Zirkulierende endotheliale Vorläuferzellen, kurz EPCs, werden als Biomarker für kardiovaskuläre Erkrankungen genutzt. In einer prospektiven, randomisierten Cross-over-Studie wurden 18 chronische Dialysepatienten während jeweils vier Wochen mit Low-Flux-HD, High-Flux-HD sowie Hämodiafilatration behandelt. EPCs wurden zu Beginn sowie am Ende jedes Intervalls bestimmt. Trotz deutlicher Unterschiede bezüglich der Toxinentfernung im mittelmolekularen Bereich zeigte sich kein Einfluss auf Qualität und Quantität der EPCs / The number and function of endothelial progenitor cells (EPCs) are associated with the cardiovascular risk. In a prospective, randomized, cross-over trial, 18 maintenance dialysis patients were subjected to four weeks of each low-flux HD (LF-HD), high-flux HD (HF-HD), and online predilution hemodiafiltration (HDF). EPCs were determined at baseline and at the end of each four-week period. Despite a clear separation in middle molecular uremic toxin removal, there was no difference found in the effects of LF-HD, HF-HD, and HDF on EPCs

Intaktes Endothel und die ausreichende Funktion der endothelialen NO-Synthase (eNOS) sind Voraussetzungen für gesunde Gefäße. Eine endotheliale Dysfunktion besteht bei Patienten mit kardiovaskulären Risikofaktoren bzw. manifester koronarer Herzerkrankung (KHK). Endotheliale Vorläuferzellen (EPC) sind ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der Homöostase des Endothels. Im klinischen Teil der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass diese Vorläuferzellen mit zunehmender Schwere der KHK in geringerem Maß im Blut zirkulieren. Die Anzahl der EPC war bei Patienten mit einer koronaren 3-Gefäßerkrankung um 77 % geringer, die Anzahl der kolonie-bildenden Einheiten (CFUs) um 50,3%, jeweils verglichen mit Patienten ohne KHK. Bei diesen Patienten konnte ebenfalls gezeigt werden, dass sich die Konzentration des endogenen eNOS-Inhibitors asymmetrisches Dimethylarginin (ADMA) im Plasma mit zunehmender Schwere der KHK erhöhte (0,47 ± 0,02 μmol/l bei fehlender KHK gegenüber 0,58 ± 0,02 μmol/l bei koronarer 3-Gefäßerkrankung). ADMA ist über eine Hemmung der eNOS an der Entstehung und Aufrechterhaltung einer endothelialen Dysfunktion beteiligt. Über diesen Weg wird vermutlich auch die Funktion der EPC erheblich eingeschränkt. Dies konnten wir anhand der In­vitro­Versuche mit EPC gesunder Spender zeigen. Dabei reduzierte sich unter ADMA-Einfluß die Anzahl der EPC in Kultur, die Anzahl und Größe der CFUs und ihre Funktion bzw. ihre Fähigkeit, sich in gefäßähnliche Strukturen zu integrieren. Eine gleichzeitige Gabe des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Rosuvastatin wirkte in all diesen In-vitro-Versuchen der hemmenden Wirkung von ADMA entgegen. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals eine inverse Korrelation zwischen ADMA-Spiegeln und der Anzahl und Funktion der EPC. Der negative Einfluss auf EPCs ist vermutlich ein wichtiger Mechanismus, über den ADMA der Entstehung und dem Fortschreiten kardiovaskulärer Erkrankungen Vorschub leistet. / Endothelial progenitor cells play a pivotal role in regeneration of injured endothelium, thereby limiting the formation of atherosclerotic lesions. Reduced numbers of EPCs may affect progression of coronary artery disease. Regulation of EPC mobilization and function is mediated in part by nitric oxide (NO). Endogenous inhibitors of NO synthases, such as ADMA, contribute to endothelial dysfunction and injury. We tested the hypothesis that asymmetric dimethylarginine (ADMA) may be an endogenous inhibitor of endothelial progenitor cells (EPCs). We used flow cytometry and in vitro assays to investigate the relationship between EPC number and function with ADMA plasma levels in patients with stable angina. The plasma concentration of ADMA was related to the severity of coronary artery disease and correlated inversely with the number of circulating CD34+/CD133+ progenitor cells (r = -0.69; p < 0.0001) and endothelial colony forming units (CFUs) (r = -0.75; p < 0.0001). Adjusting for all patient characteristics, we confirmed these findings in multivariate regression analyses. In vitro differentiation of EPCs was repressed by ADMA in a concentration-dependent manner. Compared with untreated cells, ADMA reduced EPC incorporation into endothelial tube-like structures to 27 +/- 11% (p < 0.001). Asymmetric dimethylarginine repressed the formation of CFUs from cultured peripheral blood mononuclear cells to 35 +/- 7% (p < 0.001). Asymmetric dimethylarginine decreased endothelial nitric oxide synthase activity in EPCs to 64 +/- 6% (p < 0.05) when compared with controls. Co-incubation with the hydroxymethyl glutaryl coenzyme A reductase inhibitor rosuvastatin abolished the detrimental effects of ADMA. CONCLUSIONS: Asymmetric dimethylarginine is an endogenous inhibitor of mobilization, differentiation, and function of EPCs. This contributes to the cardiovascular risk in patients with high ADMA levels and may explain low numbers and function of EPCs in patients with coronary artery disease.

