Herzkreislauferkrankungen sind weit verbreitet und nicht nur eine große Belastung für die Betroffenen, sondern auch für das Gesundheitssystem. Die Folgen von Herzkreislauferkrankungen wie z.B. Myokardinfarkt und koronare Herzkrankheit stellen weltweit die häufigste Todesursache dar. Prävention, frühzeitige Erkennung und konsequente Behandlung sind daher von großer Bedeutung.
Um das Verständnis für die Pathophysiologie zu fördern und ferner Therapieansätze ausfindig zu machen, ist es notwendig, nicht nur die Herzmuskelzellen im Blick zu haben, sondern auch die Komponenten des Herzmuskelstromas, die deren Funktion beeinflussen können.
Das Verständnis und die Rekonstruktion des kardialen Gewebes auf ultrastruktureller Ebene, sowie die Charakterisierung und Wechselwirkungen der verschiedenen Zellen des Herzens haben deshalb das Interesse vieler Forschergruppen geweckt.
Das Ziel dieser Arbeit war die detaillierte ultrastrukturelle Analyse kardialer Perizyten, Endothelzellen sowie Kapillarwand-assoziierter Zellen und deren Kontakte im Arbeitsmyokard der Maus mittels verschiedener elektronenmikroskopischer Methoden.
Zu Beginn der Arbeit wurde die transmissionselektronenmikroskopische Probenaufbereitung optimiert und ein modifiziertes Protokoll zur hervorragenden Kontrastierung der biologischen Membranen und zum bestmöglichen Erhalt der Ultrastruktur etabliert. Die optimierte Probenaufbereitung bot dann die ideale Grundlage für die Generierung elektronenmikroskopischer Datensätze mittels serieller Block-Face Rasterelektronenmikroskopie (SBF-SEM) und anschließender Erzeugung dreidimensionaler Modelle der Mikrovaskulatur des Arbeitsmyokards der Maus.
Die detaillierte ultrastrukturelle Analyse in drei Dimensionen offenbart neue morphologische Merkmale der kardialen Mikrovaskulatur und zeigt, dass die kardialen Perizyten vereinzelt Fortsätze abgeben, die mit den Endothelzellen assoziiert sind. Dadurch entsteht nicht nur eine perizytäre-endotheliale Einheit, die von derselben Basallamina umschlossen wird. Die Rekonstruktion zeigt ebenfalls, dass die Kapillarwand-assoziierten Zellen sehr groß und weit verzweigt sind und nicht von der die Perizyten und Endothelzellen umgebenden Basallamina umschlossen werden. Sie stehen an vereinzelten Stellen in direktem Kontakt mit den Endothelzellen.
Immunelektronenmikroskopische Analysen zeigen, dass die Kapillarwand-assoziierten Zellen sowohl CD34-positiv als auch CD44-positiv sind.
Größer angelegte Studien zur weiteren dreidimensionalen Analyse z.B. in der Intima einer Arteriole könnten zur weiteren Charakterisierung der Perizyten und der Kapillarwand-assoziierten Zellen beitragen und sogar eine Einteilung möglich machen.
Eine Beteiligung von Perizyten im Rahmen des kardialen Remodeling nach einem Myokardinfarkt wurde bereits nachgewiesen. Außerdem spielen die Membranproteine CD34 und CD44 eine wichtige Rolle in der Hämatopoese und auch der Angiogenese.
In Zukunft könnten sich auch daraus interessante neue Ansätze für gezielte Therapien nach einem Myokardinfarkt ergeben. / Cardiovascular diseases are prevalent, placing substantial stress both on affected individuals and on the healthcare system.
The outcomes of cardiovascular diseases, including myocardial infarction and coronary heart disease, represent the leading cause of death globally. Consequently, emphasis on prevention, early identification, and sustained treatment is crucial. To enhance understanding of pathophysiology and pinpoint therapeutic strategies, it's imperative to concentrate not solely on the cardiac muscle cells, but also on the elements of the cardiac muscle stroma that can affect their function.
The understanding and reconstruction of cardiac tissue at the ultrastructural level, as well as the characterization and interactions of the various cells of the heart have aroused the interest of many research groups.
The primary goals of this paper were to conduct a detailed ultrastructural analysis of cardiac pericytes, endothelial cells, and cells associated with the capillary wall, as well as to examine their contacts in the working murine myocardium through various electron microscopic techniques.
Initially, the sample preparation for transmission electron microscopy was optimized and a modified protocol to improve the contrast of biological membranes and ensure optimal preservation of the ultrastructure was set up. This refined sample preparation then served as the foundation for producing electron microscopic data sets with serial block-face scanning electron microscopy (SBF-SEM). This facilitated the creation of three-dimensional models of the microvasculature in the murine working myocardium.
Detailed ultrastructural analysis in three dimensions revealed new morphological features of the cardiac microvasculature and showed that the cardiac pericytes sporadically give off processes that are associated with the endothelial cells. This not only creates a pericytic-endothelial unit that is surrounded by the same basal lamina, but the reconstruction also showed that the capillary wall-associated cells are very large and widely branched and are not enclosed by the basal lamina surrounding the pericytes and endothelial cells. In isolated cases, they are in direct contact with the endothelial cells.
Immunoelectron microscopic analyses reveal that the cells associated with the capillary wall are positive for both CD34 and CD44. Larger-scale studies for further three-dimensional analysis, e.g., in the intima of an arteriole, could contribute to the further characterization of the pericytes and the capillary wall-associated cells and even make a classification possible. The involvement of pericytes in cardiac remodeling after myocardial infarction has already been demonstrated. Moreover, the membrane proteins CD34 and CD44 hold significant importance in hematopoiesis and angiogenesis. In the future, this could pave the way for innovative approaches for targeted therapies following a myocardial infarction.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:32763 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Michelbach, Peter |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_ohne_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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