Diese Arbeit verdeutlicht die Wirkung von Chondroitinsulfat auf die Synthese von Prostaglandin E2 in humanen mesenchymalen Stromazellen in Abhängigkeit ihres Sulfatierungsgrades. MSC zeichnen sich durch ihre antiinflammatorischen Eigenschaften aus und haben damit einen modulierenden Effekt auf Wundheilungsprozesse. Als Vorläuferzellen von Osteoblasten sind sie direkt an der Knochenneubildung beteiligt. Eine persistierende Entzündung hat eine kontinuierliche Freisetzung von Zytokinen, wie IL-1 zur Folge. Es konnte gezeigt werden, dass IL-1 in hMSC zu einer Freisetzung von PGE2 führt. Unter kurzzeitiger Wirkung stimuliert PGE2 die Knochenneubildung. Eine langanhaltende Präsenz leitet dagegen die Bildung des Faktors RANKL, einen die Osteoklastogenese stimulierenden Faktor, ein. Seit langem ist der positive Effekt von Chondroitinsulfat in chronischen Entzündungsprozessen, wie Rheumatoider Arthritis, bekannt. Zudem werden sie in aktuellen Studien als Beschichtungsbestandteile von Knochenimplantaten verwendet. Sie führten hier zu einer besseren Bioinduktivität und Biokonduktivität. Bisher ist dennoch der molekulare Wirkmechanismus nicht genau beschrieben. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die molekularen Signalkaskaden für die einzelnen Kulturmoldelle Unterschiede aufweisen und kein ubiquitärer Mechanismus dargestellt wird. In hMSC führte die Stimulation mit IL-1 unter vorheriger Zugabe von Chondroitinsulfat zu einer Reduktion der PGE2 Freisetzung. Der Effekt des hochsulfatierten sCS3 war gegenüber dem nativen C4S verstärkt. Die reduzierende Wirkung von C4S setzte verzögert ein. Es ist bereits bekannt, dass die negative Ladung der CS zu einer Bindung von Zytokinen führt. Dadurch wird eventuell die Konzentration der Zytokine, wie IL-1 im Bereich der Zellrezeptoren erniedrigt und führt zu einer verringerten Stimulation der Zelle. Denkbar ist auch die Beeinflussung der intrazellulären Signaltransduktionskaskade durch die Bindung der CS an einen speziellen, bisher unbekannten, Membranrezeptor. Die entscheidenden Enzyme der PGE2 Synthese sind die Cyclooxygenase-2 (Cox-2) und die mikrosomale Prostaglandin E Synthase 1 (mPGES1). Die mRNA beider Enzyme war unabhängig vom Sulfatierungsgrad der CS reduziert. Dieser Effekt konnte auf Protein-ebene nicht belegt werden. Die produzierte Proteinmenge an mPGES1 wird durch IL-1 induziert, bleibt aber auch durch Zugabe von CS unverändert. Somit kann von einer erhöhten Translationseffizient und mRNA Stabilität der mPGES1 RNA ausgegangen werden. MAPK Kinasen sind entscheidende Schnittstellen bei der Regulation der mRNA Stabilität als auch der Aktivität von Transkriptionsfaktoren. In dieser Studie konnte die MAPK p38 als entscheidendes Enzym bei der Wirkung von CS auf die PGE2 Synthese ermittelt werden. Dabei führten sowohl das natürliche C4S als auch das hochsulfatierte sCS3 zu einer verringerten Aktivierung. Der Transkriptionsfaktor NfkB ist einer von mehreren, die an den Promotorbereichen der beiden induzierbaren PGE2 Enzyme, Cox-2 und mPGES1, binden. Es ist anzunehmen, dass die hier aufgezeigte verringerte Aktivität von NfkB als auch die verhinderte Translokation in den Zellkern eine reduzierte Transkription der jeweiligen mRNA bedingten. Abhängig vom untersuchten Modell und den verwendeten Kulturbedingungen können diese Prozesse moduliert sein. Die Erkenntnisse dieser experimentellen Arbeit liefern einen weiteren wichtigen Baustein zum Verständnis der molekularbiologischen Abläufe während entzündlicher Prozesse. Die Verwendung von Chondroitinsulfat, insbesondere hochsulfatiertes CS, in Kombination mit hMSC kann gezielt zu einer Verringerung der Entzündungsreaktion während der Implantateinheilung führen. Die durch PGE2 hervorgerufenen Symptome, wie erhöhte Gefäßpermeabilität, Schwellung und verstärktes Schmerzempfinden begründen diese positiven Effekte.

Belastungsinduzierte Sehnen- und Bandschäden, besonders die der Oberflächlichen Beugesehne, sind eine der häufigsten muskuloskelettalen Erkrankungen bei Sportpferden. Die intraläsionale Anwendung von multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) stellt eine vielversprechende Therapieoption zur Reduktion der Rezidivraten dar. Der Verbleib der applizierten Zellen und ihre Wirkungsmechanismen sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist ein hervorragendes Werkzeug zur Erkennung von Sehnengewebsabnormalitäten im distalen Gliedmaßenbereich sowie zum Verfolgen injizierter Zellen. Mit superparamagnetischen Eisenoxid-Partikeln (Spio) markierte MSC werden in der MRT als hypointense Artefakte sichtbar. Gesunde Sehnen zeigen jedoch auch ein hypointenses Signal, wodurch es nicht möglich ist, markierte Zellen von physiologischem Sehnengewebe zu unterscheiden. Ziel dieser Arbeit war die magnetresonanztomografische Darstellung Spio-markierter equiner MSC in unterschiedlichen Zellzahlen in equinem physiologischen Sehnengewebe mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes. In der vorliegenden Arbeit wurden equine MSC mit Spio-Partikeln (BioPal Molday ION Rhodamine B, Inc., Worcester, USA) markiert und in präparierte Schnittinzisionen, in zuvor entnommenen Oberflächlichen Beugesehnen von Kadaverbeinen,in unterschiedlichen Zellzahlen von 106, 105, 104 MSC injiziert. Anschließend erfolgte eine magnetresonanztomografische Untersuchung der Sehnenkonstrukte jeweils in einem 90° sowie 55° Winkel zum Hauptmagnetfeld B0 in drei Magnetresonanztomografen unterschiedlicher Feldstärken (0,27 T (Tesla), 3 T, 7 T). Dabei wurden jeweils T1- und T2*- gewichtete 3D-Gradientenechosequenzen genutzt. Im Anschluss erfolgte eine histologische Validierung der magnetresonanztomografischen Ergebnisse mittels Preußischblau-, Diamino-2-Phenylindol-Färbung (DAPI) und Hämatoxylin-Eosin-Färbung. Im Nieder- und Hochfeld-MRT 3 T konnte eine signifikante Zunahme der Signalintensität der Oberflächlichen Beugesehne in der T1- und T2*-gewichteten Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes (Konstruktwinkelung von 55° zum Hauptmagnetfeld B0) im Vergleich zur 90° Standardwinkelung verzeichnet werden (p < 0,05). Des Weiteren konnte die Ausprägung des Magic-Angle-Effektes im 3 T-Hochfeldsystem in der T1- und T2*-gewichteten Sequenz als deutlicher beurteilt werden als im Niederfeldsystem (p < 0,05). Im 7 THochfeldsystem konnten keine signifikanten Unterschiede der Signalintensität der Oberflächlichen Beugesehne in den unterschiedlichen Sequenzen und Winkelungen der Sehnenkonstrukte zum Hauptmagnetfeld B0 gefunden werden. Die Detektion einer Zellzahl von 106 markierten MSC war sowohl im Nieder- als auch im Hochfeldsystem und sowohl in der T1- als auch in der T2*-gewichteten Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes sicher möglich (p < 0,05). Darüber hinaus konnte im Hochfeld-MRT 7 T ebenfalls eine Zellzahl von 104 markierten MSC visuell detektiert werden. Des Weiteren konnte im Nieder- sowie 3 THochfeldsystem bei einer Zellzahl von 106 und 105 ein höheres Kontrast-Rausch-Verhältnis der T1-gewichteten Sequenzen beider Winkeltechniken gegenüber der T2*-gewichteten Sequenzen festgestellt werden. Darüber hinaus stellte sich das Kontrast-Rausch-Verhältnis beider Sequenzen mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes höher gegenüber der Standardwinkelung von 90° zum Hauptmagnetfeld B0 dar. Außerdem konnte mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes bei einer Zellzahl von 106 und 105 ein erhöhtes Kontrast-Rausch-Verhältnis in den T1- und T2*-gewichteten Sequenzen des 3 T-Hochfeldsystems gegenüber der Standardwinkelung und des Niederfeldsystems ermittelt werden. Des Weiteren konnte in beiden Systemen eine Erhöhung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses mit steigender Zellzahl beobachtet werden. Außerdem zeigte die T1-gewichtete Sequenz mit Hilfe des Magic-Angle- Effektes sowohl im Nieder- als auch im Hochfeldsystem das höchste Kontrast-Rausch-Verhältnis. Bei der qualitativen lichtmikroskopischen Auswertung der Preußischblau-gefärbten Proben konnte in allen Zellzahlen der Nachweis Preußischblau-positiver Strukturen erbracht werden. Der Großteil dieser positiven Strukturen war innerhalb spindelförmiger Zellen lokalisiert. Darüber hinaus konnte ein signifikant höheres Volumen Preußischblau-positiver MSC bei einer Zellzahl von 106 im Vergleich zu einer Zellzahl von 104 ermittelt werden (p <0,05). Des Weiteren konnte Fluoreszenzmikroskopisch in allen markierten Proben die Präsenz Rhodamin B-positiver Zellen entlang der Schnittinzisionen nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Spio-markierte MSC sind in Abhängigkeit von ihrer Zellzahl im Nieder- und Hochfeld-MRT nachweisbar. Es ist eine Detektion ab einer Zellzahl von 105 im Nieder- und Hochfeld-MRT 3 T möglich. Des Weiteren ist die Visualisierung markierter MSC in einer Zellzahl von 104 in einem Hochfeld-MRT 7 T realisierbar. Darüber hinaus ist es mit Hilfe des Magic-Angle-Effektes möglich Spio-markierte MSC in gesundem Sehnengewebe im Nieder- und Hochfeldsystem zu detektieren. Als besonders geeignet konnte aufgrund des höheren Kontrast-Rausch-Verhältnisses die T1-gewichtete Sequenz ermittelt werden. Die Technik dieser Studie kann für zukünftige in-vivo-Studien zur Biodistribution von MSC und dem longitudinalen Zelltracking im Organismus von großem Nutzen sein.:1 EINLEITUNG ................................................................................................................. 1 2 LITERATURÜBERSICHT .............................................................................................. 3 2.1 Anatomie und Physiologie der Sehne am Beispiel der Oberflächlichen Beugesehne des Pferdes ......................................................................................... 3 2.1.1 Makroskopische Anatomie der Oberflächlichen Beugesehne .................................. 3 2.1.2 Struktureller Aufbau und mikroskopische Anatomie ................................................ 6 2.2 Sehnenerkrankungen ............................................................................................... 7 2.2.1 Allgemeines und Definition ...................................................................................... 7 2.2.2 Pathophysiologie ..................................................................................................... 9 2.2.3 Sehnenheilung .......................................................................................................12 2.2.4 Diagnostik von Sehnenerkrankungen .....................................................................14 2.2.5 Therapie .................................................................................................................17 2.3 Multipotente Mesenchymale Stromazellen ............................................................21 2.3.1 Allgemeines ...........................................................................................................21 2.3.2 Einsatz von MSC bei Erkrankungen der equinen Oberflächlichen Beugesehne .....23 2.3.3 Wirkmechanismus ..................................................................................................24 2.3.4 Longitudinales Zelltracking .....................................................................................25 2.4 Magnetresonanztomografie ....................................................................................28 2.4.1 Allgemeines ...........................................................................................................28 2.4.2 Physikalische Prinzipien .........................................................................................28 2.4.3 Relaxation ..............................................................................................................30 2.4.4 Bildkontrast ............................................................................................................31 2.4.5 Repetitionszeit ........................................................................................................32 2.4.6 Echozeit .................................................................................................................32 2.4.7 Darstellung von Sehnen und Bändern ....................................................................33 2.4.8 Magic-Angle-Effekt .................................................................................................34 2.4.9 Suszeptibilitätsartefakte .........................................................................................35 3 ZIELSTELLUNG UND HYPOTHESEN .........................................................................38 4 MATERIAL UND METHODEN ......................................................................................39 4.1 Übersicht Versuchsaufbau......................................................................................39 4.2 Isolation der MSC ....................................................................................................39 4.3 Zellaufbereitung .......................................................................................................40 4.3.1 Expansion der MSC ...............................................................................................41 4.3.2 Markierung der MSC ..............................................................................................41 5.6 Histologie .................................................................................................................77 5.6.1 Preußischblau-Färbung ..........................................................................................77 5.6.2 Vergleich der Volumen der Preußischblau-positiven Strukturen zum Volumen der hypointensen Artefakte im MR-Bild ........................................................................79 5.6.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung ...................................................................................84 5.6.4 Diamino-2-Phenylindol- (DAPI) -Färbung ...............................................................85 6 DISKUSSION ................................................................................................................87 6.1 Diskussion Material und Methodik .........................................................................87 6.1.1 Equine Oberflächliche Beugesehne .......................................................................87 6.1.2 Zellmarkierung und Zellviabilität .............................................................................87 6.1.3 Magnetresonanztomografie ....................................................................................88 6.1.4 Histologie ...............................................................................................................89 6.2 Diskussion Ergebnisse ...........................................................................................90 6.2.1 Magnetresonanztomografie ....................................................................................90 6.2.2 Histologie ...............................................................................................................95 6.3 Schlussfolgerung aus den Ergebnissen ................................................................95 7 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................96 8 SUMMARY....................................................................................................................98 9 LITERATURVERZEICHNIS ........................................................................................ 