Adipositas und Typ-2-Diabetes sind häufige Erkrankungen des Stoffwechsels. Zur Basistherapie der Adipositas und des Typ-2-Diabetes gehören eine gesunde Ernährungs- weise und die Erhöhung der körperlichen Aktivität unter anderem mit dem Ziel der Gewichtsreduktion. Vermehrte Bewegung führt neben der Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit zur Fettmassenreduktion, Verbesserungen der Hyperglykämie, Lipo- proteinstoffwechsels und des Adipokinprofils. Bone morphogenetic proteins (BMPs) werden im Fettgewebe produziert und spielen eine wichtige Rolle in der Adipogenese und Transdifferenzierung von Adipozyten. Während ein Zusammenhang zwischen der BMP-7-Serumkonzentration und Adipositas vor kurzem belegt wurde, ist bisher nicht bekannt, ob weitere BMPs wie BMP-2 und -4 mit Adipositas und Typ-2-Diabetes assoziiert sind. Ziel dieser Arbeit war es deshalb zu untersuchen, ob die BMP-2 und -4 Serumkonzentrationen im Zusammenhang mit Körpergewicht, Fett- verteilung und Parametern des Glukosestoffwechsels bei Patienten mit Adipositas und Typ-2-Diabetes (n=213) stehen. Im Rahmen von drei Interventionsstudien wurde der Einfluss einer hypokalorischen Ernährungsweise über sechs Monate (n=19), eines 45,3 ± 7,4 kg Gewichtsverlustes ein Jahr nach bariatrischer Chirurgie (n=32) sowie eines zwölf- wöchigen Trainingsprogramms (n=60) auf die BMP-2- und -4-Serumkonzentrationen untersucht. Zusätzlich wurde die BMP-2-und -4-mRNA-Expression in humanen omentalen und subkutanen Fettgewebsproben von 161 Patienten charakterisiert. Die BMP-2- und -4-Serumkonzentrationen und die BMP-2- und -4-mRNA-Expression im viszeralen Fettgewebe korrelieren signifikant mit dem BMI und dem Körperfettgehalt. Zirkulierende BMP-4-Spiegel sind geschlechtsabhängig und bei Patienten mit T2D signifikant niedriger als bei gesunden Kontrollpatienten. Sowohl eine moderate Gewichts- reduktion durch kalorienreduzierte Ernährung als auch ein Gewichtsverlust von 45,3 ± 7,4 kg nach bariatrischer Chirurgie führen zu einer signifikanten Reduktion der zirkulierenden BMP-2- und -4-Spiegel. Das zwölfwöchige Trainingsprogramm führte lediglich zu einer signifikanten Reduktion der BMP-2-Serumkonzentration und zu signifikanten Ver- besserung der Leistungsfähigkeit, von Parametern des Glukosestoffwechsels und der Serumkonzentrationen von Adiponektin und Interleukin-6. Zusammengefasst zeigen die Daten, dass erhöhte Serumkonzentrationen von BMP-2 und 4 mit Adipositas assoziiert sind und durch Gewichtsreduktion und Erhöhung der körperlichen Aktivität verringert werden können. Die BMP-2- und -4-mRNA-Expression im viszeralen Fettgewebe kann zu erhöhten Serumkonzentrationen dieser Adipokine bei viszeraler Fettverteilung beitragen.

The extracellular matrix is (ECM) is a network of large, structural proteins and polysaccharides, important for cellular behavior, tissue development and maintenance. Present thesis describes work exploring ECM as scaffolds for tissue engineering by manipulating cells cultured in vitro or by influencing ECM expression in vivo. By culturing cells on polymer meshes under dynamic culture conditions, deposition of a complex ECM could be achieved, but with low yields. Since the major part of synthesized ECM diffused into the medium the rate limiting step of deposition was investigated. This quantitative analysis showed that the real rate limiting factor is the low proportion of new proteins which are deposited as functional ECM. It is suggested that cells are pre-embedded in for example collagen gels to increase the steric retention and hence functional deposition. The possibility to induce endogenous ECM formation and tissue regeneration by implantation of growth factors in a carrier material was investigated. Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) is a growth factor known to be involved in growth and differentiation of bone and cartilage tissue. The BMP-2 processing and secretion was examined in two cell systems representing endochondral (chondrocytes) and intramembranous (mesenchymal stem cells) bone formation. It was discovered that chondrocytes are more efficient in producing BMP-2 compared to MSC. The role of the antagonist noggin was also investigated and was found to affect the stability of BMP-2 and modulate its effect. Finally, an injectable gel of the ECM component hyaluronan has been evaluated as delivery vehicle in cartilage regeneration. The hyaluronan hydrogel system showed promising results as a versatile biomaterial for cartilage regeneration, could easily be placed intraarticulary and can be used for both cell based and cell free therapies.