Primäre Nestin-positive adulte Stamm-/Vorläuferzellen aus menschlichen Langerhans'schen Inseln besitzen einen mesenchymalen Charakter und das prinzipielle Potenzial zur in vitro-Differenzierung in Insulin produzierende Phänotypen. Allerdings ist die Entwicklung effektiver Differenzierungsstrategien bisher noch nicht gelungen. Dies ist unter anderem durch das limitierte Wachstumsverhalten dieser Primärzellen in Kultur begründet, das in der vorliegenden Arbeit ausführlich charakterisiert wurde. So besitzt die Gesamtpopulation aus pankreatischen humanen Langerhansschen Inseln auswachsender Zellen (hIZ) ein begrenztes Wachstumspotenzial von im Mittel 19 Passagen. Diese Tatsache limitiert zum einen die Entwicklung von Protokollen zur Differenzierung dieser Zellen und führt zum anderen zu einer Limitierung der Vision in vitro vermehrbaren und differenzierbaren Vorläuferzellmaterials, das nach Differenzierung transplantiert werden und in vivo die beta-Zellfunktion ersetzen könnte. Vor diesem Hintergrund zeigt die vorliegende Arbeit anhand des Nestin-positiven und mesenchymalen Zellmodells der menschlichen Knochenmarksstammzelllinie hMSC-TERT weiterhin, dass sich eine gentechnisch induzierte transiente und stabile Überex-pression des wachstums- und proliferationsassoziierten Proteins p8 fördernd auf das Wachstumsverhalten dieser Zelllinie auswirkt. Dieser Effekt beruht, wie an stabil generierten p8-überexprimierenden Zelllinien gezeigt werden konnte, zum einen auf der Steigerung der Proliferationsrate. Zum anderen ist das verbesserte Wachstumsverhalten jedoch auch auf eine bis dato unbekannte Verminderung der basalen Apoptoserate von hMSC-TERT zurückzuführen. Das Protein p8 konnte erstmals als molekularer Mediator des Wachstums und Überlebens mesenchymaler Nestin-positiver und zu beta-Zellähnlichen Phänotypen differenzierbarer Vorläuferzellen charakterisiert werden. Es kann somit einen entscheidenden Beitrag zur Lösung des Problems begrenzten differenzierbaren Stammzellmaterials auf der Suche nach einer zellbasierten kurativen, breit und risikoarm einsetzbaren Therapiestrategie für den Diabetes mellitus leisten. / The definitive treatment of type 1 diabetes, namely transplantation of isolated pancreatic islets, is limited by rareness of donor organs. Generation of insulin producing cells from human pancreatic islet derived nestin+ precursors is well feasible and has recently been demonstrated (Zulewski et al, Diabetes 50:521, 2001). We therefore characterized a putative stem population of human islet-derived progenitor cells grown out of human pancreatic islets (hIZ). As we show here, these cells have a mesenchymal phenotype, express the filament protein nestin and feature a mean life span of 16 passages with continuous decrease of growth from passage 6 until growth arrest. This hampers the development of efficient differentiation strategies. We therefore tested the growth enhancing properties of the proliferation associated protein p8 in human nestin+ hMSC-TERT bone marrow derived adult stem cells, which share a similar phenotype as hIZ and have excellent differentiation potential not only into endocrine phenotypes. hMSC-TERT cells were transfected with CMV promoter driven p8-IRES-GFP or mock-IRES-GFP vectors. Transient transfection results in significantly increased numbers of GFP+ cells after 12 and 18 hours which remain elevated for up to 30 h. Loss of growth induction at later timepoints is caused by dilution of cellular plasmid content during mitosis. In contrast, stably transfected and selected subclones with p8 overexpression display durable significant augmentation of growth index (cell numbers) by 1.75 fold mock, respectively. This effect is not only due to an extensive increase in proliferation (BrdU+ cells, 2,7 fold mock) but also to a decrease in basal apoptosis (Caspase+ cells, -40% mock), as we could demonstrate. We characterized p8 as a potent molecular mediator of growth and expansion of mesenchymal stem cells such as hMSC-TERT and hIZ acting through both induction of cell proliferation and inhibition of apoptosis. These properties of p8 may be useful in the development of stem cell based tissue regeneration strategies by providing sufficient supply of homogeneous and fast-growing stem cell cultures for differentiation. In this way, the problem of limited availability of human donor material for definitive treatment of diabetes mellitus type 1 could be solved.