100 ANHANG ........................................................................................................................... 115 DANKSAGUNG ................................................................................................................. 120

Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSCs) stellen nicht nur beim humanen Patienten, sondern auch in der Veterinärmedizin einen vielversprechenden Therapieansatz in der Behandlung erkrankter muskuloskelettaler Gewebe dar. Ziel der Behandlung ist dabei die Regeneration der betroffenen Strukturen im Vergleich zur Reparation nach konservativer Therapie. Vor allem im Bereich von Sehnenerkrankungen können nach MSC-Applikation vielversprechende Ergebnisse im Hinblick auf niedrigere Rezidivraten beobachtet werden. Dennoch sind noch nicht alle Umstände einer optimalen MSC-Anwendung geklärt. Hierbei sind unter anderem Fragen bezüglich der Herkunft und Gewinnung von MSCs offen, da Unterschiede von MSCs aufgrund ihrer Gewebezugehörigkeit bereits nachgewiesen wurden. Grundlegende umfassende Arbeiten zum Vergleich von equinen MSCs aus verschiedenen Quellen sowie deren mögliche Beeinflussung durch die Isolierung aus dem Gewebe lagen bislang noch nicht vor. Ziel dieser Studie war es daher, equine MSCs aus verschiedenen Quellen zu gewinnen und mögliche Unterschiede in vitro aufzuzeigen. Weiterhin sollten Unterschiede zwischen den Zelleigenschaften nach Anwendung verschiedener Isolationsprotokolle untersucht werden. In der hier vorliegenden Studie wurden MSCs aus Fett- und Sehnengewebe, Knochenmark, Nabelschnurblut und Nabelschnurgewebe von Pferden isoliert und vergleichend charakterisiert. Dabei wurden für die soliden Körpergewebe zwei unterschiedliche Isolationsmethoden, die Digestion und die Explantation, angewendet, um mögliche Einflüsse auf die gewonnen Zellen zu ermitteln. Die untersuchten Kriterien beinhalteten Zellertrag, Proliferation, Differenzierungspotenz und das Migrationsverhalten von MSCs. Hinblickend auf eine Anwendung von MSCs bei Sehnenerkrankungen wurde auch die Expression von Sehnenmarkern verglichen. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die MSCs aus verschiedenen Quellen hinsichtlich der Zellausbeute und ihres Wachstumspotentials unterschieden. Aus soliden Geweben konnten mittels Digestion im Vergleich zu Körperflüssigkeiten signifikant mehr MSCs isoliert werden (p < 0,001). Dabei erbrachte die Isolation von MSCs mittels Digestionsmethode einen deutlich höheren Zellertrag nach der Passage 0 im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Im weiteren Verlauf der Kultivierung zeigten MSCs aus Sehnengewebe und Fettgewebe ein signifikant besseres Proliferationsverhalten im Vergleich zu Knochenmark-MSCs und Nabelschnurblut-MSCs. Im Hinblick auf das Differenzierungspotential konnten signifikante Unterschiede zwischen den MSCs aus den verschiedenen Quellen beobachtet werden. MSCs aus Knochenmark zeigten eine sehr gute osteogene Differenzierungsfähigkeit im Vergleich zu MSCs aus den geburtsassoziierten Geweben (p < 0,05). Im Gegensatz dazu zeichneten sich diese MSCs durch eine deutlich bessere chondrogene Differenzierung im Vergleich zu Knochenmark-MSCs aus (p < 0,05). Im Hinblick auf die Isolationsmethode konnten keine Unterschiede im Differenzierungspotential beobachtet werden. Weitere Unterschiede aufgrund der Zellquelle lassen sich in der Genexpression der Sehnenmarker erkennen. MSCs aus Fettgewebe und Sehnengewebe exprimierten Kollagen 1A2 auf höchstem Niveau. Sklexaris hingegen wurde von MSCs aus Nabelschnurblut und Sehnengewebe am höchstem exprimiert. Dabei zeigten MSCs, die mittels Digestionsmethode isoliert worden waren, ein signifikant höheres Expressionslevel von Skleraxis im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen einen Einfluss der Zellquelle auf die Zellcharakteristika erkennen. MSCs aus Fettgewebe stellen dabei eine vielversprechende Alternative zu Knochenmark-MSCs dar. Allerdings scheint für eine klinische Anwendung von MSCs eine selektive Auswahl der Zellquelle entsprechend der vorliegenden Erkrankung von Vorteil zu sein. Dabei ist eine Isolierung von MSCs aus soliden Geweben mittels Digestionsverfahren zu empfehlen, da hier deutlich höhere Zellzahlen gewonnen werden können. Eine negative Beeinflussung der Zelleigenschaften durch die enzymatische Digestion lässt sich nach den vorliegenden Ergebnissen nicht vermuten. Inwiefern die beobachteten Unterschiede bei in-vivo-Anwendungen von Bedeutung sind, muss jedoch noch umfassend untersucht werden. / Not only in humans but also in veterinary medicine, multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) are a promising treatment option in the therapy of injured musculoskeletal tissues. This is due to the improved tissue regeneration instead of the insufficient reparation following conventional therapies. With regard to an application of MSCs for treatment of tendinopathies in horses, lower rates of reinjury have been reported. However, further investigations to optimize the MSC treatment are still outstanding. Differences in MSCs from different origins have been already reported, but there are still remaining questions about the influence of origin and isolation procedures of MSCs. Fundamental research on equine MSCs derived from different sources and their potential impact due to the isolation process has not been published so far. The aim of this study was to isolate equine MSCs from different sources and to demonstrate potential differences in vitro. Furthermore, differences in cell features following different isolation methods were investigated. In the present study, MSCs from horses were isolated from adipose tissue, tendon tissue, bone marrow, umbilical cord blood and umbilical cord tissue and subsequently subjected to comparative characterization. In case of the solid tissues, two different isolation methods, digestion and explantation, were performed in order to analyze influences on obtained cells. Investigated cell features included cell yield, proliferation, differentiation and migration potential. Furthermore, expression of tendon markers was evaluated with regard to an application of MSCs in tendinopathies. In the present study it was shown that MSCs derived from different sources differ distinctly in cell yield and proliferation potential. In comparison to body fluids, significantly more MSCs could be isolated from solid tissues when using the digestion