Witten / Herdecke

Suche

Erweiterte Suche
Navigation
Inhalt

Witten / Herdecke

Stammzellforschung an der privaten Universität Witten / Herdecke

Die interdisziplinäre Stammzellforschung an der privaten Universität Witten/ Herdecke kann in zwei Schwerpunkte unterteilt werden. Der erste Schwerpunkt untersucht die Verwendung von Stammzellen in Hinblick auf regenerative Prozesse in der Human- und Zahnmedizin, wobei neben adulten Stammzellen (z.B. Knochenmarkstammzellen, parodontale Stammzellen sowie mesenchymalen Stammzellen aus Fettgewebe) auch murine embryonale Stammzellen zur Anwendung kommen. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Rolle von Stammzellen im Tumorgeschehen, wobei hier untersucht wird, welchen Einfluss adulte Stammzellen (Gewebestammzellen, Knochenmarkstammzellen) auf die Tumorprogression (Metastasierung, Rezidivbildung) haben können.

Stammzellforschung am Institut für Immunologie (AG Stammzellen)

 

Die AG Stammzellen am Institut für Immunologie beschäftigt sich mit den folgenden Fragestellungen im Bereich der Stammzellforschung:

Modulation der Migration von hämatopoetischen Stamm-/ProgenitorzellenIn diesem Projekt wird die Modulation der Migration von murinen von hämatopoietischen Stamm-/ Progenitorzellen (HSPZ) in Abhängigkeit der Kulturbedingungen unter Verwendung des 3D-Kollagenmatrix Migrationsassays untersucht. Hier konnten wir zeigen, dass jedes Zytokin/ jeder Zytokincocktail (welcher für die Kultivierung von HSPZ verwendet werden) einen definierten Einfluss auf die migratorische Aktivität der Zellen haben. Interessant hierbei ist die Beobachtung, dass in Abhängigkeit der Kulturbedingungen SDF-1alpha sowohl einen stimulierenden als auch einen inhibierenden Einfluss auf die migratorische Aktivität der kultivierten Zellen hat.

Bisherige Daten belegen, dass kultivierte HSPZ, bei denen SDF-1alpha einen inhibierenden Einfluss auf die Migration hat, einen funktionellen CXCR4 Rezeptor exprimieren und das CXCR4 spezifische Signaltransduktionkaskaden aktiviert werden. Worauf letztlich der inhibierende Effekt von SDF-1alpha bei bestimmten Kulturbedingungen zurückzuführen ist, wird gegenwärtig intensiv untersucht.Neben Kulturbedingungen wird das Wanderungsverhalten von HSPZ maßgeblich durch externe Faktoren beeinflusst. Hier konnten wir zeigen, dass der Neurotransmitter GABA einen inhibierenden Einfluss sowohl auf die spontane als auch auf die SDF-1? induzierte Migration von adulten Stammzellen hat. Mechanistisch inhibiert GABA die Migration über eine GABA-B-Rezeptor vermittelte Deaktivierung von Kalziumkanälen in der Plasmamembran der Zellen. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass Interleukin-8, welches für sich allein die Migration von adulten HSPZ induziert, in Kombination mit SDF-1? einen hemmenden Einfluss auf die Migration der Zellen ausübt. Gegenwärtig wird untersucht über welchen Mechanismus IL-8 die SDF-1? induzierte Migration von adulten HSPZ inhibiert. Das Wissen hierüber ist essentiell für das Verständnis, wie die gerichtete Wanderung von HSPZ z.B. im Falle von Geweberegenerationsprozessen, terminiert wird. 

Rolle von Stammzellen in der TumorprogressionDieses Projekt beschäftigt sich mit der Fragestellung, welche mögliche Rolle Stammzellen bei der Tumorprogression spielen. Unsere Daten belegen, dass Bruststammzellen, aber auch mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark, spontan mit Brustkrebszellen fusionieren und stabile Hybridzellen generieren. Die Charakterisierung von Bruststamm-/ Brustkrebszell-Hybriden ergab, dass diese eine erhöhte Proliferationsrate sowie eine erhöhte Resistenz gegenüber bekannten Chemotherapeutika aufwiesen. Darüber hinaus sprachen diese Hybridzellen, im Vergleich zu ihren Parentalzellen, auf bestimmte Wachstumsfaktoren, für die eine Rolle bei der organgerichteten Metastasierung gezeigt werden konnte, mit einer erhöhten migratorischen Aktivität an. Dies lässt vermuten, dass durch Zellfusion metastatogene Tumor(hybrid)zellen entstehen können. Weiterhin belegen unsere Daten, dass es durch die Zellfusion zu einer veränderten Kinetik von Signaltransduktionskaskaden und deren Crosstalks in den Hybridzelllinien kommt. So weisen Bruststamm-/ Brustkrebszell-Hybride zum Beispiel einen unterschiedlichen RAF-AKT crosstalk auf, der zur Folge hat, dass die Hemmung der PI3K mit Ly294002 nicht zu einer Hemmung, sondern zu einer Stimulation der Migration führte. Da der PI3K/AKT Signaltransduktionsweg als Therapieoption bei u.a. Brustkrebserkrankungen Verwendung findet, könnten unsere Studien auf mögliche Nebeneffekte hindeuten.