Platelets, small anucleated blood cells responsible for hemostasis, interact at sights of injury with several exposed extracellular matrix (ECM) proteins through specific receptors. Ligand binding leads to activation, adhesion and aggregation of platelets. Already megakaryocytes (MKs), the immediate precursor cells in bone marrow (BM), are in constant contact to these ECM proteins (ECMP). The interaction of ECMP with MKs is, in contrast to platelets, less well understood. It is therefore important to study how MKs interact with sinusoids via the underlying ECMP. This thesis addresses three major topics to elucidate these interactions and their role in platelet biogenesis. First, we studied the topology of ECMP within BM and their impact on proplatelet formation (PPF) in vitro. By establishing a four-color immunofluorescence microscopy we localized collagens and other ECMP and determined their degree of contact towards vessels and megakaryocytes (MKs). In in vitro assays we could demonstrate that Col I mediates increased MK adhesion, but inhibits PPF by collagen receptor GPVI. By immunoblot analyses we identified that the signaling events underyling this inhibition are different from those in platelet activation at the Src family kinase level. Second, we determined the degree of MK-ECM interaction in situ using confocal laser scanning microscopy of four-color IF-stained femora and spleen sections. In transgenic mouse models lacking either of the two major collagen receptors we could show that these mice have an impaired association of MKs to collagens in the BM, while the MK count in spleen increased threefold. This might contribute to the overall unaltered platelet counts in collagen receptor-deficient mice. In a third approach, we studied how the equilibrium of ECMP within BM is altered after irradiation. Collagen type IV and laminin-α5 subunits were selectively degraded at the sinusoids, while the matrix degrading protease MMP9 was upregulated in MKs. Platelet numbers decreased and platelets became hyporesponsive towards agonists, especially those for GPVI activation. Taken together, the results indicate that MK-ECM interaction differs substantially from the well-known platelet-ECM signaling. Future work should further elucidate how ECMP can be targeted to ameliorate the platelet production and function defects, especially in patients after BM irradiation. / Thrombozyten, kleine kernlose Zellen, die für die Hämostase verantwortlich sind, interagieren an verletzten Gefäßwänden mit exponierten extrazellulären Matrixproteinen (EZMP) durch Oberflächenrezeptoren. Durch die Ligandenbindung werden die Thrombozyten aktiviert, adhärieren und aggregieren schlussendlich. Schon Megakaryozyten (MKs), die unmittelbaren Vorläuferzellen im Knochenmark (KM), stehen ebenfalls mit EZMP im ständigen Kontakt. Im Gegensatz zur Thrombozyteninteraktion ist die Interaktion der MKs mit EZMP jedoch nicht sehr gut untersucht. Aus diesem Grund ist es wichtig zu verstehen wie MKs mit Sinusoiden durch die darunterliegenden EZMP interagieren. Diese Doktorarbeit beleuchtet dazu drei Hauptthemen, die zu einem besseren Verständnis dieser Interaktion und dessen Rolle in der Thrombozytenbildung beitragen. In einem ersten Themenblock klärten wir die Topologie verschiedener EZMP des Knochenmarks und deren Rolle bei der Proplättchenbildung auf. Durch die Etablierung einer Vierfarben-Immunfluoreszenzmikroskopie, lokalisierten wir verschiedene Kollagene und andere EZMP im KM und bestimmten deren Kontakt zu Gefäßen und MKs. In in vitro-Ansätzen konnten wir demonstrieren, dass Kollagen Typ I eine erhöhte Adhäsion von MKs vermittelt, aber die Proplättchenbildung durch den Kollagenrezeptor GPVI inhibiert. Mittels Immunoblotanalysen identifizierten wir eine Signalkaskade, die von der Thrombozytenaktivierung auf der Ebene der Src family Kinasen abweicht. In einem zweiten Themenkomplex bestimmten wir in situ den Grad an Interaktion von MKs mit EZMP mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie von vierfach immunfluoreszenzgefärbten Femora- und Milzschnitten. In transgenen Mäusen, denen einer der zwei Hauptkollagenrezeptoren fehlen, konnten wir zeigen, dass MKs dieser Mäuse eine veränderte Assoziation zu Kollagenen im Knochenmark aufweisen, während die MK-Anzahl in der Milz um das Dreifache anstieg. Dies könnte insgesamt zur unbeeinflussten Thrombozytenzahl in diesen Mäusen beitragen. In einem dritten Themenkomplex untersuchten wir wie das Gleichgewicht im Knochenmark nach Bestrahlung beeinflusst ist. Spezifisch Kollagen Typ IV und laminin-α5 waren an den Sinusoiden degradiert, während die Expression der matrixabbauenden Protease MMP-9 in MKs hochreguliert war. Die Thrombozytenzahl sank und sie wurden hyporesponsiv auf Agonisten, speziell auf diejenigen für die GPVI-Aktivierung. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass die Interaktion von MKs mit EZMP sich substantiell von der Thrombozyten-EZMP vermittelten Signaltransduktion unterscheidet. Zukünftige Untersuchungen sollen weiter beleuchten wie EZMP gezielt beeinflusst werden können um Defekte in der Thrombozytenproduktion und –funktion abzumildern, besonders in Patienten nach Bestrahlung.