method (p < 0.001). Furthermore, the cell yield at first cell harvest was distinctly higher when performing the isolation by digestion in comparison to isolation by explantation (p < 0.05). With regard to further cultivation, MSCs derived from tendon tissue and adipose tissue displayed a significantly better proliferation potential compared to MSCs derived from other sources. Considering the differentiation potential, significant differences were obvious between the MSCs derived from different sources. Bone marrow-MSCs showed an excellent osteogenic differentiation capacity in comparison to MSCs derived from umbilical cord blood and tissue (p < 0.05). In contrast, the birth-associated MSCs displayed a distinctly better chondrogenic differentiation than MSCs derived from bone marrow (p < 0.05). No difference in the differentiation potential was noticeable following the different isolation procedures. Furthermore, differences in the gene expression of tendon markers were evident with regard to the cell source. MSCs derived from adipose tissue and tendon tissue expressed collagen 1A2 on the highest level. On the other hand, scleraxis was expressed highest in MSCs derived from umbilical cord blood and tendon tissue. In these cells, MSCs isolated by the digestion method showed a significantly higher expression level of scleraxis in comparison to MSCs isolated by explantation (p < 0.05). Based on the results obtained so far, a relevant impact of the source of MSCs on cell features was evident. MSCs derived from adipose tissue are a promising alternative to bone marrow-MSCs. However, with regard to a clinical application of MSCs, a selection of the MSC source depending on the respective intended use seems to be advantageous. For routine isolation of MSCs from solid tissues, the digestion method could be recommended due to the higher obtainable cell numbers. Furthermore, a negative influence of the enzymatic digestion on the cell features was not detectable. However, to what extent the observed differences in vitro are relevant for in-vivo-applications needs to be further investigated.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die morphologische und funktionelle Charakterisierung endometrialer Epithel- (EEZ) und Stromazellen (ESZ) des Pferdes bei separater Primärkultur auf permeablen Kunststoffoberflächen mit Hilfe (immun-)zytologischer, zytochemischer und transmissionselektronenmikroskopischer Untersuchungen, ein-schließlich einer vergleichenden Betrachtung der immunhistologischen und histochemischen Eigenschaften der Epithel- und Stromazellen in situ. Mögliche Zusammenhänge zwischen der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung und den Zelleigenschaften in vitro sollten überprüft werden. Zur Zellgewinnung dienten transzervikal entnommene Endometriumbioptate (n = 14) sowie vollständige Uteri euthanasierter Stuten (n = 6). Parallel entnommene Gewebeproben wurden fixiert und als In-situ-Vergleichsmaterial verwendet. Nach einer mechanischen und enzymatischen Gewebedissoziation erfolgte die Trennung von Epithel- und Stromazellen mittels Filtration, Dichtegradientenzentrifugation sowie Differenzialadhärenz. Ein Teil der aufgereinigten Zellen wurde Formalin-fixiert und für (immun-)zytologische und zytochemische Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich des Separationserfolges, aufbereitet. Die Kultivierung der übrigen Zellen beider Zellarten fand separat voneinander auf unbeschichteten Membraneinsätzen (Millicell® PET) in einem Gemisch aus DMEM und Ham’s F-12 unter Zusatz von 10 % fötalem Kälberserum (ESZ bis ca. 60 % Konfluenz) bzw. unter Zusatz von 2,5 % fötalem Kälberserum sowie verschiedener Additive (ESZ ab ca. 60 % Konfluenz sowie EEZ) bei 37 °C in wasserdampfgesättigter, mit 5 % CO2 angereicherter Raumluft statt. Konfluente Kulturen wurden in Formalin bzw. Glutaraldehyd fixiert und für die Lichtmikroskopie respektive Transmissionselektronenmikroskopie aufgearbeitet. Zum Zeitpunkt der Zellisolierung befanden sich die Endometrien überwiegend in der Phase der physiologischen Inaktivität (n = 5) oder der regulären zyklischen sekretorischen (n = 8) bzw. proliferativen (n = 3) Aktivität. In jeweils einer der Gewebeproben war eine irreguläre sekretorische, eine irreguläre proliferative bzw. eine im Übergang zwischen Sekretion und Proliferation anzusiedelnde Funktionsmorphologie festzustellen. In einem weiteren Fall wurden die Zellen aus einem graviden Uterus isoliert. Die Separation von ESZ während des Winteranöstrus verlief mit unzureichendem Erfolg, die Kulturen zeigten eine starke Kontamination mit epithelialen Zellen. Die morphologischen, immunzytologischen und zytochemischen Eigenschaften der beiden separierten Zellpopulationen unmittelbar vor Beginn der Kultivierung ermöglichten keine eindeutige Unterscheidung zwischen Epithel- und Stromazellen. Bei den aus sekretorisch differenzierten Endometrien isolierten ESZ war die Zeitdauer bis zum Erreichen der Konfluenz tendenziell länger als bei Verwendung proliferativ differenzierter Endometrien, während bei den EEZ diesbezüglich keine deutlichen Unterschiede erkennbar waren. Zum Zeitpunkt der Konfluenz konnten anhand der lichtmikroskopischen Morphologie 4 verschiedene EEZ- und 3 verschiedene ESZ-Typen nachgewiesen werden. Ultrastrukturell war eine Unterscheidung der EEZ von den ESZ möglich, innerhalb dieser beiden Zellpopulationen besaßen die lichtmikroskopisch verschiedenen Zelltypen jedoch jeweils vergleichbare Eigenschaften. Ein Zusammenhang zwischen der In-vitro-Morphologie und dem Zyklusstand zum Zeitpunkt der Zellisolierung war nicht zu erkennen. Unabhängig von der lichtmikroskopischen Morphologie wiesen die EEZ in der Regel laterale Zellverbindungen in Form von tight junctions auf, was auf einen polarisierten Phänotyp schließen lässt. Der Nachweis von Proteoglykanen mittels Alzianblau-Färbung verlief in allen kultivierten Zellen mit negativem Ergebnis. Mit Hilfe der PAS-Reaktion waren in der Mehrzahl der EEZ sowie in zahlreichen ESZ in vitro Polysaccharide/Glykoproteine nachweisbar. Die kultivierten EEZ exprimierten stets Zytokeratin 19 und in keinem Falle Desmin; in einem Teil der Zellen konnten die Zytokeratine 8 und 18, Vimentin sowie α-Glattmuskel-Aktin nachgewiesen werden. Demgegenüber enthielten die ESZ keines der untersuchten Zytokeratine, zum Teil trat in diesen Zellen jedoch eine Expression von Vimentin, Desmin und α-Glattmuskel-Aktin auf. Insgesamt war ein eindeutiger Nachweis des zellulären Ursprungs equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen in vitro ausschließlich anhand der Zytokeratin-19-Expression möglich. Die Eigenschaften der kultivierten EEZ wichen bei der Zellisolierung aus physiologisch inaktiven Endometrien hinsichtlich der PAS-Reaktion sowie des Nachweises von Zytokeratin 8 und Vimentin von denen der aus den aktiven Endometrien gewonnenen Zellen ab. Darüber hinaus wurden keine deutlichen Einflüsse der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung auf die zytochemischen und immunzytologischen Charakteristika der kultivierten Zellen offensichtlich. Auf der Grundlage dieser Arbeit können weiterführende Untersuchungen im Zellkulturmodell des equinen Endometriums erfolgen, insbesondere hinsichtlich von Veränderungen der Zelleigenschaften bei Einwirken definierter Milieufaktoren.

Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSCs) stellen nicht nur beim humanen Patienten, sondern auch in der Veterinärmedizin einen vielversprechenden Therapieansatz in der Behandlung erkrankter muskuloskelettaler Gewebe dar. Ziel der Behandlung ist dabei die Regeneration der betroffenen Strukturen im Vergleich zur Reparation nach konservativer Therapie. Vor allem im Bereich von Sehnenerkrankungen können nach MSC-Applikation vielversprechende Ergebnisse im Hinblick auf niedrigere Rezidivraten beobachtet werden. Dennoch sind noch nicht alle Umstände einer optimalen MSC-Anwendung geklärt. Hierbei sind unter anderem Fragen bezüglich der Herkunft und Gewinnung von MSCs offen, da Unterschiede von MSCs aufgrund ihrer Gewebezugehörigkeit bereits nachgewiesen wurden. Grundlegende umfassende Arbeiten zum Vergleich von equinen MSCs aus verschiedenen Quellen sowie deren mögliche Beeinflussung durch die Isolierung aus dem Gewebe lagen bislang noch nicht vor. Ziel dieser Studie war es daher, equine MSCs aus verschiedenen Quellen zu gewinnen und mögliche Unterschiede in vitro aufzuzeigen. Weiterhin sollten Unterschiede zwischen den Zelleigenschaften nach Anwendung verschiedener Isolationsprotokolle untersucht werden. In der hier vorliegenden Studie wurden MSCs aus Fett- und Sehnengewebe, Knochenmark, Nabelschnurblut und Nabelschnurgewebe von Pferden isoliert und vergleichend charakterisiert. Dabei wurden für die soliden Körpergewebe zwei unterschiedliche Isolationsmethoden, die Digestion und die Explantation, angewendet, um mögliche Einflüsse auf die gewonnen Zellen zu ermitteln. Die untersuchten Kriterien beinhalteten Zellertrag, Proliferation, Differenzierungspotenz und das Migrationsverhalten von MSCs. Hinblickend auf eine Anwendung von MSCs bei Sehnenerkrankungen wurde auch die Expression von Sehnenmarkern verglichen. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die MSCs aus verschiedenen Quellen hinsichtlich der Zellausbeute und ihres Wachstumspotentials unterschieden. Aus soliden Geweben konnten mittels Digestion im Vergleich zu Körperflüssigkeiten signifikant mehr MSCs isoliert werden (p < 0,001). Dabei erbrachte die Isolation von MSCs mittels Digestionsmethode einen deutlich höheren Zellertrag nach der Passage 0 im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Im weiteren Verlauf der Kultivierung zeigten MSCs aus Sehnengewebe und Fettgewebe ein signifikant besseres Proliferationsverhalten im Vergleich zu Knochenmark-MSCs und Nabelschnurblut-MSCs. Im Hinblick auf das Differenzierungspotential konnten signifikante Unterschiede zwischen den MSCs aus den verschiedenen Quellen beobachtet werden. MSCs aus Knochenmark zeigten eine sehr gute osteogene Differenzierungsfähigkeit im Vergleich zu MSCs aus den geburtsassoziierten Geweben (p < 0,05). Im Gegensatz dazu zeichneten sich diese MSCs durch eine deutlich bessere chondrogene Differenzierung im Vergleich zu Knochenmark-MSCs aus (p < 0,05). Im Hinblick auf die Isolationsmethode konnten keine Unterschiede im Differenzierungspotential beobachtet werden. Weitere Unterschiede aufgrund der Zellquelle lassen sich in der Genexpression der Sehnenmarker erkennen. MSCs aus Fettgewebe und Sehnengewebe exprimierten Kollagen 1A2 auf höchstem Niveau. Sklexaris hingegen wurde von MSCs aus Nabelschnurblut und Sehnengewebe am höchstem exprimiert. Dabei zeigten MSCs, die mittels Digestionsmethode isoliert worden waren, ein signifikant höheres Expressionslevel von Skleraxis im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen einen Einfluss der Zellquelle auf die Zellcharakteristika erkennen. MSCs aus Fettgewebe stellen dabei eine vielversprechende Alternative zu Knochenmark-MSCs dar. Allerdings scheint für eine klinische Anwendung von MSCs eine selektive Auswahl der Zellquelle entsprechend der vorliegenden Erkrankung von Vorteil zu sein. Dabei ist eine Isolierung von MSCs aus soliden Geweben mittels Digestionsverfahren zu empfehlen, da hier deutlich höhere Zellzahlen gewonnen werden können. Eine negative Beeinflussung der Zelleigenschaften durch die enzymatische Digestion lässt sich nach den vorliegenden Ergebnissen nicht vermuten. Inwiefern die beobachteten Unterschiede bei in-vivo-Anwendungen von Bedeutung sind, muss jedoch noch umfassend untersucht werden. / Not only in humans but also in veterinary medicine, multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) are a promising treatment option in the therapy of injured musculoskeletal tissues. This is due to the improved tissue regeneration instead of the insufficient reparation following conventional therapies. With regard to an application of MSCs for treatment of tendinopathies in horses, lower rates of reinjury have been reported. However, further investigations to optimize the MSC treatment are still outstanding. Differences in MSCs from different origins have been already reported, but there are still remaining questions about the influence of origin and isolation procedures of MSCs. Fundamental research on equine MSCs derived from different sources and their potential impact due to the isolation process has not been published so far. The aim of this study was to isolate equine MSCs from different sources and to demonstrate potential differences in vitro. Furthermore, differences in cell features following different isolation methods were investigated. In the present study, MSCs from horses were isolated from adipose tissue, tendon tissue, bone marrow, umbilical cord blood and umbilical cord tissue and subsequently subjected to comparative characterization. In case of the solid tissues, two different isolation methods, digestion and explantation, were performed in order to analyze influences on obtained cells. Investigated cell features included cell yield, proliferation, differentiation and migration potential. Furthermore, expression of tendon markers was evaluated with regard to an application of MSCs in tendinopathies. In the present study it was shown that MSCs derived from different sources differ distinctly in cell yield and proliferation potential. In comparison to body fluids, significantly more MSCs could be isolated from solid tissues when using the digestion method (p < 0.001). Furthermore, the cell yield at first cell harvest was distinctly higher when performing the isolation by digestion in comparison to isolation by explantation (p < 0.05). With regard to further cultivation, MSCs derived from tendon tissue and adipose tissue displayed a significantly better proliferation potential compared to MSCs derived from other sources. Considering the differentiation potential, significant differences were obvious between the MSCs derived from different sources. Bone marrow-MSCs showed an excellent osteogenic differentiation capacity in comparison to MSCs derived from umbilical cord blood and tissue (p < 0.05). In contrast, the birth-associated MSCs displayed a distinctly better chondrogenic differentiation than MSCs derived from bone marrow (p < 0.05). No difference in the differentiation potential was noticeable following the different isolation procedures. Furthermore, differences in the gene expression of tendon markers were evident with regard to the cell source. MSCs derived from adipose tissue and tendon tissue expressed collagen 1A2 on the highest level. On the other hand, scleraxis was expressed highest in MSCs derived from umbilical cord blood and tendon tissue. In these cells, MSCs isolated by the digestion method showed a significantly higher expression level of scleraxis in comparison to MSCs isolated by explantation (p < 0.05). Based on the results obtained so far, a relevant impact of the source of MSCs on cell features was evident. MSCs derived from adipose tissue are a promising alternative to bone marrow-MSCs. However, with regard to a clinical application of MSCs, a selection of the MSC source depending on the respective intended use seems to be advantageous. For routine isolation of MSCs from solid tissues, the digestion method could be recommended due to the higher obtainable cell numbers. Furthermore, a negative influence of the enzymatic digestion on the cell features was not detectable. However, to what extent the observed differences in vitro are relevant for in-vivo-applications needs to be further investigated.