Zusammenfassend gehen wir davon aus, dass derartige Fusionsprozesse eine wichtige Rolle bei der Tumorprogression spielen können. Denkbar ist jedoch auch, dass derartige Fusionsprozesse bei der Entstehung von so genannten „Recurrence Cancer Stem Cells“, welche Rezidive nach überstandener Krebstherapie hervorbringen und die von uns erstmals postuliert wurden, eine Rolle spielen können. Viele Rezidive sind dadurch gekennzeichnet, dass sie im Vergleich zum originären Tumor eine erhöhte Malignität sowie eine Resistenz gegenüber Chemotherapeutika/ Bestrahlung aufweisen. Diese Charakteristika zeigen auch Hybridzellen, die aus (Brust)-Stammzellen und Brustkrebszellen bzw. aus murinen Knochenmarkstammzellen und murine Mammakarzinomzellen hervorgegangen sind. Insbesondere letztere weisen eine starke Überexpression des ABC Multidrugtransporters Abcb1a/ Abcb1b (murines Homolog zu ABCB1/MDR) auf, was mit einer deutlich erhöhten Resistenz dieser Hybridzellen gegenüber 17-DMAG, Doxorubicin, Etposid und Paclitaxel korreliert.Quantifizierung der Zellfusion mittels Cre-Lox RekombinationDieses Projekt beschäftigt sich mit der Fragestellung, welche Faktoren die Fusion zweier Zellen begünstigen bzw. ursächlich daran beteiligt sind. Als Modell werden die bereits beschriebenen Tumorzellen verwendet, die mit einem Double-Floureszenz-Vektor transfiziert worden sind.

Der Vektor codiert für ein rot fluoreszierendes Protein, welches von zwei loxP Sequenzen flankiert ist, sowie ein grün fluoreszierendes Protein. Naive Zellen exprimieren das rot fluoreszierende Protein exprimieren. Als Fusionspartner wird eine Zelllinie (z.B. Brustepithelzellen, Makrophagen) verwendet, die stabil mit einem Cre-exprimierenden Plasmid transfiziert wurde. Nach Fusion beider Zellen kommt es zu einer Cre-mediierten Rekombination in den Hybridzellen, bei der die Sequenz für das rot fluoreszierende Protein herausgeschnitten wird. Nachfolgend wird das grün fluoreszierende Protein exprimiert, welches durch entsprechende Methoden, wie z.B. Durchflusszytometrie detektiert und quantifiziert werden kann.

Mittlerweile konnte der Assay etabliert werden, mit dessen Hilfe verschiedene Zytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren oder auch Exosome auf deren Einfluss auf die Fusion zwischen humanen Brustepithelzellen sowie humanen Brustkrebszellen untersucht werden konnte, sowohl unter normoxischen als auch hypoxischen Bedingungen. Unsere Daten deuten darauf hin, dass sowohl das pro-inflammatorische Zytokin TNF-alpha sowie Hypoxie eine deutlich erhöhte Fusionsrate zwischen den genannten Zelltypen bewirken.

Ansprechpartner: Dr. T. Dittmar, AG Stammzellen, Institut für Immunologie, Private Universität Witten/ Herdecke gGmbH, Stockumer Str. 10, 58448 Witten. Tel: +49 (0)2302 926165, FAX: +49 (0)2302 926158; E-Mail: thomas.dittmar[at]uni-wh.de.

Stammzellforschung am Institut für Forschung in der operativen Medizin (IFOM)

 

Das IFOM am Campus Köln-Merheim beschäftigt sich in zwei Integrierten Arbeitsgruppen mit aktuellen Entwicklungen in der Stammzellforschung.