Die Stamm- und Vorläuferzellen, im Weiteren als Progenitoren bezeichnet, des humanen Darms treten seit einigen Jahrzehnten immer stärker in den Fokus der Forschung. Mit der Entdeckung von Progenitorzellen im zentralen Nervensystem in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts kamen auch Bestrebungen auf, im peripheren Nervensystem nach Progenitoren zu suchen. Bald darauf, zu Beginn des 21. Jahrhunderts, wurden Sie entdeckt. Diese Population von Zellen bietet eine vielversprechende Möglichkeit, aus adultem Darmgewebe Progenitorzellen zu isolieren und diese therapeutisch, bei einer Vielzahl gastroenterologischer Erkrankungen, autolog einzusetzen. Derzeit werden auch andere mögliche Stamm- und Vorläuferzellen evaluiert. Die vorliegende Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung humaner, enterischer, neuraler Progenitorzellen. Dies ist essentiell für eine mögliche, klinische Translation. Es gelang, die in vitro Kulturbedingungen der isolierten, humanen Zellen durch Wachstumsfaktorenzugabe und Supplemente zu verbessern und ermöglicht so auch ein besseres Verständnis der in vivo-Situation. Weiterhin wurde das sich verändernde enterische Nervensystem des humanen Darms, in verschiedenen Altersstufen, spezifisch isoliert und analysiert. Es konnten neuartige Befunde zum Verlust von neuronalen Zellen im Allgemeinen und der charakteristische Verlust von NOS-Neuronen im Speziellen erhoben werden. Erstmals beobachtet wurde die Erhöhung der Genexpression für Gliazellen im gealterten ENS. Die gewonnen Erkenntnisse wurden weiterhin in einer in vivo-Transplantationsstudie angewendet. In ein Mausmodell mit einem chemisch geschädigten Darmnerensystem wurden postnatale, humane Progenitoren eingebracht und es gelang der Beweis einer verbesserten Funktionalität durch Integration von neugebildeten Neuronen, Glia und Muskelzellen.