Ziel dieser Studie war die Etablierung einer Kokultur aus equinen endometrialen Epithel- und Stromazellen. Nach der erfolgreichen Umsetzung des Kokulturmodells sollte im weiteren Versuchsablauf durch die Zugabe von 17β-Östradiol (E2) und/oder Progesteron (P4) zum Nährmedium der Einfluss der Hormone auf die Zellen untersucht werden. Neben einer lichtmikroskopischen Auswertung der zytomorphologischen Charakteristika beider Zellarten sollte die Expression der Steroidhormonrezeptoren Östrogenrezeptor α und Progesteronre-zeptor sowie der uterinen Proteine Uteroglobin und CalbindinD9k immunzytologisch überprüft werden. Für die Etablierung der Kokultur wurden Endometriumproben von lebenden (n = 5) sowie frischtoten (n = 4) Stuten gewonnen. Eine jeweils parallel entnommene Gewebeprobe von jedem Tier wurde in Formalin fixiert und diente als Referenzmaterial (in situ). Auf die Zelliso-lierung (mechanisch und enzymatisch) folgte die Separation von Epithel- und Stromazellen (EZ/SZ) mittels Filtration, Dichtegradientenzentrifugation und Differenzialadhärenz. An-schließend wurden die EZ auf die Außenseite von Millicell®-Membraneinsätzen aufgebracht. Nach zwei Tagen erfolgte das Einsäen der bis zu diesem Zeitpunkt separat kultivierten SZ auf die Innenseite der Membranen. Als Nährmedium diente ein Gemisch aus DMEM und Ham’s F-12, wobei diesem 2,5 % fötales Kälberserum sowie verschiedene Additive zugesetzt wurden. Ab Kulturtag 4 wurden dem Medium definierte Konzentrationen und Kombinationen von E2 und P4 zugesetzt. Die Kultivierung erfolgte bei einem CO2-Partialdruck von 5 % in 37 °C warmer wasserdampfgesättigter Raumluft. Mit der polarisationsmikroskopisch er-fassbaren Ausbildung durchgehender Zellrasen („scheinbare Konfluenz“) wurden die Kokul-turen in Formalin fixiert und für die Lichtmikroskopie aufgearbeitet. Das Ausgangsgewebe zeigte mehrheitlich eine sekretorische Funktionsmorphologie (n = 6). Einzelne Endometrien befanden sich in einem Übergangsstadium von der Sekretions- zur Proliferationsphase (n = 1), bzw. vice versa (n = 1) oder wiesen eine irregulär proliferative Differenzierung (n = 1) auf. Im Rahmen der Kokultivierung bildeten die EZ innerhalb der Schnittebene vier und die SZ drei verschiedene morphologische Zelltypen aus. Dabei traten rundovale bis polygonale EZ (Typ 1) selten bis gelegentlich, spindelförmige EZ (Typ 2) gelegentlich bis häufig und iso-prismatische (Typ 3) sowie mehrschichtig wachsende EZ (Typ M) jeweils selten auf. Die SZ zeigten innerhalb der Schnittebene selten eine rundovale bis polygonale Zellform (Typ 1), sehr häufig eine spindelförmige Morphologie (Typ 2) und selten ein mehrschichtiges Wachstum (Typ M). Ein Zusammenhang zwischen der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung oder dem Hormonzusatz und der Häufigkeitsverteilung der Zell-typen sowie der Wachstumsgeschwindigkeit der kultivierten Zellen war nicht offensichtlich. Zytokeratin 19 wurde stets von EZ exprimiert, während es auf Seiten der SZ nur sporadisch in maximal 5 % der Zellen im Bereich mehrschichtig wachsender Zellrasen auftrat. Die Stero-idhormonrezeptoren konnten lediglich in einzelnen Kokulturen aus sekretorisch differenzier-tem Ausgangsgewebe detektiert werden. Uteroglobin wurde in vitro mit einer variablen Häufigkeit in den EZ-Typen exprimiert. Während ein übergreifender Zusammenhang zur hormonellen Supplementierung nicht abgeleitet werden konnte, wurde jedoch ersichtlich, dass im Bereich einschichtig wachsender EZ in Ansätzen aus sekretorisch differenzierten Endometrien unter niedrigen Hormondosen (Zusatz von entweder nur E2 oder nur P4) im Median häufiger Uteroglobin exprimiert wurde. Mit zunehmender Hormonkonzentration im Medium nahm der Anteil immunopositiver Zellen (Typen 1, 2 und 3) deutlich ab. Innerhalb der Stromazellpopulation wurde Uteroglobin selten und ausschließlich in Zellen aus sekretorisch differenziertem Ausgangsmaterial nachgewiesen. CalbindinD9k wurde in vitro vornehmlich intrazytoplasmatisch und sehr vereinzelt intranukleär exprimiert. Insgesamt konnte das Protein in vitro stets in wenigen Typ-1-EZ, sehr selten in Typ-2-EZ und in einer geringen bis mäßigen Anzahl von Typ-3- und Typ-M-EZ beobachtet werden. Innerhalb der Stromazellpo-pulation trat CalbindinD9k ausschließlich in einer geringen (Endometrien aus dem Östrus) bis mäßigen (Endometrien aus dem Interöstrus) Anzahl der Typ-2- und wenigen Typ-M-SZ auf. Insgesamt wurden keine deutlichen Einflüsse der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung und/oder der hormonellen Supplementierung in vitro auf die im-munzytologischen Charakteristika der kokultivierten Zellen ersichtlich. Abschließend betrachtet, konnte ein Kokultursystem equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen erfolgreich etabliert und charakterisiert werden. Es bietet dabei, trotz der z. T. fehlenden Kongruenz zu den Gegebenheiten in situ, Ansätze für potenzielle Folgearbeiten, insbesondere hinsichtlich der Erfassung interzellulärer Wechselwirkungen sowie bezüglich der Vermittlung und Wirkung hormoneller Einflüsse auf zellulärer Ebene. / The aim of the present study was the establishment of a coculture system of equine endome-trial epithelial and stromal cells. Subsequent to the successful development of the coculture model the culture medium should be supplemented with 17β-estradiol (E2) and/or progester-one (P4) in order to study the influence of the hormones on the cellular level. In addition to the examination of cytomorphological characteristics of both cell types via light microscopy, the expression of the steroid hormone receptors (estrogen receptor α and progesterone receptor) as well as of the uterine proteins Uteroglobin and CalbindinD9k was investigated. For the establishment of the coculture system endometrial samples were obtained from living (n = 5) as well as freshly deceased mares (n = 4). A simultaneously taken tissue specimen of each animal was fixed in formalin and served as in situ reference material. After an initial mechanical and enzymatical isolation the epithelial and stromal cells (EC/SC) were separat-ed via filtration, density gradient centrifugation and differential adhesion. Subsequently, the EC were applied to the outer surface of Millicell® inserts. The SC were cultivated separately for 2 days before they were seeded onto the inner surface of the same insert. The culture medium used was comprised of a DMEM and Ham‘s F-12 basis as well as 2.5 % foetal calf serum and different additives. Starting on day 4 of cultivation the standardised medium was supplemented with different concentrations and combinations of E2 and P4. Throughout the study the cultures were kept in a humidified atmosphere of 37°C and a 5 % partial pressure of carbon dioxide. Once the cocultures formed continuous cell layers, as determined via a polarisation microscope (“apparent confluency”), the membranes were fixed in formalin and routinely processed for light microscopical evaluation. The initial tissue samples predominantly showed a secretory functional morphology (n = 6), while single specimens were obtained during the transition from the secretory to the prolifera-tive phase (n = 1) or vice versa (n = 1). One endometrial sample exhibited an irregular proli-ferative differentiation. In the course of cocultivation the EC formed 4 and the SC 3 different cellular morphologies within the section plane. EC with a round-oval to polygonal cell form (type 1) were rarely to occasionally encountered, while spindle-shaped EC (type 2) were occasionally to frequently seen and EC with a cuboidal morphology (type 3) as well as such cells growing in stratified layers (type M) were only infrequently detected. The SC only rarely showed a round-oval to polygonal cell form (type 1) or areas of a stratified cell growth (type M), whereas spindle-shaped SC (type 2) were observed very often. A correlation of the endometrial functional morphology at the time of cell isolation or the hormonal supplementation and the frequency distribution of the cell types as well as the growth rate of the cultivated cells was not evident. The EC always expressed Cytokeratin 19, while on the side of the SC only up to 5 % of the cells in areas of stratified cell growth exhibited this filament. Solely in individual cocultures from secretory differentiated endometrial tissue the steroid hormone receptors could be de-tected. Uteroglobin was expressed in vitro in EC with a variable frequency. An overall corre-lation of the hormonal supplementation and the Uteroglobin expression could not be derived. However, under low hormone doses (only E2 or only P4 supplement) Uteroglobin was detect-ed in EC in areas of single-layered cell growth more often (median value). With an increase in hormone concentration the amount of immunopositive cells (types 1, 2 and 3) diminished noticeably. In SC the protein could only rarely be seen and exclusively in cells from endome-tria with a secretory functional morphology. In vitro CalbindinD9k was predominantly detected intracytoplasmatically, while single cells showed an additional intranuclear expression. Alto-gether, CalbindinD9k could always be observed in a few type-1-EC, rarely in type-2-EC and with a variable frequency in small to moderate numbers of type-3- and type-M-EC. In SC the protein was exclusively expressed in a small (endometrial samples form the oestrous phase) to moderate (endometrial tissue from the interoestrous phase) number of type-2-SC and a few type-M-SC. Generally, no distinct influence of the endometrial functional morphology at the time of tissue sampling and/or of the hormonal supplementation in vitro on the immuno-cytochemical characteristics of the cocultured cells could be observed. In summary, a coculture system of primary equine endometrial epithelial and stromal cells was successfully established and characterised. Despite of the partly absent congruence to the in situ conditions/prerequisites, the present study offers a basic approach and scaffold for further investigations, particularly regarding the ascertainment of intercellular dependencies or the mediation and effectiveness of hormonal influences on the cellular level.