Humane mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe und deren Einsatz im Rahmen von Wundheilungsprozessen


In diesem translational ausgerichteten Forschungszweig wird das Regenerationspotential chronischer Wunden durch stammzellinduzierte Modulation humaner Keratinozyten untersucht. In einem eigens entwickelten in-vitro-Wundmodell wird das Proliferations- und Migrationsverhalten sowie das spezifische Genexpressionsmuster von Keratinozyten analysiert. Über parakrine Eigenschaften adipöser Stammzellen sowie direkte Zell-Zell-Interaktionen kommt es zur Stimulation humaner Keratinozyten. Hierbei werden die in Wundheilungsprozessen entscheidenden Wachstumsfaktoren (VEGF, PDGF, KGF, bFGF) und Proteasen (MMP-1, MMP-2, MMP-9) besonders berücksichtigt. Ziel ist eine autologe Transplantation adipöser Stammzellen zur Verbesserung der Heilung chronischer Wunden.

Zellersatztherapie nach Schädel-Hirn-Trauma

Das Schädel-Hirn-Trauma (SHT) ist die führende Ursache für Tod und Behinderung weltweit und stellt ein relevantes medizinisches und sozioökonomisches Problem der heutigen Gesellschaft dar. Bisher führte keine Therapie zu einem therapeutischen Erfolg  mit  Wiederherstellung der traumatisch geschädigten Zellen und konsekutiver neurofunktioneller Verbesserung. Aufgrund der Möglichkeit von neuralen Stammzellen/ Vorläuferzellen (NS/P Zellen) alle gehirnspezifische Zellen zu  generieren, sind diese als vielversprechende Zellresource einer möglichen Ersatztherapie in der Behandlung verschiedener intrazerebraler ZNS-Erkrankungen zu sehen.  Embryonale Stammzellen (ES) als mögliche Zellersatztherapie haben eine hohe Plastizität und können zu NS-Zellen differenzieren. Allerdings ist ihr klinischer Einsatz aufgrund ethischer und immunologischer Gründe sehr erschwert. Durch die Generation von körpereigenen, induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) besteht die Option, dies zu umgehen. Der klinische Einsatz von iPS-Zellen als Ersatz irreversibel geschädigter neuraler Zellen bedarf allerdings zuvor einer genauen präklinischen Prüfung. Hierbei muss insbesondere sichergestellt werden, dass keine Tumorigenität verbleibt. Körpereigene iPS-Zellen sollen im IFOM in einem klinisch relevanten Tiermodell des SHT geprüft, der optimale Transplantationszeitpunkt und -ort, sowie die effektivste Zellkonzentration ermittelt werden. Analysiert wird die Zellmigration, die Integration in das umliegende und geschädigte Hirngewebe, die interzelluläre Konnektivität und Zelldifferenzierung. Neben der zell- und molekularbiologischen Untersuchung wird in kognitiven und Verhaltenstests die Effektivität der iPS-Zelltransplantation geprüft.

Ansprechpartner: Univ.-Prof. Dr. Prof. h.c. Edmund A. M. Neugebauer, Lehrstuhl für Chirurgische Forschung, Private Universität Witten/Herdecke gGmbh, Ostmerheimer Str. 200 , Haus 38, 51109 Köln. Tel: +49 (0)221 98957-0, FAX: +49 (0)22198957-30, E-Mail: ifom-neugebauer-sek[at]uni-wh.de

Stammzellforschung am Institut für Virologie und Mikrobiologie Stabile Transduktion von Stammzellen in der Zelltherapie (Leitung: Prof. Dr. Anja Ehrhardt)

 

Die Zell-und Gentherapie ist ein zukunftsträchtiger Ansatz für die Behandlung verschiedenster genetischer Erkrankungen.

Klinische Studien, in denen genetisch modifizierte Stammzellen eingesetzt worden sind, haben gezeigt, dass die stabile Transduktion von Stammzellen Risiken aufweist. Diese Risiken entstehen durch die Eigenschaften der rekombinanten Viren, die zur Integration der therapeutischen DNA in die Wirtschromosomen eingesetzt worden sind. Der Grund hierfür ist, dass diese Viren nach der Integration in das Wirtsgenom das Expressionsprofil der transduzierten Zellen entscheidend verändern können und somit durch ihre Genotoxizität zur insertionellen Mutagenese oder sogar zur maligen Entartung führen können.

