Efficient immobilization of the antibody to the substrate is of crucial importance in the development of anti-CD34-based endothelial progenitor cells capturing cardiovascular devices. This should go along with precise control of the antibody orientation by appropriate immobilization technology for retaining antibody activity, like in immunosensors. Recently, great attention was paid to immobilization of anti-CD34 antibody onto substrates by covalent binding, but at random orientation. Here, to investigate the biological effect of antibody orientation, we have prepared two kinds of anti-CD34 antibody coated surfaces, with random immobilization and oriented immobilization. The immunological binding activity (IBA) of the antibody at oriented immobilization was 3.48 times higher than at random immobilization, indicating that the two different surfaces were successfully prepared. The endothelial progenitor cell-capturing capability of oriented antibody-immobilized surface was 1.35 and 1.64 times higher than for the random immobilized surface after seeding for 2 and 12 h under flow condition, respectively. The endothelial progenitor cell-capturing efficiency per antibody by oriented immobilization was 5.16 and 6.26 times higher than for the random after seeding for 2 and 12 h under flow condition, respectively. In addition, the oriented antibody-immobilized surface possessed better blood-compatibility. These results clearly revealed the significance of antibody orientation which could retain its biological effect and may revolutionize the antibody-immobilization protocols used in cardiovascular and other bloodcontacting biomedical devices.

Für die Ätiopathogenese der Atherosklerose spielen eine Vielzahl von Mediatoren eine Rolle. Dabei werden durch das Endothel sowohl protektive als auch schädliche Mediatoren sezerniert. High Density Lipoproteine (HDL) stellen einen bedeutenden protektiven Marker für das kardiovaskuläre Risiko dar, u.a. durch die Aktivierung der endothelialen NO-Synthase (eNOS). HDL besteht zu 50 % aus Proteinen und zu 50 % aus Lipiden. Welche Komponenten des HDL für die eNOS Aktivierung verantwortlich sind, ist nicht bekannt gewesen. Im ersten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Lysophospholipide, Sphingosin-1-Phosphat (S1P) und Sphinsosylphosphorylcholin (SPC), die strukturelle Bestandteile der Lipidfraktion von HDL darstellen, für einen Teil der HDL induzierten eNOS Aktivierung durch Stimulation des S1P3-Rezeptors verantwortlich sind. Diese eNOS Aktivierung wird durch den intrazellulären Einstrom von Calcium und durch die Aktivierung der Akt-Kinase induziert. Im zweiten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte nachgewiesen werden, dass das oral verfügbare Lysophospholipid-basierte Medikament, FTY720, das ein strukturelles Analogon des S1P ist, den HDL induzierten Signaltransduktionsweg der eNOS Aktivierung in gleicher Weise induziert. Im dritten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte ein neuartiges endothelabhängig sezerniertes gemischtes Dinukleosidpolyphosphat, Uridin-Adenosin-Tetraphosphat (Up4A), identifiziert werden. Up4A ist ein Agonist an den P2X- und P2Y-Purinrezeptoren. Up4A induziert bei Applikation in eine isoliert perfundierte Rattenniere hauptsächlich über die Aktivierung des P2X1-Rezeptors und des P2Y2/P2Y4-Rezeptors eine starke Vasokonstriktion im renalen Perfusionsgebiet mit einhergehender Erhöhung des mittleren renalen Perfusionsdrucks. Die direkte Infusion von Up4A in vivo in eine WKY-Ratte führt zu einer signifikanten Erhöhung des mittleren arteriellen Blutdrucks. / In the pathogenesis of atherosclerosis many mediators are included. Therefore the endothelium plays a crucial part by secreting protective but also deleterious factors. High density lipoproteins are an established protective factor in the risk profile of cardiovascular events especially by activating the endothelial NO synthase (eNOS). HDL is composed of 50 % proteins and 50 % lipids. Which component of HDL is responsible for the eNOS activation was not known. In the first part of this dissertation it could be shown, that the lysophospholipids, sphingosine-1-phosphate (S1P) and sphingosylphosphorylcholine (SPC), which are structural compounds of the lipid fraction of HDL, are responsible for a significant part of the HDL induced eNOS activation by stimulating the specific S1P3 receptor. In the signal transduction mechanism the activation of Akt kinase and an influx of calcium is involved. In the second part of this dissertation it could be shown, that the orally active lysophospholipide based drug FTY720, which is a structural analogue of S1P, is able to induce the same signal transduction mechanism activated by HDL including the stimulation of the S1P3 receptor. In the last part of this dissertation a new endothelium dependent vasoconstrictor, the dinucleoside polyphosphate uridine-adenosine-tetraphosphate (Up4A), could be for the first time identified. Up4A is a potent agonist of the P2X- and P2Y-purinoceptors. Via activating the P2X1 receptor and the P2Y2/P2Y4 receptor Up4A induce a strong vasoconstriction in the renal perfusion system in the model of the isolated perfused rat kidney with an adjacent increase of the mean perfusion pressure. By injection of Up4A in vivo in a Wistar Kyoto rat the mean arterial pressure also increase significantly.

