BREATH-Wissenschaftlerin entwickelt Protokoll zur Generierung klinisch relevanter Mengen von Endothelzellen

Endothelzellen (ECs) sind an verschiedensten zellulären Prozessen beteiligt, wie z.B. der Immunantwort, Entzündungen und Regulation des Blutflusses. Sie werden in Zelltherapien verwendet und sind eine wichtige Komponente bei der Herstellung von Gewebekonstrukten sowie in in vitro Krankheitsmodellen. Obwohl die Isolierung primärer ECs aus verschiedenen Quellen gezeigt werden konnte, stellt die Generierung ausreichender Zellmengen in stabiler Qualität noch immer eine Hürde dar. Dr. Ruth Olmer konnte nun ein skalierbares Protokoll zur Generierung von ECs aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen entwickeln.

Endothelzellen (ECs) – spezialisierte, flache Zellen, die die Innenseite der Blutgefäße auskleiden, sind an verschiedenen zellulären Reaktionen beteiligt. Veränderungen der Zellfunktion stehen mit einer Reihe von krankhaften Prozessen wie der Arteriosklerose, dem Pumpversagen des Herzens (kongestive Herzinsuffizienz) oder dem Lungenhochdruck (pulmonale Hypertonie) in Verbindung. Daher werden ECs bereits seit längerer Zeit als in vitro Modelle verwendet, um beispielsweise vaskuläre Fehlfunktionen zu untersuchen. Darüber hinaus werden ECs als wichtige Komponenten beim sogenannten Tissue-Engineering eingesetzt. Die Herstellung ausreichender Mengen von ECs in gleichbleibend sehr hoher Qualität für klinische Anwendungen, wie z.B. Zelltherapie, stellt allerdings eine große Hürde dar. Eine alternative Zellquelle zu den limitierten primären ECs sind humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC). Diese Zellen werden durch die sogenannte Reprogrammierung von Körperzellen hergestellt und sind nicht nur in der Lage, sich unendlich zu vermehren, sondern können auch in sämtliche Zellen des Körpers, also auch ECs, differenzieren. Darüber hinaus erlaubt die Reprogrammierung die Herstellung von patienten – bzw. krankheitsspezifischen Zellen.

In der Lungenforschung ist eine angestrebte Anwendung von ECs u.a. die Extrakorporale Membranoxygenierung, (ECMO). Bei diesem Organersatzverfahren, übernimmt eine Maschine zeitweise die Atemfunktioneneines Patienten. Dabei wird Blut kontinuierlich durch einen sogenannten Oxygenator gepumpt, der mithilfe von Membranen den Gasaustausch in der Lunge ersetzt: Kohlenstoffdioxid wird entfernt und das Blut mit Sauerstoff angereichert. In der ECMO werden dazu besondere, gasaustauschende Membranen verwendet. Die Besiedlung dieser Membranen mit Endothelzellen soll die Hämokompatibilität erhöhen und somit die Komplikationen (z.B. Verklumpungen) verringern und die Anwendungsdauer der Gasaustauschmembranen verlängern.

Daneben können ECs, die durch Reprogrammierung von hiPSCs von Patienten mit pulmonaler Hypertonie gewonnen wurden, als neues relevantes in vitro Zellkulturmodel, zur Aufklärung der zu Grunde liegenden Mechanismen der Krankheitsentstehung dienen.

Für diese und andere zukünftige Anwendungen müssen ECs in großer Menge und gleichbleibender Qualität bereitgestellt werden. Eine im Fachjournal Stem Cell Reports publizierte Arbeit der BREATH-Wissenschaftlerin Ruth Olmer, Arbeitsgruppenleiterin an den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) der MHH, stellte nun einen robusten, skalierbaren Ansatz für die effiziente Differenzierung von hiPSCs in ECs vor. Dr. Olmer konnte zeigen, dass mit dem von ihrer Arbeitsgruppe entwickelten Protokoll nicht nur eine große Anzahl ECs erzeugt werden kann, sondern dass die so hergestellten Zellen auch alle für diese Zellen typischen Eigenschaften zeigen und über längere Zeit im Labor vermehrt werden können. Durch dieses Protokoll eröffnen sich für eine Vielzahl von Forschungsfeldern und Anwendungsgebieten, insbesondere die Lungenforschung, neue Möglichkeiten.

 

Text: BREATH / CD

Bild: MHH / Figiel

 

Dr. Ruth Olmer, Wissenschaftlerin bei BREATH und Arbeitsgruppenleiterin an den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) der MHH.