In den vergangenen Jahren haben wir alternative Methoden zur Insertion therapeutischer DNA in die Wirtschromosomen  entwickelt, die vor allem auf dem Integrationsmechanismus der Sleeping Beauty Transposase oder der Phagenintegrase PhiC31 basieren. Mittels unserer viralen Hybridvektoren, die die hohe Transduktioneffizienz verschiedenster Zellen mit Viren mit den Integrationsmaschinerien dieser Rekombinasen kombinieren, haben wir gelernt, fremde DNA effizient in die Zielzellen einzuschleusen und langfristig zu erhalten. Um die potentielle Genotoxizität weiter zu verringern, werden wir uns am Institut für Virologie und Mikrobiologie in den nächsten Jahren auf die neuesten Werkzeuge für die spezifische Integration in das Wirtsgenom konzentrieren. Diese basieren vor allem auf Zinkfinger-Nukleasen oder „transcription-activator-like effector“ Nukleasen (TALENs).

Ansätze für den Einsatz dieser Werkzeuge sehen wir in der Stammzellforschung und in der Stammzelltherapie. Ein großes Anwendungsgebiet ist die Zelltherapie, in der genetisch korrigierte Stammzellen für die Behandlung verschiedenster Krankheiten eingesetzt werden. Wir fokussieren uns zur Zeit auf die stabile Transduktion von hämatopoetischen Stammzellen mittels neuartiger Adenoviren. Ein anderes Anwendungsgebiet könnte die genetische Markierung von Stammzellen mittels Markergene interessant sein, um die Migration oder die Entwicklung dieser Stammzellen in vivo zu verfolgen.

Stammzellforschung in der Abteilung für Parodontologie

 

Die Abteilung für Parodontologie (Leitung: Prof. Dr. A. Friedmann) untersucht den möglichen Einsatz von adulten parodontalen Stammzellen zur Regeneration parodontaler Defekte.

Ausgangsmaterial für die Stammzellen ist hierbei sowohl das entzündlich veränderte parodontale Gewebe sowie das subepitheliale Bindegewebe des Gaumens. Beide Gewebetypen werden mittels mikrochirurgischer, minimal-invasiver Vorgehensweise entnommen. Aus dem parodontalen Gewebe werden die „human periodontium-derived stem cells“ (pdSCs) isoliert, wohingegen aus dem Gaumengewebe die so genannten „palatinal stem cells“ (palSCs) gewonnen werden. Beide Stammzellpopulationen wachsen in Kultur zu Sphären heran. Diese als „Dentosphären“ bezeichneten Zellaggregate sind selbstadhärente, dreidimensionale Zellcluster, die den in vitro Kulturen neuraler Stammzellen (Neurosphären) ähneln. Die Charakterisierung der expandierten Zellen mittels PCR, Durchflusszytometrie und Immunhistochemie ergab die Expression von stammzellrelevanten Markermolekülen, wie z.B. Nestin und Sox-2. Das Migrationspotential dieser Zellkonglomerate in einer dreidimensionalen Kollagenmatrix ist untersucht und die Proliferation auf Oberflächen, die in der dentalen Implantologie in Anwendung sind, beobachtet worden. Die in vitro gewonnen Ergebnisse zur Charakterisierung und zum Migrationsverhalten dieser adulten Stammzellen aus der Mundhöhle (pdCSs, palSCs) werden z.Z. im Journal of Periodontal Research veröffentlicht.  Diese Daten deuten an, dass adulte Stammzellen aus der Mundhöhle (pdCSs, palSCs) zur Besiedelung von parodontalen Defekten befähigt sind. Weitere Untersuchungen sind in Planung, um die Differenzierungspotentiale der Zellcluster (palSCs und pdSCs) auf verschiedenen Oberflächen unter verschiedenen Stimulationsprotokollen zu beleuchten und die Expressionsmuster der „Dentosphären“ kennen zu lernen und weiter zu charakterisieren.

In einer Kooperation mit der Forschungsgruppe an der Universität Tel Aviv und an der Hadassa Universität Jerusalem soll die Verwendbarkeit von Zellen aus der Lamina propria für die Gewinnung parodontaler Stammzellen beim Erwachsenen überprüfen.

Ansprechpartner: Univ.-Prof. Dr. A. Friedemann, Abteilung für Parodontologie, Fakultät für Gesundheit - Department für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde,

Private Universität Witten/ Herdecke gGmbH,

Alfred-Herrhausen Str. 45, 58448 Witten.

Tel: +49 (0)2302 926 656 (Sekretariat),

FAX: +49 (0)2302 926 610,

E-Mail: wolfg[at]uni-wh.de

Ihr Ansprechpartner für die Universität Witten/Herdecke ist Dr. T. Dittmar.

Sie erreichen ihn unter Tel. 02302 926165.

Ergänzende Informationen

Für weiterführende Informationen zu den Standorten und den jeweiligen Arbeitsgruppen klicken Sie bitte auf die Überschriften.