Endothelzell-basierte Therapien vermitteln regenerative Effekte hinsichtlich der Revaskularisierung von ischämischen Geweben. Doch ist die Verfügbarkeit von autologen Endothelzellen aufgrund einer krankheitsbedingt reduzierten Frequenz im peripheren Blut oder einer verminderten Integrität der endogenen Endothelzell-Populationen eingeschränkt. Hingegen ist es möglich, allogene endotheliale Vorläuferzellen aus der Nabelschnur in zelltherapeutisch relevanten Mengen zu isolieren. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst die Eigenschaften allogener humaner Nabelschnur (NS)-abgeleiteter sog. Endothelial Colony-Forming Cells (ECFCs) mit denen von venösen NS-abgeleiteten Endothelzellen verglichen. Aufgrund der nachgewiesenen Immunogenität von allogenen ECFCs wurde eine weiterführende Strategie zur Reduktion dieser immunogenen Eigenschaften durch die Koapplikation mit Mesenchymalen Vorläuferzellen (MSCs) verfolgt. Humane ECFCs wurden mit MSCs desselben Spenders kombiniert und in funktionellen in vitro- und in vivo-Assays untersucht. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass IFNγ-stimulierte ECFC/MSC-Kokulturen eine reduzierte Expression von HLA-Molekülen zeigen. Entsprechend induzierten spezifische CD8+ T-Zellen eine reduzierte Lyse der kokultivierten ECFCs und MSCs. Die Kokultur von ECFCs und MSCs mit allogenen Immunzellen führte zu einer nahezu vollständigen Inhibition der T-Zell-Proliferation. Um die reduzierte Immunogenität von ECFC und MSC in vivo zu verifizieren, wurden die Zellen in immundefiziente Mäuse injiziert, welche nachfolgend mit humanen PBMCs rekonstituiert wurden. So konnte nachgewiesen werden, dass die Koapplikation von ECFCs und MSCs nicht nur die Entstehung von stabilen Gefäßnetzwerken begünstigt, sondern zudem in den Transplantaten zu einer verringerten Immunzell-Infiltration führte. Die Koapplikation von ECFCs mit MSCs könnte daher eine klinische Nutzung dieser allogenen Quelle für die therapeutische Unterstützung der Vaskularisierung ermöglichen. / Endothelial cell-based therapies promote tissue regeneration and vascularization after ischemic damage. The availability of autologous endothelial progenitor cells is restricted in diseased patients, however therapeutically relevant numbers of allogeneic Endothelial Progenitor Cells can be isolated from an umbilical cord (UC). In the present study, the immunogenic properties of these Endothelial Colony Forming Cells (ECFCs) were first compared to human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Both cytokine-treated endothelial cells induced CD4+ and CD8+ T cell proliferation after coculture with allogeneic immune cells. So far, the potential interactions between ECFCs and Mesenchymal Stem/Progenitor Cells (MSCs) concerning their immunological features is poorly understood, but we hypothesize that MSCs might improve the immune compatibility and vessel building characteristics of ECFCs. Therefore, human UC-derived ECFC and MSC cocultures from the same donor were analyzed using various functional in vitro and in vivo assays. Stimulation of these cocultures with IFNγ caused strongly reduced expression levels of HLA-molecules compared to ECFC monocultures. The decreased molecular density on the cocultured ECFCs resulted in reduced cytotoxic CD8+ T cell-mediated lysis. Further, during IFNγ stimulation, the combination of ECFCs with MSCs prevented initiation of allogeneic T cell proliferation. To verify this concept in vivo, ECFCs and MSCs were co-transplanted in a humanized allograft mouse model in immunodeficient mice in order to effectively induce stable microvessels. These experiments demonstrate that when MSCs are co-applied with ECFCs, they not only support the formation of stable blood vessels, but also lead to fewer HLA-DR+ human vascular structures and fewer infiltrating human leukocytes. The data presented indicate that crosstalk between UC-derived ECFCs and MSCs might lower the risk of allogeneic ECFC rejection.

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