Diese Arbeit verdeutlicht die Wirkung von Chondroitinsulfat auf die Synthese von Prostaglandin E2 in humanen mesenchymalen Stromazellen in Abhängigkeit ihres Sulfatierungsgrades. MSC zeichnen sich durch ihre antiinflammatorischen Eigenschaften aus und haben damit einen modulierenden Effekt auf Wundheilungsprozesse. Als Vorläuferzellen von Osteoblasten sind sie direkt an der Knochenneubildung beteiligt. Eine persistierende Entzündung hat eine kontinuierliche Freisetzung von Zytokinen, wie IL-1 zur Folge. Es konnte gezeigt werden, dass IL-1 in hMSC zu einer Freisetzung von PGE2 führt. Unter kurzzeitiger Wirkung stimuliert PGE2 die Knochenneubildung. Eine langanhaltende Präsenz leitet dagegen die Bildung des Faktors RANKL, einen die Osteoklastogenese stimulierenden Faktor, ein. Seit langem ist der positive Effekt von Chondroitinsulfat in chronischen Entzündungsprozessen, wie Rheumatoider Arthritis, bekannt. Zudem werden sie in aktuellen Studien als Beschichtungsbestandteile von Knochenimplantaten verwendet. Sie führten hier zu einer besseren Bioinduktivität und Biokonduktivität. Bisher ist dennoch der molekulare Wirkmechanismus nicht genau beschrieben. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die molekularen Signalkaskaden für die einzelnen Kulturmoldelle Unterschiede aufweisen und kein ubiquitärer Mechanismus dargestellt wird. In hMSC führte die Stimulation mit IL-1 unter vorheriger Zugabe von Chondroitinsulfat zu einer Reduktion der PGE2 Freisetzung. Der Effekt des hochsulfatierten sCS3 war gegenüber dem nativen C4S verstärkt. Die reduzierende Wirkung von C4S setzte verzögert ein. Es ist bereits bekannt, dass die negative Ladung der CS zu einer Bindung von Zytokinen führt. Dadurch wird eventuell die Konzentration der Zytokine, wie IL-1 im Bereich der Zellrezeptoren erniedrigt und führt zu einer verringerten Stimulation der Zelle. Denkbar ist auch die Beeinflussung der intrazellulären Signaltransduktionskaskade durch die Bindung der CS an einen speziellen, bisher unbekannten, Membranrezeptor. Die entscheidenden Enzyme der PGE2 Synthese sind die Cyclooxygenase-2 (Cox-2) und die mikrosomale Prostaglandin E Synthase 1 (mPGES1). Die mRNA beider Enzyme war unabhängig vom Sulfatierungsgrad der CS reduziert. Dieser Effekt konnte auf Protein-ebene nicht belegt werden. Die produzierte Proteinmenge an mPGES1 wird durch IL-1 induziert, bleibt aber auch durch Zugabe von CS unverändert. Somit kann von einer erhöhten Translationseffizient und mRNA Stabilität der mPGES1 RNA ausgegangen werden. MAPK Kinasen sind entscheidende Schnittstellen bei der Regulation der mRNA Stabilität als auch der Aktivität von Transkriptionsfaktoren. In dieser Studie konnte die MAPK p38 als entscheidendes Enzym bei der Wirkung von CS auf die PGE2 Synthese ermittelt werden. Dabei führten sowohl das natürliche C4S als auch das hochsulfatierte sCS3 zu einer verringerten Aktivierung. Der Transkriptionsfaktor NfkB ist einer von mehreren, die an den Promotorbereichen der beiden induzierbaren PGE2 Enzyme, Cox-2 und mPGES1, binden. Es ist anzunehmen, dass die hier aufgezeigte verringerte Aktivität von NfkB als auch die verhinderte Translokation in den Zellkern eine reduzierte Transkription der jeweiligen mRNA bedingten. Abhängig vom untersuchten Modell und den verwendeten Kulturbedingungen können diese Prozesse moduliert sein. Die Erkenntnisse dieser experimentellen Arbeit liefern einen weiteren wichtigen Baustein zum Verständnis der molekularbiologischen Abläufe während entzündlicher Prozesse. Die Verwendung von Chondroitinsulfat, insbesondere hochsulfatiertes CS, in Kombination mit hMSC kann gezielt zu einer Verringerung der Entzündungsreaktion während der Implantateinheilung führen. Die durch PGE2 hervorgerufenen Symptome, wie erhöhte Gefäßpermeabilität, Schwellung und verstärktes Schmerzempfinden begründen diese positiven Effekte.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die morphologische und funktionelle Charakterisierung endometrialer Epithel- (EEZ) und Stromazellen (ESZ) des Pferdes bei separater Primärkultur auf permeablen Kunststoffoberflächen mit Hilfe (immun-)zytologischer, zytochemischer und transmissionselektronenmikroskopischer Untersuchungen, ein-schließlich einer vergleichenden Betrachtung der immunhistologischen und histochemischen Eigenschaften der Epithel- und Stromazellen in situ. Mögliche Zusammenhänge zwischen der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung und den Zelleigenschaften in vitro sollten überprüft werden. Zur Zellgewinnung dienten transzervikal entnommene Endometriumbioptate (n = 14) sowie vollständige Uteri euthanasierter Stuten (n = 6). Parallel entnommene Gewebeproben wurden fixiert und als In-situ-Vergleichsmaterial verwendet. Nach einer mechanischen und enzymatischen Gewebedissoziation erfolgte die Trennung von Epithel- und Stromazellen mittels Filtration, Dichtegradientenzentrifugation sowie Differenzialadhärenz. Ein Teil der aufgereinigten Zellen wurde Formalin-fixiert und für (immun-)zytologische und zytochemische Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich des Separationserfolges, aufbereitet. Die Kultivierung der übrigen Zellen beider Zellarten fand separat voneinander auf unbeschichteten Membraneinsätzen (Millicell® PET) in einem Gemisch aus DMEM und Ham’s F-12 unter Zusatz von 10 % fötalem Kälberserum (ESZ bis ca. 60 % Konfluenz) bzw. unter Zusatz von 2,5 % fötalem Kälberserum sowie verschiedener Additive (ESZ ab ca. 60 % Konfluenz sowie EEZ) bei 37 °C in wasserdampfgesättigter, mit 5 % CO2 angereicherter Raumluft statt. Konfluente Kulturen wurden in Formalin bzw. Glutaraldehyd fixiert und für die Lichtmikroskopie respektive Transmissionselektronenmikroskopie aufgearbeitet. Zum Zeitpunkt der Zellisolierung befanden sich die Endometrien überwiegend in der Phase der physiologischen