The contribution of the bone marrow microenvironment in myelodysplastic syndrome is controversial. We therefore analyzed the functional properties of primary mesenchymal stromal cells from patients with myelodysplastic syndrome in the presence or absence of lenalidomide. Compared to healthy controls, clonality and growth were reduced across all disease stages. Furthermore, differentiation defects and particular expression of adhesion and cell surface molecules (e.g. CD166, CD29, CD146) were detected. Interestingly, the levels of stromal derived factor 1-alpha in patients’ cells culture supernatants were almost 2-fold lower (P<0.01) than those in controls and this was paralleled by a reduced induction of migration of CD34+ hematopoietic cells. Co-cultures of mesenchymal stromal cells from patients with CD34+ cells from healthy donors resulted in reduced numbers of cobblestone area-forming cells and fewer colony-forming units. Exposure of stromal cells from patients and controls to lenalidomide led to a further reduction of stromal derived factor 1-alpha secretion and cobblestone area formation, respectively. Moreover, lenalidomide pretreatment of mesenchymal stromal cells from patients with low but not high-risk myelodysplastic syndrome was able to rescue impaired erythroid and myeloid colony formation of early hematopoietic progenitors. In conclusion, our analyses support the notion that the stromal microenvironment is involved in the pathophysiology of myelodysplastic syndrome thus representing a potential target for therapeutic interventions.

Adult bone marrow contains a population of mesenchymal stem cells capable to self-renew and to differentiate into haematopoietic-supportive stroma, osteo, adipo- and chondrocytes. However, the identity of mesenchymal stem cells still remains uncertain. The complex population of their descendants, bone marrow mesenchymal stromal cells (BM MSCs), represents a model to study the principles of differentiation and commitment into mesodermal lineages. The experiments using BM MSCs are often hampered by their low proliferative capacity in vitro. In the present study, we established conditionally immortalized BM MSCs from tetracycline-regulated SV40 Large T-antigen transgenic mice. The identity of the conditionally immortalized BM MSCs was confirmed by marker expression, ability to support haematopoiesis and differentiation potential. The advantages of the conditional immortalization are encompassed in (1) indefinite expansion of cell populations, (2) possibility to perform cellular cloning and (3) prevention from spontaneous differentiation. We demonstrated the heterogeneity of BM MSCs and identified at least 6 types of progenitors within BM MSCs population based on their differentiation potential (“OAC”, “OA”, “OC”, “AC”, “O”, “A”). A hypothetical model of BM MSC hierarchy and the relationships between the progenitors has been proposed. We observed that the Wnt/β-catenin signaling pathway and GSK3 activity could modulate the efficiency of osteo- and adipogenic differentiation pathways, but we didn’t find evidence that the lineage commitment of BM MSCs is determined by Wnt. We elucidated the mechanism of transcriptional regulation of the adipogenic induction of BM MSCs in vitro. Our data revealed the key regulatory role of PPARγ1 during adipogenesis in BM MSCs. Furthermore, we assume that PPARγ1 is a potential trigger of the adipogenic commitment of the BM MSCs progenitors. Finally, the non-adipogenic BM MSCs progenitors were converted into the adipogenic lineage using ectopical expression of the transcription factors C/EBPα, C/EBPβ and C/EBPδ. Our findings provide a novel insight into the molecular mechanisms of BM MSCs lineage commitment.

