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Glanzlichter biomedizinischer Forschung

Kann man Zellen aus alten bzw. degenerativen Sehnen „verjüngen“?

Sehnen sind hierarchisch organisierte Bindegewebe, die als "Kraftüberträger" der Muskulatur auf das knöcherne Skelett agierenund somit entscheidend an der Bewegung des Körpers beteiligt sind. Sehnenrupturen, vor allem der Achilles-, aber auch der Patellarsehne oder der Sehnen an der Schulter, sind häufig und werden oftmals durch altersbedingte Gewebedegeneration begünstig. Darüber hinaus ist das Heilungspotential bei Sehnen relativ schlecht, was sich vor allem bei älteren Menschen aufgrund einer Erschöpfung der Sehnenstammzellen in Verbindung mit einer beeinträchtigten Zellfunktion erklären lässt. Adulte Sehnen sind hypozellulär, wobei circa 95 Prozent der identifizierten Zellen terminal differenzierte Tenozyten sind. Darüber hinaus beherbergen Sehnen eine einzigartige Zellpopulation, die als Sehnenstammzellen / Vorläuferzellen (TSPCs) bezeichnet werden und als wichtig für die Gewebehomöostase und den Gewebeheilungsprozess angesehen werden. Daher sind TSPCs in Kombination mit Biomaterialien und biologischen Faktoren ein vielversprechender Ansatz für die Verbesserung der Sehnenheilung.

In der vorliegenden Publikation untersuchte das Team des Labors für Experimentelle Unfallchirurgie des UKR (Leitung: Prof. Dr. Denitsa Docheva, Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Direktor: Prof. Dr. Dr. Volker Alt) eine Verjüngungsstrategie für humane TSPCs, die aus alten / degenerierten Achillessehnen (A-TSPCs) stammten. Die Hauptstrategie bestand darin, die A-TSPCs in dreidimensionale Nanofaser-Hydrogele einzubinden und sie parallel mit jungen / gesunden TSPCs (Y-TSPCs) zu vergleichen. Solche Hydrogele haben generell die Fähigkeit, sich selbst zu organisieren und eine nanofaserige 3D-Nische zu bilden. Durch Hinzufügen kleiner Peptiden können sie weiter funktionalisiert werden. Zellüberlebens-, Sterbe- und Wachstumsassays zeigten, dass die Nanofaser-Hydrogele A-TSPCs auf vergleichbare Weise wie Y-TSPCs unterstützen. Darüber hinaus verjüngten sie A-TSPCs zu einem Y-TSPCs-ähnlichen Phänotyp, was durch die wiederhergestellte Zellmorphologie und Zytoskelettarchitektur belegt wurde. Transmissionselektronen-, konfokale Laserscanning- und Rasterkraftmikroskopie zeigten eine vergleichbare Ultrastruktur, Oberflächenrauheit und Elastizität von beiden Hydrogel-Typen. Schließlich ergaben sich ähnliche Genexpressionsprofile sowie eine signifikante Hochregulation von Genen, die im Zusammenhang mit Tenogenese und Multipotenz stehen. Zusammengefast übten die Nanofaser-Hydrogele eine "verjüngende" Wirkung auf die A-TSPCs aus, indem sie in vitro spezifische Merkmale der natürlichen Mikroumgebung menschlicher TSPCs nachahmten.

Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass das Zellverhalten von alten bzw. degenerativ vorgeschädigten Sehnenzellen durch Biomaterialien, in diesem Fall durch Nanofaser-Hydrogele, gesteuert und zur "Verjüngung" der Zellen genutzt werden kann. Insgesamt verfügt diese Strategie über das Potenzial, spezifische Herausforderungen der Zellalterung und -degeneration zu bewältigen und dadurch die Sehnenheilung bei älteren Patienten zu verbessern und zu beschleunigen.

Publikation

Yin H., Strunz F., Yan Z, Lu J, Brochhausen C, Kiderlen S, Clausen-Schaumann H, Wang X, Gomes ME, Alt V., Docheva D. "Three-dimensional self-assembling nanofiber matrix rejuvenates aged/degenerative human tendon stem/progenitor cells.” Biomaterials. 2020 Apr.
 
doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.119802.

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Dr. Heyong Yin                                 (geteilte Erstautorschaft)
Dr. Heyong Yin
Doktorand des Labors für Experimentelle Unfallchirurgie
E-Mail: heyong.yin@ukr.de
Franziska Strunz (geteilte Erstautorschaft)
Franziska Strunz
Masterstudentin des Labors für Experimentelle Unfallchirurgie und MSc-Programm „Molekulare Medizin“, Universität Regensburg
E-Mail: Franziska.Strunz@stud.uni-regensburg.de
Prof. Dr. Dr. Volker Alt Prof. Dr. Dr. Volker Alt
Direktor der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie
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Prof. Dr. Denitsa Docheva Prof. Dr. Denitsa Docheva
Leiterin des Labors für Experimentelle Unfallchirurgie
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Letzte Aktualisierung: 03.08.2020 | Online-Redaktion
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