Stammzellen nehmen in der regenerativen Therapie von Herzkreislauferkrankungen einen hohen Stellenwert ein. Aufgrund der ethischen Kontroverse besitzen adulte Stammzellen mit einem Differenzierungspotential von embryonalen Stammzellen einen Vorteil gegenüber den humanen embryonalen Stammzellen. In dieser Arbeit konnten spermatogoniale Stammzellen aus einem transgenen Mausmodell (MHC-NEO/MHC-eGFP) isoliert und mittels lentiviraler Überexpression von OCT4 allein in den pluripotenten Zustand überführt werden. Die Pluripotenz dieser induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) wurde durch verschiedene charakteristische Analysen nachgewiesen. Für therapeutische Einsätze zur Myokardinfarktregeneration stellen kardiovaskuläre Vorläuferzellen, die die Fähigkeit aufweisen sowohl zu proliferieren als auch in Kardiomyozyten, glatte Muskelzellen und endotheliale Zellen zu differenzieren, eine geeignete Zellart dar. Diese Vorläuferzellen sind durch die Expression des Oberflächenrezeptors fetal liver kinase 1 (FLK1) gekennzeichnet. In dieser Arbeit wurden iPSCs generiert und in FLK1 positive Zellen durch Cokultivierung differenziert und mit Hilfe der fluorescence activated cell sorting (FACS)-Technik separiert. Es wurden 30% FLK1 positive Zellen gewonnen. Auch hESCs konnten durch Cokultivierung auf OP9 Zellen (30%) und über das mass culture Verfahren (50%) in kinase domain region (KDR) positive Zellen differenziert werden. Die Vitalität und Differenzierungsfähigkeit der FLK1 positiven Zellen nach der FACS-Separierung wurden bestätigt. Zur Analyse des therapeutischen Effekts dieser FLK1 positiven Zellen wurde ein Myokardinfarkt-Mausmodell etabliert. Die FLK1 positiven Zellen wurden allogen in Wildtypmäuse injiziert, die mit dem Immunsuppresivum Ciclosporin A (CsA) behandelt wurden. Nach Injektion dieser Vorläuferzellen wurde eine signifikante Steigerung der Ejektionsfraktion an Tag 56 nach Injektion nachgewiesen. Dieser funktionssteigernde Trend an Tag 56 durch die Zellinjektion wurde auch bei der Verkürzungsfraktion beobachtet. Die injizierten Zellen konnten zu den frühen Untersuchungszeitpunkten im Myokard durch Zellkernansammlungen nachgewiesen werden. Zu späteren Zeitpunkten war dies nicht mehr der Fall. Während der in vivo Studie wurde zu keinem Zeitpunkt eine Teratombildung beobachtet. Immunologische Untersuchungen zeigten, dass die FLK1 positiven Zellen eine Tumorigenität in immundefizienten Mäusen aufwiesen und somit in dieser Form nicht direkt für die regenerative Therapie eingesetzt werden können. Ebenfalls wurde gezeigt, dass das Immunsystem der Versuchstiere und die Behandlung mit dem Immunsuppressivum CsA Auswirkungen auf die Teratombildung in der in vivo Studie besitzen. Die injizierten Zellen führten zu einer Aktivierung der natürlichen Killer (NK)-Zellen der Versuchstiere, die hingegen zu einer Lyse der injizierten Zellen führen konnten. CsA inhibierte die Teratombildung, besaß jedoch keinen Einfluss auf die NK-Zellaktivität. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die injizierten Zellen vom Immunsystem der Mäuse abgestoßen worden sind und somit zu späteren Versuchszeiten nicht mehr nachgewiesen werden konnten. Trotz der eventuellen Abstoßung im späteren Versuchsverlauf führte die Injektion der FLK1 positiven Zellen zu einer signifikanten Steigerung der Herzleistung. Die Tumorigenität von Zellen spielt eine entscheidende Rolle in der stammzellbasierenden Therapie. Die virale Methode der Reprogrammierung in iPSCs hatte keinen Einfluss auf die Tumorigenität dieser Zellen. Bei Injektion von autologen viral iPSCs in entsprechende Akzeptormäuse wurden Teratombildungen beobachtet. Die NK-Zellaktivität wurde durch die Injektion jedoch nicht aktiviert. Es wurde somit gezeigt, dass die viral iPSCs vom Immunsystem der autologen Versuchstiere nicht abgestoßen wurden. Die Tumorigenität schien somit von zelllinienspezifischen Immunogenen beeinflusst. Für klinische Anwendungen könnten die hier untersuchten kardiovaskulären Vorläuferzellen, die ein regeneratives Potential aufwiesen, aufgrund ihrer Tumorigenität jedoch nicht eingesetzt werden. Zukünftig müssten die zu transplantierenden Zellen erneut selektiert werden, um eventuelle Unreinheit von undifferenzierten Zellen zu umgehen. Dies könnte durch Kultivierung der Population mit NK-Zellen erfolgen, da diese Arbeit gezeigt hat, dass eine NK-Zellaktivität gegen tumorigene Zellen vorliegt. Eine andere Möglichkeit wäre diese kardiovaskulären Vorläuferzellpopulation im Folgenden auch zur Herstellung von künstlichem Herzgewebe einzusetzen, um größere Bereiche von geschädigtem Myokard zu regenerieren.