Inaktivität (n = 5) oder der regulären zyklischen sekretorischen (n = 8) bzw. proliferativen (n = 3) Aktivität. In jeweils einer der Gewebeproben war eine irreguläre sekretorische, eine irreguläre proliferative bzw. eine im Übergang zwischen Sekretion und Proliferation anzusiedelnde Funktionsmorphologie festzustellen. In einem weiteren Fall wurden die Zellen aus einem graviden Uterus isoliert. Die Separation von ESZ während des Winteranöstrus verlief mit unzureichendem Erfolg, die Kulturen zeigten eine starke Kontamination mit epithelialen Zellen. Die morphologischen, immunzytologischen und zytochemischen Eigenschaften der beiden separierten Zellpopulationen unmittelbar vor Beginn der Kultivierung ermöglichten keine eindeutige Unterscheidung zwischen Epithel- und Stromazellen. Bei den aus sekretorisch differenzierten Endometrien isolierten ESZ war die Zeitdauer bis zum Erreichen der Konfluenz tendenziell länger als bei Verwendung proliferativ differenzierter Endometrien, während bei den EEZ diesbezüglich keine deutlichen Unterschiede erkennbar waren. Zum Zeitpunkt der Konfluenz konnten anhand der lichtmikroskopischen Morphologie 4 verschiedene EEZ- und 3 verschiedene ESZ-Typen nachgewiesen werden. Ultrastrukturell war eine Unterscheidung der EEZ von den ESZ möglich, innerhalb dieser beiden Zellpopulationen besaßen die lichtmikroskopisch verschiedenen Zelltypen jedoch jeweils vergleichbare Eigenschaften. Ein Zusammenhang zwischen der In-vitro-Morphologie und dem Zyklusstand zum Zeitpunkt der Zellisolierung war nicht zu erkennen. Unabhängig von der lichtmikroskopischen Morphologie wiesen die EEZ in der Regel laterale Zellverbindungen in Form von tight junctions auf, was auf einen polarisierten Phänotyp schließen lässt. Der Nachweis von Proteoglykanen mittels Alzianblau-Färbung verlief in allen kultivierten Zellen mit negativem Ergebnis. Mit Hilfe der PAS-Reaktion waren in der Mehrzahl der EEZ sowie in zahlreichen ESZ in vitro Polysaccharide/Glykoproteine nachweisbar. Die kultivierten EEZ exprimierten stets Zytokeratin 19 und in keinem Falle Desmin; in einem Teil der Zellen konnten die Zytokeratine 8 und 18, Vimentin sowie α-Glattmuskel-Aktin nachgewiesen werden. Demgegenüber enthielten die ESZ keines der untersuchten Zytokeratine, zum Teil trat in diesen Zellen jedoch eine Expression von Vimentin, Desmin und α-Glattmuskel-Aktin auf. Insgesamt war ein eindeutiger Nachweis des zellulären Ursprungs equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen in vitro ausschließlich anhand der Zytokeratin-19-Expression möglich. Die Eigenschaften der kultivierten EEZ wichen bei der Zellisolierung aus physiologisch inaktiven Endometrien hinsichtlich der PAS-Reaktion sowie des Nachweises von Zytokeratin 8 und Vimentin von denen der aus den aktiven Endometrien gewonnenen Zellen ab. Darüber hinaus wurden keine deutlichen Einflüsse der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung auf die zytochemischen und immunzytologischen Charakteristika der kultivierten Zellen offensichtlich. Auf der Grundlage dieser Arbeit können weiterführende Untersuchungen im Zellkulturmodell des equinen Endometriums erfolgen, insbesondere hinsichtlich von Veränderungen der Zelleigenschaften bei Einwirken definierter Milieufaktoren.

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.

Myelodysplastic syndromes (MDS) comprise a heterogeneous group of hematologic malignancies characterized by clonal hematopoiesis, one or more cytopenias such as anemia, neutropenia, or thrombocytopenia, abnormal cellular maturation, and a high risk of progression to acute myeloid leukemia. The bone marrow microenvironment (BMME) in general and mesenchymal stromal cells (MSCs) in particular contribute to both the initiation and progression of MDS. However, little is known about the role of MSC-derived extracellular matrix (ECM) in this context. Therefore, we performed a comparative analysis of in vitro deposited MSC-derived ECM of different MDS subtypes and healthy controls. Atomic force microscopy analyses demonstrated that MDS ECM was significantly thicker and more compliant than those from healthy MSCs. Scanning electron microscopy showed a dense meshwork of fibrillar bundles connected by numerous smaller structures that span the distance between fibers in MDS ECM. Glycosaminoglycan (GAG) structures were detectable at high abundance in MDS ECM as white, sponge-like arrays on top of the fibrillar network. Quantification by Blyscan assay confirmed these observations, with higher concentrations of sulfated GAGs in MDS ECM. Fluorescent lectin staining with wheat germ agglutinin and peanut agglutinin demonstrated increased deposition of N-acetyl-glucosamine GAGs (hyaluronan (HA) and heparan sulfate) in low risk (LR) MDS ECM. Differential expression of N-acetyl-galactosamine GAGs (chondroitin sulfate, dermatan sulfate) was observed between LR- and high risk (HR)-MDS. Moreover, increased amounts of HA in the matrix of MSCs from LR-MDS patients were found to correlate with enhanced HA synthase 1 mRNA expression in these cells. Stimulation of mononuclear cells from healthy donors with low molecular weight HA resulted in an increased expression of various pro-inflammatory cytokines suggesting a contribution of the ECM to the inflammatory BMME typical of LR-MDS. CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) displayed an impaired differentiation potential after cultivation on MDS ECM and modified morphology accompanied by decreased integrin expression which mediate cell-matrix interaction. In summary, we provide evidence for structural alterations of the MSC-derived ECM in both LR- and HR-MDS. GAGs may play an important role in this remodeling processes during the malignant transformation which leads to the observed disturbance in the support of normal hematopoiesis.