The regenerative potential of adult stem cell populations within the human body bears great promises for their use in regenerative medicine. The bone marrow (BM) harbours two different types of adult stem cells, haematopoietic stem and progneitor cells (HSPCs) and multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs), which are tightly regulated in their distinct anatomically defined niches by multiple cues such as cytokines, cell-cell contacts, the extracellular matrix (ECM) and the physical microenvironment. The ex vivo expansion of these cells for applications in regenerative therapies is of great interest and several biomaterial approaches attempt to mimic the natural BM niche and its components to control stem cell maintenance and differentiation. However, as of now the complexity of such stem cell niches is hard to recapitulate. Towards this goal, this work was focussing on the ECM environment of BM stem cells and was set out to engineer improved in vitro culture systems. MSC themselves are one of the most important cell types within the BM that secrete and construct ECM-networks and thereby shape the microenvironment of the residing cells. The potential of primary human BM-MSC to secrete ECM in vitro has been exploited to generate niche-like ECM surrogates in a robust and versatile format. Application of decellularisation regimes allowed the fabrication of complex matrices which demonstrated suprastructural, compositional and physicochemical properties compareable to those of the native BM-ECM environment. Reliable stability and reproduciblity was achieved by a dedicated procedure of maleic anhydride co-polymer-mediated covalent binding of fibronectin and subsequent anchorage of cell-secreted ECM molecules. As a result of the high reproducibility, a complete proteomic register of ECM molecules was obtained in combination with determining the complex fibrillar and soft gel-like characteristics of MSC-derived matrices. Based on the established BM niche-like substrate, the impact of extracellular matrices on MSC and HSPC ex vivo behavior has been explored. Both cell types demonstrated strong adhesion to ECM substrates and depicted a changed cellular morphology upon contact with native ECM structures compared to standard culture substrates or simple ECM protein coatings, indicating an intense interplay between the cell and the microenvironment. MSC that re-grew into their own matrices have shown advantageous proliferation and cytokine secretion levels as well as enhanced differentiation intensity (upon differentiation induction) compared to MSC that were cultured on less complex substrates. Similarly, HSPC were also instructed for enhanced expansion on MSC-derived matrices without exhaustion of stem cell-marker expressing progenitor cells. The efficiency of these matrices was related to their ability to mimic the native composite suprastructure, ligand nano-topography, molecular composition and physical properties of natural BM ECM environments. The data obtained within this thesis set the ground for a more rational design of artificial stem cell niches with defined and distinct properties, offering exciting options for the in-depth analysis and understanding of stem cell regulation by exogenous cues.

Regensburg, Univ., Diss., 2003. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

The contribution of the bone marrow microenvironment in myelodysplastic syndrome is controversial. We therefore analyzed the functional properties of primary mesenchymal stromal cells from patients with myelodysplastic syndrome in the presence or absence of lenalidomide. Compared to healthy controls, clonality and growth were reduced across all disease stages. Furthermore, differentiation defects and particular expression of adhesion and cell surface molecules (e.g. CD166, CD29, CD146) were detected. Interestingly, the levels of stromal derived factor 1-alpha in patients’ cells culture supernatants were almost 2-fold lower (P<0.01) than those in controls and this was paralleled by a reduced induction of migration of CD34+ hematopoietic cells. Co-cultures of mesenchymal stromal cells from patients with CD34+ cells from healthy donors resulted in reduced numbers of cobblestone area-forming cells and fewer colony-forming units. Exposure of stromal cells from patients and controls to lenalidomide led to a further reduction of stromal derived factor 1-alpha secretion and cobblestone area formation, respectively. Moreover, lenalidomide pretreatment of mesenchymal stromal cells from patients with low but not high-risk myelodysplastic syndrome was able to rescue impaired erythroid and myeloid colony formation of early hematopoietic progenitors. In conclusion, our analyses support the notion that the stromal microenvironment is involved in the pathophysiology of myelodysplastic syndrome thus representing a potential target for therapeutic interventions.

