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Neural differenzierte embryonale Stammzellen : von der Zellbiologie zur Zellersatztherapie

Authors
Publisher
Justus-Liebig-Universität Gießen
Publication Date
Keywords
  • Neurone
  • Gliazellen
  • Embryonale Stammzellen
  • Entwicklung
  • Neurons
  • Glia
  • Embryonic Stem Cells
  • Development
  • Agriculture

Abstract

Die vorliegende kumulative Habilitationsschrift stellt die Differenzierungskapazität von murinen embryonale Stammzellen in die neurale Richtung und deren Verwendung für embryologische Studien zur Neurogenese dar. Darüber hinaus wird ihre Eignung als Ausgangsmaterial für Zellersatztherapien bei neurodegenerativen Erkrankungen modellhaft charakterisiert. Der erste Abschnitt der Arbeit befasst sich mit der Differenzierungspotenz der Zellen zu Neuronen, unter Verwendung eines FCS- und Retinsäure-haltigem Kultivierungsmediums. Die entstehende Vielfalt von differenzierenden neuronalen Phänotypen wird immunzytochemisch beurteilt und die Neurone zusätzlich anhand ihres Rezeptorprofiles elektrophysiologisch charakterisiert. Die Übertragbarkeit der Befunde auf die in vivo- Situation wird ausführlich diskutiert. Aufgrund der immensen Bedeutung des Kalziumhaushaltes während der neuronalen Differenzierung, wird die Ausstattung der differenzierenden Neurone hinsichtlich spannungsabhängiger Kalziumkanäle sowie Kalzium-bindender Proteine untersucht. Dabei kann eine differenzierungsabhängige Verschiebung des Kalziumkanalmusters beobachtet werden. Dagegen ist die Expression der verschiedenen Kalzium-bindenden Proteine auf bestimmte neuronale Reifungsstadien beschränkt. Die Untersuchung der Differenzierungskapazität in Makro- und Mikrogliazellen ergänzt die Charakterisierung der neuronalen Differenzierung. In einem experimentellen Abschnitt wird die Bedeutung der NO-Synthase II für die neuronale Differenzierung im Vergleich mit der neuronalen kortikalen Primärkultur demonstriert. Die Daten korrelieren mit in vivo Befunden zur Rezeptorgenese der Riechschleimhaut und des Vestibulocochlearorgans sowie mit Befunden der Kortex- und Retinaentwicklung an embryonalen Schnittserien. Parallel dazu kann mit Hilfe einer Knock-out- ES-Zellinie, die eine Defizienz für das ß1-Integrin aufweist, die Notwendigkeit dieses transmembranären Moleküles für eine regelgerecht ablaufende Differenzierung gezeigt werden. Schließlich demonstriert der experimentelle Abschnitt unter Verwendung von pharmakologischen Methoden und mit Hilfe einer Vitalbeobachtung der differenzierenden Neurone den Effekt einer Glutamatintoxikation auf sich entwickelnde Nervenzellen. Somit eignet sich das Modell der embryonalen Stammzellen auch für die Evaluation von neurotoxikologischen Fragestellungen. Im letzten Abschnitt der Arbeit steht die modellhafte Verwendung von neural differenzierten ES-Zellen für Zellersatztherapien im Vordergrund. Dazu werden neural selektionierte ES-Zellen eines Klones mit einer GFP-Expression unter der Kontrolle des ß-Aktinpromoters, zur sicheren Identifizierung der Zellen im Empfängergewebe, in das Striatum adulter Ratten transplantiert und ihre Differenzierungskapazität in Neurone und Gliazellen beurteilt. Unter Verwendung eines weiteren ES-Zellklones, bei dem die GFP-Expression unter der Kontrolle des 2. Introns des humanen Nestingens steht, kann die Selektion der neuralen Vorläuferzellen in vitro unmittelbar verfolgt werden. Damit wird die Voraussetzung für eine nahezu 100%ige Aufreinigung der Zellen mittels präparativen FACS geschaffen. Hinsichtlich einer zukünftigen Therapie des M. Parkinson unter Verwendung von humanen ES-Zellen kann anhand dieser murinen Zellinie, eine Erhöhung des Prozentsatzes dopaminerger Neurone mit Hilfe eines Inhibitors der Phosphatidylinositokinase 3 in Kultur modellhaft dargestellt werden. Tatsächlich wird anhand des Tiermodelles für die humane Makuladegeneration gezeigt, daß neural differenzierte ES-Zellen im Rahmen einer Zellersatztherapie die Verbesserung des krankhaften Zustandes bewirken. Als Lieferanten protektiver neurotropher Faktoren halten sie fortschreitende Degenerationsprozesse auf.

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