Charakterisierung von humanen mesenchymalen Stammzellen und Zellen der osteoblastären Differenzierungskaskade

Mit zunehmendem Wissen über die Komplexität der Osteogenese wurde
die Aussagekraft einzelner osteoblasten-assoziierter Marker in den
letzten Jahren immer mehr in Frage gestellt. Denn der Nachweis
einzelner Marker erlaubt weder eine eindeutige Identifikation
undifferenzierter hMSC noch eine Abgrenzung von hMSC zu anderen
Reifungsstufen der osteoblastären Kaskade. Das Ziel dieser
Untersuchung war es daher, über die Erstellung eines
immunzytochemischen Färbeprofils mehrerer Marker gleichzeitig,
undifferenzierte hMSC eindeutig zu identifizieren und sie gegenüber
hOB und evtl. weiteren Differenzierungsstufen der osteoblastären
Kaskade abzugrenzen. Durch die Erstellung eines immunzytochemischen
Färbeprofils ist es möglich, heterogene Zellpopulationen auf
Einzelzellniveau zu charakterisieren und sie voneinander zu
unterscheiden. Diese Untersuchung stellt einen sehr
erfolgversprechenden Ansatz dar, undifferenzierte humane
mesenchymale Stammzellen (hMSC) zu identifizieren und sie von
Zellen der osteoblastären Differenzierungskaskade sowie anderen
Zelltypen abgrenzen zu können. Insgesamt konnte in dieser Arbeit
gezeigt werden, dass humane MSC und humane Osteoblasten jeweils
spezifische Färbeprofile aufweisen, die eine eindeutige
Diskriminierung der beiden Zellpopulationen erlauben. Für eine
spezifische Unterscheidung auf Einzelzellnineau ist eine intensive
Suche nach spezifischen Markern oder die Kombination mehrerer
Marker notwendig. Von den in dieser Arbeit ausgewählten Proteinen
ergaben Bone Sialoprotein, Osteocalcin, Decorin sowie Kollagen-IV
und Kollagen-X unterschiedliche Färbemuster. Kollagen-IV und –X
waren besonders in hMSC positiv, weswegen sie sich für eine
Erkennung unreifer osteoblastärer Zellen anbieten. Bone
Sialoprotein, Osteocalcin und Decorin eignen sich dagegen für einen
Nachweis reifer osteoblastärer Zellen, denn sie waren nur in hOB
positiv. Osteocalcin und Decorin erlaubten außerdem eine Abgrenzung
differenzierter hOB. Die Proteine Versican und
Matrixmetalloproteinase-2 erscheinen darüber hinaus für eine
Unterscheidung von osteoblastären und fibroblastären Zellen
nützlich zu sein. Die klassischen osteoblastären Marker alkalische
Phosphatase, Kollagen-I, Osteopontin oder Osteonectin waren für
eine Unterscheidung von hMSC und hOB nicht geeignet, da sie in
beiden Zellpopulationen gleiche Ergebnisse lieferten. Insbesondere
der Wert der alkalische Phosphatase als immunzytochemischer Marker
der osteoblastären Kaskade wird in dieser Untersuchung in Frage
gestellt. Eine osteogene Stimulation von hMSC mit Dexamethason,
b-Glyzerophosphat und Askorbinsäure bewirkte eine deutliche
Veränderung der Morphologie, der Wachstumseigenschaften und des
Färbeprofils. Allerdings konnte durch eine osteogene Stimulation
kein immunzytochemischer Phänotyp von hMSC induziert werden,
welcher identisch mit dem der hOB war. Daher ist es
unwahrscheinlich, dass eine Stimulation in vitro mit den oben
aufgeführten Zusätzen die komplizierten Verhältnisse der
Osteogenese in vivo nachahmen kann.