Adult bone marrow contains a population of mesenchymal stem cells capable to self-renew and to differentiate into haematopoietic-supportive stroma, osteo, adipo- and chondrocytes. However, the identity of mesenchymal stem cells still remains uncertain. The complex population of their descendants, bone marrow mesenchymal stromal cells (BM MSCs), represents a model to study the principles of differentiation and commitment into mesodermal lineages. The experiments using BM MSCs are often hampered by their low proliferative capacity in vitro. In the present study, we established conditionally immortalized BM MSCs from tetracycline-regulated SV40 Large T-antigen transgenic mice. The identity of the conditionally immortalized BM MSCs was confirmed by marker expression, ability to support haematopoiesis and differentiation potential. The advantages of the conditional immortalization are encompassed in (1) indefinite expansion of cell populations, (2) possibility to perform cellular cloning and (3) prevention from spontaneous differentiation. We demonstrated the heterogeneity of BM MSCs and identified at least 6 types of progenitors within BM MSCs population based on their differentiation potential (“OAC”, “OA”, “OC”, “AC”, “O”, “A”). A hypothetical model of BM MSC hierarchy and the relationships between the progenitors has been proposed. We observed that the Wnt/β-catenin signaling pathway and GSK3 activity could modulate the efficiency of osteo- and adipogenic differentiation pathways, but we didn’t find evidence that the lineage commitment of BM MSCs is determined by Wnt. We elucidated the mechanism of transcriptional regulation of the adipogenic induction of BM MSCs in vitro. Our data revealed the key regulatory role of PPARγ1 during adipogenesis in BM MSCs. Furthermore, we assume that PPARγ1 is a potential trigger of the adipogenic commitment of the BM MSCs progenitors. Finally, the non-adipogenic BM MSCs progenitors were converted into the adipogenic lineage using ectopical expression of the transcription factors C/EBPα, C/EBPβ and C/EBPδ. Our findings provide a novel insight into the molecular mechanisms of BM MSCs lineage commitment.

Die vorliegende Habilitationsschrift faßt publizierte Ergebnisse zum Themenschwerpunkt der Immunszintigraphie mit Antigranulozyten-Antikörpern bzw. Antikörperfragmenten zur Entzündungsdiagnostik bei Problemindikationen und zur Knochenmarkszintigraphie zusammen. In der Diagnostik der subakuten Endokarditis und der Prothesenendokarditis ermöglichen Immunszintigraphie mit dem NCA-95-Antigranulozyten-Antikörper und die transösophageale Echokardiographie zusammen einen zuverlässigen Entzündungsnachweis auch bei denjenigen Patienten, bei denen jeweils eine der beiden Methoden versagt. Bei Patienten mit Fieber unbekannter Genese ist die Immunszintigraphie der Sonographie und dem CT im frühen Nachweis abdomineller Abszesse überlegen. Bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen stellt der szintigraphische Ausschluß entzündlicher Herde eine wichtige Information auf dem Weg zur Diagnose einer seronegativen Autoimmunerkrankung dar. Schließlich erlaubt die Immunszintigraphie mit differenzierter Betrachtung photopenischer Läsionen im hämopoetisch aktiven Knochenmark bei Patienten mit einer metastasierenden neoplastischen Erkrankung als Fieberursache einen frühen Nachweis maligner Knochenmarkherde. Für die Diagnostik entzündlicher Darmerkrankungen sind die immunszintigraphischen Verfahren mit dem NCA-95-Antigranulozyten-Antikörper und mit dem NCA-90-Antigranulozyten-Antikörper-Fab'-Fragment wegen bei beiden Methoden vorliegender unspezifischer Darmaktivität und fallweise beobachteter, falsch negativer Ergebnisse nicht geeignet. Bei Patienten mit Low-grade-Entzündungen der Knochen und Gelenke und vorangegangenen Gelenkoperationen weist die Immunszintigraphie mit dem NCA-90-Antigranulozyten-Antikörper-Fab'-Fragment eine überaus hohe Sensitivität, jedoch geringe Spezifität auf. Der klinische Nutzen dieser Immunszintigraphie könnte im Nachweis oder Ausschluß einer Low-grade-Entzündung im untersuchten Gelenk bei Patienten mit rheumatoider Arthritis oder anderen, zeitgleich vorliegenden Entzündungen außerhalb des Gelenkes liegen. In der Knochenmarkdiagnostik mittels der Immunszintigraphie mit dem NCA-95-Antigranulozyten-Antikörper wurde eine hoch signifikante inverse Korrelation des Uptake-Index mit dem Alter der Probanden festgestellt. Bei