Die Inzidenz von neurodegenerativen Erkrankungen und Schlaganfällen steigt in Folge der Überalterung der westlichen Gesellschaft immer weiter an. Die Behand-lung von Schlaganfall-, Alzheimer und Parkinsonpatienten ist bisher aber meist unbefriedigend bzw. weitgehend erfolglos. Ein neues Modell in der Schlaganfallforschung wurde daher am Schaf entwickelt. In diesem wird auch der in den letzten zwei Jahrzehnten verstärkt verfolgte zelltherapeutische Ansatz untersucht (BOLTZE et al. 2011, DREYER et al. 2012). Neurale Vorläuferzellen gelten dabei, auf Grund ihrer wichtigen Rolle bei den endogenen Reparaturmechanismen nach einem Schlaganfall, als besonders vielversprechend. Die Gewinnung dieser Zellen für eine autologe Transplantation ist jedoch aufwendig und nur eingeschränkt möglich. Im Vergleich zu Nervengewebe stellt die Haut eine sowohl beim Tier als auch beim Menschen leicht zugängliche und in ausreichendem Maß verfügbare Quelle verschiedener Stamm- und Vorläuferzellen dar. Bei verschiedenen Spezies wurde die Isolation spezieller, dermaler Vorläuferzellen beschrieben, die als skin-derived precursor cells (SKPs) bezeichnet werden. SKPs wiesen dabei ein ähnliches Differenzierungspotential auf wie neurale Vorläuferzellen (TOMA et al. 2001, FERNANDES et al. 2006). Ein Einsatz der SKPs in der Schlaganfalltherapie wäre somit denkbar, muss aber zunächst im Schafmodell erforscht werden. SKPs wurden jedoch noch nicht bei der Spezies Schaf isoliert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, ein Isolationsprotokoll für SKPs aus der ovinen Dermis zu etablieren und diese morphologisch und immunzytologisch zu charakterisieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene in der Literatur beschriebene Isolati-onsverfahren an ovinen Hautproben getestet und modifiziert. Es wurden verschiedene Körperregionen auf ihre Eignung zur Probenentnahme und zur anschließenden Isolierung untersucht. Des Weiteren wurde der Effekt einer Rasur eine Woche vor Exzision des Hautareals auf die Sphäroidbildung überprüft. Der Einsatz von Enzymen in Kombinationslösungen oder singulär wurde variiert und eine unterschiedlich intensive mechanische Aufbereitung der Proben durchgeführt. Der Erfolg der zwei vielversprechendsten Isolationsprotokolle wurde statistisch validiert. Außerdem wurde der Effekt einer initialen Fibronektinbeschichtung analysiert. Die von den isolierten Zellen gebildeten sphärenartigen Zellaggregate wurden unter morphologischen Gesichtspunkten sechs und neun Wochen nach Isolation ausgewertet. Dabei wurden die Anzahl der Sphäroide/cm², die Größe und die Form berücksichtigt. Des Weiteren erfolgte eine immunzytologische Analyse der Sphäroide mit Fokus auf das in der Literatur beschriebene Expressionsmuster von SKPs und neuralen Vorläuferzellen. Für die Isolation von ovinen SKPs erwies sich die Regio nasofrontalis als das geeignetste Hautareal. Dabei war die Isolation eine Woche nach Rasur des beprobten Areals zuverlässiger als ohne diese. Bei vergleichender Betrachtung der Methoden erwies sich ein enzymatisch orientiertes Isolationsverfahren modifiziert nach FERNANDES und MILLER (2009) als zielführend. Neben einer hohen Anzahl an isolierten Zellen erfolgte in jedem Versuchsdurchgang eine Zusammenlagerung der Zellen in frei flotierenden Aggregaten. Diese waren im Median 70,97 µm groß. Auf Grund ihrer Geometrie ist es korrekter sie als Sphäroide und nicht, wie bei anderen Spezies üblich, als Sphären zu bezeichnen. Eine anfängliche Beschichtung der Zellkulturplatten mit Fibronektin hatte keinen fördernden Effekt auf die Bildung und die Größe der Sphäroide. Lediglich eine anfänglich höhere Proliferationsrate war bemerkbar. Immunzytologisch konnte gezeigt werden, dass in den Sphäroiden eine heterogene Zellpopulation vorlag. Die Sphäroide wurden überwiegend von Zellen gebildet, in denen neben mesenchymalen Markern auch klassische Vorläuferantigene wie Nestin und Sox2 nachgewiesen wurden. Das