Das Tissue Engineering von Fettgewebe befasst sich mit der Herstellung von biologisch äquivalenten Gewebekonstrukten mit dem Ziel, diese in der Regenerativen Medizin zur Deckung von Weichteildefekten einzusetzen. Für die Ausreifung, Funktion und das Überleben von Adipozyten wurde die Bedeutung der Extrazellulärmatrix (EZM) zunehmend deutlich.18-20 Untersuchungen zur EZM und ihrer Einflussnahme auf die Adipogenese wurden bislang hauptsächlich an konventionellen zweidimensionalen Zellkulturen unter Verwendung von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (bone marrow-derived MSC), Präadipozyten der Mauszelllinie 3T3-L1 und intramuskulären Präadipozyten aus Rindern (bovine intramuscular preadipocytes, BIP) vorgenommen.23,56,69,76,115 Ziel dieser Arbeit war es Erkenntnisse über den Einfluss der EZM auf die adipogene Differenzierungsfähigkeit unter Verwendung von humanen mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (human adipose-derived stem cells, hASC) zu gewinnen. Um in vitro eine natürlichere Mikroumgebung der Zellen zu generieren, wurde neben einer 2D Kultur vergleichend ein 3D Modell bestehend aus multizellulären Sphäroiden verwendet.84,85 Zudem war die Bestimmung eines stabilen Housekeeping-Gens notwendig, um valide Ergebnisse in qPCR-Analysen von Genexpressionsstudien zu gewährleisten.
Die Auswertung statistischer Parameter (Standardabweichung und Interquartilsbereich) sowie die Ergebnisse dreier zur Stabilitätsprüfung eingesetzten Softwares identifizierten EF1α als robustestes HKG.
Der Zusammenhang zwischen der EZM-Entwicklung und der Adipogenese wurde durch Hemmung der Kollagenentwicklung unter Verwendung von Ethyl-3,4-dihydroxybenzoat (EDHB) untersucht. Bei Betrachtung der Triglyceridsynthese mittels Histologie und quantitativer Analyse (Triglyceridassay) konnte in beiden Kultursystemen eine konzentrationsabhängige Hemmung der Adipogenese festgestellt werden. Im Unterschied zur 2D Kultur konnte der Triglyceridgehalt im 3D Modell annähernd auf das Niveau der nicht-induzierten Kontrolle gesenkt werden und damit ein tendenziell stärkerer negativer Effekt im 3D Modell demonstriert werden. In Untersuchungen zur Genexpression wurde die Expressionsrate der späten adipogenen Marker aP2 und C/EBPα maximal durch Zugabe von 0,05 mM EDHB gesenkt, wobei der Effekt in 3D erneut stärker ausgeprägt war.
Bei Betrachtung der Kollagenentwicklung zeigte sich immunhistochemisch zunächst eine Adipogenese-assoziierte Entwicklung der Kollagene I, IV und VI im 2D und 3D Modell. Durch die Zugabe von EDHB ließ sich die Kollagenbildung gleichermaßen in 2D und 3D konzentrationsabhängig inhibieren. Damit konnte ein Rückgang der Synthese von drei für die Adipozyten relevanten Kollagenen zusammen mit der Störung der adipogenen Differenzierung nachgewiesen werden. Auf mRNA-Ebene hingegen war eine unterschiedliche Expression von Kollagen I und IV nachweisbar. Für Kollagen I wurde eine Abnahme der Expression bei Differenzierung der Zellen beobachtet, während die Expressionsrate von Kollagen IV erst mit Beginn der Adipogenese gesteigert wurde. Die Genexpression der untersuchten Kollagene wurde durch EDHB nicht negativ beeinflusst.
Insgesamt weisen die Ergebnisse auf einen engen Zusammenhang der Kollagensynthese mit der Adipogenese hin. Inwieweit eine durch Zell-Matrix-Interaktionen ausgelöste Signaltransduktion und regulatorische Mechanismen in den Präadipozyten die Adipogenese beeinflussen, bleibt jedoch Gegenstand zukünftiger Forschung. / Adipose tissue engineering focuses on the generation of biologically equivalent tissue constructs that can be used in regenerative medicine to cover tissue defects. The relevance of the extracellular matrix (ECM) in adipocyte maturation, function, and survival has become increasingly apparent.18-20 Studies on the ECM and its influence on adipogenesis have so far mainly been performed on conventional two-dimensional cell cultures using bone marrow-derived mesenchymal stem cells (bone marrow-derived MSC), mouse cell line 3T3-L1 preadipocytes, and bovine intramuscular preadipocytes (BIP).23,56,69,76,115 The goal of the study was to gain insights into the role of the ECM on adipogenic differentiation capacity using human adipose-derived stem cells (hASC). To generate a more natural cell microenvironment in vitro, a 3D model consisting of multicellular spheroids was used in comparison to a 2D culture.84,85 Moreover, to ensure valid results in gene expression studies obtained by qPCR analyses, determination of a stable housekeeping gene was necessary.
The evaluation of statistical parameters (standard deviation and interquartile range) and the results achieved by three softwares known for stability testing identified EF1α as the most robust HKG.
The relationship between ECM development and adipogenesis was investigated by inhibition of collagen development using ethyl-3,4-dihydroxybenzoate (EDHB). Histological staining of lipids and quantitative analysis (triglyceride assay) revealed a concentration-dependent inhibition of adipogenesis in both culture systems. In contrast to the 2D culture, the triglyceride content in the 3D model could be reduced approximately to the level of the non-induced control, demonstrating an overall stronger inhibitory effect in the 3D model. In gene expression studies, the expression levels of the late adipogenic markers aP2 and C/EBPα were maximally decreased by addition of 0.05 mM EDHB, whereby the effect was again more pronounced in 3D.
Regarding the collagen development, an adipogenesis-associated development of collagen I, IV, and VI was seen by immunohistochemical analysis in the 2D and 3D models. Addition of EDHB equally inhibited collagen formation in 2D and 3D in a concentration-dependent manner. This demonstrated a decrease in the synthesis of three collagens relevant to adipocytes along with the disruption of adipogenic differentiation. In contrast, a different expression pattern of collagen I and IV was detectable at the mRNA level. For collagen I, a decrease in expression was observed upon differentiation of the cells, whereas the expression level of collagen IV was increased only with the onset of adipogenesis. Both expression patterns were not affected by EDHB.
Overall, the results indicate a close relationship of collagen synthesis with adipogenesis. However, the extent to which signal transduction triggered by cell-matrix interactions and regulatory mechanisms in preadipocytes influence adipogenesis remains the subject of future research.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:24091 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Lukaszyk, Daniel |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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