Patienten mit Panzytopenie war der Uptake-Index im Vergleich zum altersentsprechenden Normalkollektiv signifikant erniedrigt und wies eine hohe Trennschärfe gegenüber dem Normalbereich auf. Als Alternative zum NCA-95-Antigranulozyten-Antikörper untersuchten wir die Immunszintigraphie mit dem NCA-90-Antigranulozyten-Antikörper-Fab'-Fragment in der Knochenmarkdiagnostik. Das Verfahren gestattet jedoch nur eine qualitative, unvollständige Darstellung einiger Areale hämopoetisch aktiven Knochenmarks, während der Fab'-Knochenmark-Uptake-Index für die klinische Anwendung nicht brauchbar ist. / The present habilitation thesis summarises the author´s own published results on the thematic focus of immunoscintigraphy using antigranulocyte antibodies or antibody fragments for diagnosing infection in problematic indications and for bone marrow scintigraphy. In diagnosing subacute infective endocarditis and prosthetic valve endocarditis the combined application of both immunoscintigraphy using the NCA-95-antigranulocyte antibodies and transesophageal echocardiography reliably proves infection even in patients with negative results in one of the methods applied. In patients with fever of unknown origin immunoscintigraphy is superior to both sonography and CT in the early detection of abdominal abscesses. In patients suffering from autoimmune diseases the scintigraphic exclusion of infection is an important step towards verifying a serologically negative autoimmune disease. Finally, immunoscintigraphy with differentiated analysis of photopenic lesions in the haemopoietically active bone marrow allows an early detection of malignant marrow involvement in patients with metastasising neoplastic disease. Immunoscintigraphy with either NCA-95-antigranulocyte antibodies or NCA-90-antigranulocyte antibody Fab´-fragments is not suitable for diagnosing inflammatory bowel disease because of nonspecific bowel activity encountered in either method and because of falsely negative results observed occasionally. In patients with low-grade bone-and-joint infection and previous joint surgery immunoscintigraphy using the NCA-90-antigranulocyte antibody Fab´-fragment is highly sensitive but lacks specificity. The clinical benefit of this method might consist of proving or excluding low-grade infection in the investigated joint in patients suffering from rheumatoid arthritis or other, contemporaneous inflammation outside of the joint under investigation. In investigating bone marrow diseases with the help of immunoscintigraphy using NCA-95-antigranulocyte-antibodies a highly significant inverse correlation of the uptake index with patient age was observed. In patients with pancytopenia the uptake index was significantly lower than in an age-matched normal group and displayed a clear-cut differentiation from the normal uptake range. The NCA-90-antigranulocyte antibody Fab´-fragment was investigated as an alternative to the NCA-95-antigranulocyte-antibody in diagnosing bone marrow disease. However, this method allows just a qualitative, incomplete evaluation of certain bone marrow regions, while the Fab´ uptake index is not suitable for clinical use.

Mesenchymale Stromazellen (MSCs) werden beim Pferd bereits mit vielversprechenden Ergebnissen zur Behandlung von muskuloskelettalen Erkrankungen, insbesondere von Sehnenerkrankungen, eingesetzt. In bisherigen klinischen Studien lag das Hauptaugenmerk auf der Behandlung von Erkrankungen der Oberflächlichen Beugesehne bei Rennpferden, die jedoch in Deutschland nur einen verhältnismäßig kleinen Anteil des Patientenaufkommens darstellen. Die zu erwartenden Ergebnisse nach MSC-Behandlung von Fesselträgererkrankungen sind dagegen noch nicht bekannt. Darüber hinaus sind die grundlegenden Kenntnisse zur Biologie equiner MSCs noch unzureichend, was Verständnis und Optimierung des bestehenden Therapiekonzeptes erschwert. Häufig wird die Verwendung alternativer Gewebequellen für MSCs diskutiert, wobei jedoch nur wenige vergleichende Daten zu den jeweiligen zellulären Eigenschaften vorliegen. Ziel dieser Arbeit war es daher, zum einen mehr Kenntnisse über die zu erwartenden klinischen Ergebnisse nach MSC-Behandlung von Sehnenerkrankungen zu erlangen, einschließlich Erkrankungen des Fesselträgers, zum anderen den Wissensstand hinsichtlich der in-vitro-Charakterisierung equiner MSCs zu erweitern, wobei ein Vergleich klinisch relevanter Charakteristika zwischen