immunzytologische Expressionsmuster ist damit vergleichbar mit dem von SKPs anderer Spezies. Außerdem wurden in unterschiedlicher Ausprägung Antigene detektiert, die typischerweise in neuralen Vorläuferzellen der ventrikulären und subventrikulären Zone vorkommen. Dies konnte auch in den Positivkontrollen für das ovine Gehirn bestätigt werden. Die Anzahl proliferierender Zellen in den Sphäroiden war relativ gering und die Anzahl an kokultivierter Keratinozyten minimal. Die Zusammenfassung der heterogenen Vorläuferzellpopulation unter dem Begriff skin-derived precursor cells ist auf Grund ihres dermalen Ursprungs und ihrer morphologischen und immunzytologischen Eigenschaften gerechtfertigt. Somit ist es in dieser Arbeit gelungen, zum ersten Mal SKPs aus der ovinen Dermis zu isolieren und über neun Wochen zu kultivieren. Es wurde ein Isolationsprotokoll entwickelt, das eine Sphäroidbildung reproduzierbar ermöglicht und an die Gegebenheiten beim Schaf angepasst ist. Bevor eine autologe Transplantation von diesen SKPs etwa im Schlaganfallmodell am Schaf vorgenommen werden kann, ist eine intensivere Untersuchung der isolierten Zellen etwa mittels PCR durchzuführen und eine fluoreszenzbasierte Zellsortierung der heterogenen Vorläuferzellen zu entwickeln. / In consequence of the demographic changes in modern western society, the inci-dence of neurodegenerative diseases and stroke is increasing. Unfortunately, there is still no successful or at least satisfactory treatment available for patients who suffer from stroke Alzheimer’s or Parkinson’s disease. Therefore, a new animal model in stroke research has been established in sheep (BOLTZE et al. 2011, DREYER et al. 2012). First cell therapy studies have already been performed in this model. Especially neural precursor cells seem to be promising as they play an important role in endogenous repair processes in the brain after stroke. However, the extraction of these cells prior to an autologous transplantation is elaborate and of limited success. Compared to neural tissue, skin is an easily accessible and sufficiently available source of a variety of stem and precursor cells in animals as well as in humans. Thus, the isolation of a specific type of dermal precursor cells, called skin-derived precursor cells (SKPs), seems to be easier compared to neural precursor cells and in vitro SKPs are capable of neural differentiation as well (TOMA et al. 2001, FERNANDES et al. 2006). According to these findings, a therapeutic application of SKPs after stroke seems to be promising. Prior to that, however, intensive studies in the ovine stroke model are necessary. Thus, SKPs have to be isolated from the dermis of sheep for an autologous transplantation. Therefore, the aim of this dissertation has been the establishment of an optimal isolation protocol for SKPs from the ovine dermis as well as the morphological and by immunocytochemical characterisation of those cells. Within this study, several previously described isolation protocols were modified for ovine skin. Skin samples were taken from several body regions to assess the local suitability for excision and isolation. Additionally, the effect of shaving the areas one week before sampling on spheroid forming was tested. A variety of enzymes was used alone and in combination. Furthermore, the effectiveness of an isolation protocol using enhanced mechanical treatment was analysed. The two most promising protocols were evaluated statistically and compared to each other. In these experiments, the influence of an initial fibronectin coating was determined as well. The isolated cells formed spheroids, which were assessed after six and nine weeks of cultivation considering the amount of spheroids per cm², their size and form. Moreover, immunocytochemical tests were conducted, focusing on expression patterns described for SKPs and neural precursor cells. According to these experiments, it is advisable to take