellen, die einer Transformation von endothelialer zur mesenchymalen Zelle unterlaufen.
Schlussfolgerung: Durch das in vitro Modell konnte auf mehreren Ebenen gezeigt werden, dass statisch-mechanischer Zug den Wachstumsfaktor TGF-β aktiviert und EndMt induziert, was durch BMP-7 inhibiert werden kann. Diese Informationen lassen es nun zu, dass pharmakologische Interventionen entwickelt werden, die idealerweise zur Therapie in utero verwendet werden können.
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