MSCs aus verschiedenen Gewebequellen angestrebt wurde. In die klinische Studie wurden 98 Pferde, die aufgrund von Sehnen- und Banderkrankungen mit MSCs behandelt worden waren, einbezogen. Von 58 dieser Tiere konnten Langzeitergebnisse nach einem Beobachtungszeitraum von mindestens einem Jahr erhoben werden. Diese wurden hinsichtlich des Behandlungserfolges sowie möglicher Einflussfaktoren ausgewertet, wobei die Behandlung als erfolgreich bewertet wurde, wenn die Patienten nach dem Beobachtungszeitraum voll trainiert oder im Sport eingesetzt werden konnten und dabei kein Rezidiv aufgetreten war. Die Behandlung mit MSCs wurde bei 84,5 % der Pferde als erfolgreich eingestuft, wobei Erkrankungen der Oberflächlichen Beugesehne mit 84,2 % und Erkrankungen des Fesselträgers mit 83,3 % gleichermaßen gute Ergebnisse zeigten. Tendenziell beeinflussten Nutzungsdisziplin, Erkrankungsstadium und Patientenalter das klinische Ergebnis ebenso wie bei konventioneller Behandlung. Insgesamt war nach MSC-Behandlung das Auftreten von Rezidiven deutlich seltener zu beobachten als in der Literatur für die konventionelle Behandlung beschrieben wird. Für die in-vitro-Studie zur vergleichenden Charakterisierung equiner MSCs aus verschiedenen Quellen wurden Knochenmark, Fett- und Sehnengewebe sowie Nabelschnurblut und -gewebe gewonnen. Aus diesen Proben wurden jeweils die plastikadhärenten MSCs isoliert und hinsichtlich Zellausbeute, Proliferations- und Migrationseigenschaften, tripotentem Differenzierungspotential sowie der Expression der Sehnenmarker Kollagen 1A2 und Skleraxis vergleichend untersucht. Die Ausbeute an MSCs war bei allen soliden Geweben (Fett-, Sehnen-, und Nabelschnurgewebe) hochsignifikant höher (p < 0,001). Ebenso proliferierten MSCs aus Fett- und Sehnengewebe signifi-kant schneller als MSCs aus Knochenmark oder Nabelschnurblut (p < 0,01). Von letzteren wurden darüber hinaus etwa drei viertel aller Zellkulturen vor der achten Passage seneszent. Das höchste Migrationspotential zeigten wiederum MSCs aus Sehnen- und Fettgewebe, wobei hier MSCs aus Nabelschnurgewebe das ungünstigste Ergebnis erzielten (p < 0,01). Die adipogene Differenzierung gelang bei MSCs aus allen Quellen vergleichbar gut. Bei der osteogenen Differenzierung erreichten MSCs aus Knochenmark das beste Ergebnis, während MSCs aus Nabelschnurblut und –gewebe nur schwach osteogen differenzierten (Tag 21: p < 0,01; Tag 35: p < 0,05). Im Gegensatz dazu erreichten MSCs aus Nabelschnurblut bei der chondrogenen Differenzierung die meisten Scorepunkte, MSCs aus Knochenmark dagegen die wenigsten (p < 0,05). Kollagen 1A2 wurde von MSCs aus Fettgewebe am höchsten exprimiert, Skleraxis von MSCs aus Nabelschnurblut. MSCs aus Sehnengewebe exprimierten beide Sehnenmarker auf fast ebenso hohem Level. MSCs aus Knochenmark dagegen zeigten hier jeweils die niedrigste Expression (p < 0,05 für Kollagen 1A2). Basierend auf den Ergebnissen der klinischen Studie ist die MSC-Therapie nach wie vor als vielversprechende Behandlungsoption für Sehnenerkrankungen anzusehen und ist auch für die Behandlung von Fesselträgererkrankungen geeignet. Zukünftige, kontrollierte klinische Studien müssen jedoch die Wirksamkeit der MSC-Therapie noch weitergehend bestätigen. Die in-vitro-Studie zeigte signifikante Unterschiede zwischen equinen MSCs aus verschiedenen Quellen auf, die bei der Auswahl einer Gewebequelle für die MSC-Isolierung für klinische Anwendungen berücksichtigt werden sollten. MSCs aus Fettgewebe erscheinen aufgrund ihrer sehr guten Proliferations- und zuverlässigen Differenzierungseigenschaften als eine gute Alternative zu MSCs aus Knochenmark für autologe Therapien. MSCs aus Sehnengewebe sind den hier vorliegenden Ergebnissen zufolge besonders gut für die Behandlung von Sehnenerkrankungen geeignet; vor einer routinemäßigen Anwendung dieser MSCs sollten jedoch ihre Eigenschaften weiterführend untersucht werden. / In horses, mesenchymal stromal cells (MSCs) are used for the treatment of musculoskeletal diseases, especially tendon injuries, with promising results. Previous clinical studies mainly focused on the treatment of superficial digital flexor tendon injuries in racehorses, which, however, represent only a relatively small percentage of the overall equine case load in Germany. Average outcome to be expected following MSC treatment of suspensory ligament injuries was not yet determined. Moreover, basic knowledge on equine MSC