skin samples from the naso-frontal region one week after shaving. Comparing all tested protocols, a predominantly enzymatic isolation protocol modified according to FERNANDES and MILLER (2009) was most successful. A high cell yield was achieved and free-floating spheroids formed spontaneously in all test runs. The median diameter of these spheroids was 70.97 µm. Due to their three-dimensional shape, it is more correct to use the term “spheroid” instead of the commonly used term “sphere”. Growing the isolated cells initially on fibronectin coated culture plates does not support both formation and size of the spheroids. Only a higher cell proliferation at the beginning of cultivation can be noticed. Immunocytochemical assays demonstrated that the formed spheroids consisted of a heterologous cell population. Besides mesenchymal antigens the cells in the spheroids expressed characteristic antigens of precursor cells, like Nestin and Sox2. Thus, the immunocytochemical expression pattern is comparable to SKPs isolated from other species. Furthermore, common markers of neural precursor cells of the ventricular and subventricular zone, whose existence in the ovine brain was also proven in this study, were detected in the spheroid forming cells. There were only a few proliferating cells and a minimal amount of keratinocytes in the spheroids. Due to the dermal origin and the given morphological and immunocytochemical characteristics, the heterogeneous cell population can be addressed by the term “skin-derived precursor cells”. In conclusion, in this study ovine SKPs were isolated for the first time and cultured successfully over nine weeks. An isolation protocol was established, which guarantees reproducible formation of spheroids in cell isolates from ovine dermis. Further intensive examinations of the isolated cells, for example using PCR, have to be conducted before SKPs can be applied in autologous transplantation in the ovine stroke model. Additionally, the usage of fluorescence-activated cell sorting of the heterogeneous precursor cells should be considered.

Die Stamm- und Vorläuferzellen, im Weiteren als Progenitoren bezeichnet, des humanen Darms treten seit einigen Jahrzehnten immer stärker in den Fokus der Forschung. Mit der Entdeckung von Progenitorzellen im zentralen Nervensystem in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts kamen auch Bestrebungen auf, im peripheren Nervensystem nach Progenitoren zu suchen. Bald darauf, zu Beginn des 21. Jahrhunderts, wurden Sie entdeckt. Diese Population von Zellen bietet eine vielversprechende Möglichkeit, aus adultem Darmgewebe Progenitorzellen zu isolieren und diese therapeutisch, bei einer Vielzahl gastroenterologischer Erkrankungen, autolog einzusetzen. Derzeit werden auch andere mögliche Stamm- und Vorläuferzellen evaluiert. Die vorliegende Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung humaner, enterischer, neuraler Progenitorzellen. Dies ist essentiell für eine mögliche, klinische Translation. Es gelang, die in vitro Kulturbedingungen der isolierten, humanen Zellen durch Wachstumsfaktorenzugabe und Supplemente zu verbessern und ermöglicht so auch ein besseres Verständnis der in vivo-Situation. Weiterhin wurde das sich verändernde enterische Nervensystem des humanen Darms, in verschiedenen Altersstufen, spezifisch isoliert und analysiert. Es konnten neuartige Befunde zum Verlust von neuronalen Zellen im Allgemeinen und der charakteristische Verlust von NOS-Neuronen im Speziellen erhoben werden. Erstmals beobachtet wurde die Erhöhung der Genexpression für Gliazellen im gealterten ENS. Die gewonnen Erkenntnisse wurden weiterhin in einer in vivo-Transplantationsstudie angewendet. In ein Mausmodell mit einem chemisch geschädigten Darmnerensystem wurden postnatale, humane Progenitoren eingebracht und es gelang der Beweis einer verbesserten Funktionalität durch Integration von neugebildeten Neuronen, Glia und Muskelzellen.

In dieser Studie wurden nicht-integrative Vektorkonstrukte zur Reprogrammierung von zwei menschlichen Zelllinien (HFF1, HUVEC) verwendet, um integrations-freie, episomal generierte iPSC Zelllinien (E-iPSCs) zu generieren. Darüber hinaus wurden diese iPSCs zu sogenannten Leberzell-ähnlichen Zellen (HLCs) differenziert. Hierzu konnten die verschiedenen Stufen der Hepatogenese und die potentielle Reifung zu Leberzellen untersucht sowie mit fötalen und ausgereiften menschlichen Leberzellen verglichen werden. Diese Studie konnte Gen-regulierende Netzwerke aufdecken, welche eine pi-potentiale Vorläuferpopulation in den HLCs präsentieren. Zusätzlich deckte das Transkriptions-Profil auf, dass die iPSC-generierten HLCs unreif und ähnlicher den fötalen Leberzellen sind. Dennoch weisen die HLCs typische funktionelle Charakteristika von Leberzellen auf, z.B. Glykogen-Einlagerung, Aufnahme und Abgabe von Substanzen wie ICG und CDFDA, Sekretierung von Gallensäure und Harnstoff. Zusätzlich konnten typische Leber-Strukturen wie Gallenkanälchen mit Mikrovilli, Fettspeicherung und sogenannte tight junctions, Verbindungsgänge zwischen den Zellen nachgewiesen werden. Um die potentielle Reifung dieser HLCs voranzutreiben, wurde eine Langzeit-Kultivierung von HUVEC-iPSC-generierten HLCs durchgeführt. Dies sollte zugleich zeigen, ob die HLCs länger kultiviert und gleichzeitig reifen können. Ein zweiter Teil dieser Studie befasst sich mit der Generierung von endodermalen Vorläuferzellen (EPs). Es wurden HFF1-iPSCs zu EPs differenziert um die endodermale Entwicklung vor der Entstehung der Gallenwege und des Hepatoblasten zu untersuchen. Die EPs zeigen Merkmale dafür, dass sie sowohl in Hepatozyten, Cholangozyten und auch Pankreaszellen differenziert werden können. Mit Hilfe dieser multipotenten EPs könnte es möglich sein die endodermale Entwicklung des Darmes, der Lunge, Leber, Gallengänge und Gallenblase sowie der Bauchspeicheldrüse näher zu untersuchen. / This project generated and characterized integration-free, episomal-derived induced pluripotent stem cell lines (E-iPSCs) from human somatic cell lines of different origins. Two different somatic cell lines were used, the human fetal fibroblast cell line HFF1 and human umbilical vein endothelial cell line HUVEC. Both were reprogrammed into integration-free iPSCs and were comparable amongst themselves and to human embryonic stem cells, the gold standard of pluripotent stem cells. Furthermore, the iPSCs with different genetic background were differentiated to hepatocyte-like cells (HLCs). With the use of iPSC-derived hepatocytes different stages during hepatogenesis and the potential of maturation could be analyzed as well as compared to fetal liver and primary human hepatocytes (PHH). This study could uncover gene regulatory networks which presence bipotential progenitor populations in HLCs. Additionally, comparable transcriptome profile analyses revealed that the iPSC-derived HLCs are immature and more similar to fetal liver. However, the HLCs hold typical functionality characteristics of hepatocyte, e.g. glycogen storage, uptake and release of ICG and CDFDA, bile acid and urea secretion. Furthermore, typical structures of hepatocytes such as bile canaliculi with microvilli, lipid storage and tight junctions are visible. In order to analyze the maturation potential of HLCs a long-term culture experiment was performed using HUVEC-iPSC-derived HLCs which implies the possibility for long-term culture of HLCs while increasing maturation. Additionally, HFF1-derived iPSCs were differentiated to endodermal progenitors (EPs) to analyze the endodermal development before biliary tree and hepatoblast which can give rise to hepatocytes, cholangiocytes and pancreatic cells. The multipotent EPs hold a great potential to analyze the endodermal development of intestine, lung, liver, bile duct and gallbladder, as well as pancreas.