biology is still deficient, hampering the understanding and thus the optimisation of the existing treatment regime. The use of alternative MSC sources is frequently discussed, yet to date, only few data comparing the cellular properties of equine MSCs from different sources have been published. The aim of this study was, on the one hand, to gain more knowledge concerning the expected outcome after MSC treatment of tendon injuries, including injuries to the suspensory ligament. On the other hand, it was aimed at expanding the knowledge on equine MSC characterisation in vitro, thereby focusing on the comparison of clinically relevant properties of MSCs derived from different sources. In the clinical study, 98 horses were included, all of which had received MSC treatment for tendon or ligament injuries. In 58 of these horses, long term results after a follow-up period of at least one year could be collected. These data were analysed with respect to treatment outcome and potential influencing factors. Treatment was considered successful when horses were back to full training or competition after the follow-up period, without having suffered a re-injury. The overall success rate was 84.5 %. Success rates in horses suffering from superficial digital flexor tendon injuries and in horses suffering from suspensory ligament injuries were comparably good (84.2 % and 83.3 %, respectively). Similar to conventional therapies, the sports discipline in which the horses performed, age and disease stage tended to influence the outcome. Overall, re-injury rates after MSC treatment were considerably lower than those described in the literature following conventional treatment. For the comparative characterisation of MSCs from different sources in vitro, samples of bone marrow, adipose and tendon tissue, as well as umbilical cord blood and –tissue were collected. Plastic-adherent MSCs were isolated out of these samples and comparatively characterised focusing on cell yields, proliferation and migration properties, trilineage differentiation potential and the expression of the tendon markers collagen 1A2 and scleraxis. MSC yields were significantly higher in all solid tissues (adipose, tendon and umbilical cord tissue) (p < 0.001). Further, MSCs from adipose and tendon tissue proliferated significantly faster than MSCs from bone marrow or umbilical cord blood (p < 0.01). Moreover, approximately three quarters of the samples derived from the latter sources underwent senescence before reaching passage eight. The highest migration potential was found in MSCs derived from tendon and adipose tissue again, while MSCs from umbilical cord tissue showed the least (p < 0.01). The adipogenic differentiation potential was comparably good in MSCs from all different sources. The osteogenic differentiation was most distinct in MSCs from bone marrow, while MSCs from umbilical cord blood and tissue showed only weak evidence of differentiation (day 21: p < 0.01; day 35: p < 0.05). In contrast, following chondrogenic differentiation, MSCs from umbilical cord blood scored highest and MSCs from bone marrow scored lowest (p < 0.05). Collagen 1A2 was most highly expressed in MSCs from adipose tissue, highest scleraxis expression levels were found in MSCs from umbilical cord blood. MSCs from tendon tissue, however, expressed both markers at almost evenly high levels. Contrastingly, lowest expression levels of both markers were found in MSCs derived from bone marrow (p < 0.05 for collagen 1A2). Based on the results of the clinical study, MSC therapy can still be considered a very promising treatment option for tendon diseases and is also a suitable treatment for suspensory ligament injuries. In the future, controlled clinical studies will have to further confirm the efficacy of this treatment regime. The in-vitro-study showed significant differences between equine MSCs derived from different sources, which should be considered when choosing a MSC source for clinical applications. For autologous therapies, MSCs derived from adipose tissue appear to be a good alternative to MSCs derived from bone marrow, due to their remarkable proliferation and reliable differentiation capacities. Furthermore, according to this study, MSCs derived from tendon tissue are especially suitable for treating tendon injuries. Prior to routine clinical applicability of these MSCs, however, their properties should be further investigated.