Atherosklerotische Arterien unterliegen strukturellem Umbau und chronischer Inflammation, die von einer dynamischen Entwicklung von Vasa vasorum (VV) begleitet wird. Die Beteiligung von Leukozyten und von vaskulären Vorläuferzellen an der Neovaskularisierung sowie die intimale Hyperplasie stehen im Zentrum der Atheroskleroseforschung. Damit verbundene Erkenntnisse könnten neue therapeutische Ansätze ermöglichen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der morphologischen Verteilung von Leukozyten (CD45, CD68, Mastzellen) und von Zellen mit Vorläufermarkern (CD34, CD117, VEGFR-2) in menschlichen Coronararterien mit verschiedenen atherosklerotischen Schweregraden. Mittels immunhistologischer Technik wurden Intima und Adventitia untersucht und die Ergebnisse zu den atherosklerotischen Schweregraden und der Neovaskularisierung korreliert. In Intima, Adventitia und dem perivaskulären Fettgewebe hat die Dichte der CD45+ Lymphozyten ihr Maximum im atherosklerotischen Grad 3. Dabei konnte sowohl in der Intima als auch in der Adventitia gezeigt werden, daß eine lineare Korrelation der CD45+ Lymphozyteninfiltration und VV-Dichte vorliegt. Es wurden zwei unterschiedliche Entzündungsmuster festgestellt. Beide zeigen in Grad 3 eine Zunahme der Zelldichten. In Grad 4-5 fällt die Dichte des einen Musters (CD45+, VEGFR-2+, VV) jedoch ab, während die Dichte des anderen Musters (CD34+, CD68+, Tryptase+, CD117+) in Grad 4-5 keine Veränderung aufweist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß Leukozyten und vaskuläre Vorläuferzellen im Verlauf der Atherogenese wechselnde Funktionen wahrnehmen können. Sie nehmen offensichtlich VV als Eintrittspforte in die Gefäßwand.

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Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch entzündliche Gelenkentzündung, deren Ursachen bis dato ungeklärt bleibt. Der Verlauf der Erkrankung führt zu irreversiblem Zerstörung von Knorpel, Knochen und umgebenden Geweben in den betroffenen Gelenken. Es scheint jedoch klar, dass Synovialzellen, Knorpelzellen und Zytokine eine entscheidende Rolle im Fortschreiten der Erkrankung spielen. IL17 ist ein kürzlich entdecktes Zytokine, welches im besonderen Maßen mit der rheumatoiden Arthritis in Verbindung gebracht wird. Es liegt in der Synovialflüssigkeit und im Serum von Patienten mit rheumatoider Arthritis in deutlich höherer Konzentration vor als in anderen Gelenks-zerstörenden Erkrankungen wie z.B. der Osteoarthritis. Eine kürzlich entdeckte Zellpopulation konnte als chondrogene Vorläuferzellen charakterisiert werden. Da sie einen IL17-Rezeptorkomplex exprimieren, ist anzunehmen, dass eine IL17 Stimulation der chondrogenen Vorläuferzellen zu Veränderungen in deren Synthesemustern führt. Methode: Chondrogenen Vorläuferzellen konnten aus menschlichem Knorpel von Patientin mit rheumatoider Arthritis gewonnen und in Kultur gehalten werden. Die Zellen wurden mit IL17 inkubiert und deren Reaktion durch Zellkulturstudien, real-time-PCR, Immunfluoreszenz und western blot untersucht. Ergebnisse: Die IL17 Stimulation der chondrogenen Vorläuferzellen führte zu einer Suppression des Zellwachstums in den ersten Tagen der Zellkultur. Folgende mRNA Moleküle konnten erstmals in den chondrogenen Vorläuferzellen nachgewiesen werden: IL6, IL1,MMP3, MMP14,MMP15, MMP17 NFkB, , MAPK1, IL1, Aggrecan, ADAMTS-5 und TIMP3. Die IL17 Stimulation führte zu einer Erhöhung der Expression von MMP3, MMP17, IL6 und NFkB in den chondrogenen Vorläuferzellen. MMP14 und MMP15 zeigten sich nicht beeinflusst in ihrem Expressionsmuster. Anschließend konnten die Proteine MMP3 und IL6 stellvertretend in den chondrogenen Vorläuferzellen nachgewiesen werden. Ein IL17 Antikörper konnte den zuvor gezeigten Effekt von IL17 auf die IL6 Expression erfolgreich blocken. Schlussvolgerung: chondrogenen Vorläuferzellen scheinen in einem bestimmten Expressionsmuster auf die IL17 Stimulation zu reagieren. Gerade diese Reaktion scheint zum weiteren Fortschreiten der rheumatoiden Arthritis zu führen. Aufgrund der vielen bereits gezeigten Effekte von IL17 auf Gewebe in der rheumatoiden Arthritis scheint IL17 ein vielversprechendes Ziel in der zukünftigen Therapie der Erkrankung darzustellen.