Plastizität von schnell teilenden humanen mesenchymalen Stammzellen auf Einzelzellebene

Zellkulturen humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSC) enthalten
überwiegend drei Subpopulationen: spindelige fibroblastenähnliche
Zellen, große abflachte Zellen und kleine hoch proliferative
Zellen, die sogenannten rapidly self-renewing cells (RS-Zellen).
Ziel dieser Studie war zunächst die Isolation dieser RS-Zellen auf
Einzelzellniveau und ihre anschließende klonale Expansion auf eine
für Folgeexperimente hohe Zellzahl. Das Hauptziel war das
Stammzellkriterium der Plastizität für eine RS-Zelle durch
Differenzierung in die adipogene, osteogene und chondrogene
Richtung ausgehend von einer Zelle nachzuweisen. HMSCs der Fa.
Cambrex (USA) wurden entsprechend den Herstellerangaben kultiviert.
Einzelne Zellen wurden mittels single cell picking isoliert und
klonal expandiert sowie anschließend entweder nach
Standardprotokollen adipogen, osteogen und chondrogen
differenziert, oder als Kontrolle unstimuliert kultiviert. Die
histologische Auswertung der Differenzierung erfolgte mit Oil
Red-O- (Fettzellen), von Kossa- (Knochenzellen) und Toluidin Blau-
(Knorpelzellen) Färbung. Für die chondrogene Differenzierung wurde
zudem eine spezifische Immunfluoreszenzfärbung gegen Kollagen
Typ-II durchgeführt. Nach Optimierung des Isolationsverfahrens
mittels Einzelzellpickens konnte ausgehend von einer einzelnen
Zelle die Zellzahl innerhalb von 5 Wochen auf ca. 1 Mio. Zellen
expandiert werden. Die adiopogene, osteogene und chondrogene
Differenzierung konnte bei den stimulierten RS-Zellen durch die
oben beschriebenen histologisch Färbemethoden nachgewiesen werden.
Die unstimulierten Kontrollen veränderten sich nicht. Die Versuche
wurden stets mit einer heterogenen Kontrollgruppe durchgeführt. In
dieser Studie ist es gelungen, ausgehend von einer einzelnen
RS-Zelle, die Differenzierung in drei verschiedene Richtungen
nachzuweisen. Somit konnten für die RS-Zellen erstmals die
Stammzellkriterien einer hohen Replikationsrate sowie die
Plastizität durch Differenzierung in drei mesenchymale Gewebetypen
nachgewiesen werden. Zudem konnten für die Klassifizierung der
RS-Zellen in Bezug auf Morphologie und Wachstumskinetik wichtige
Erkenntnisse erbracht werden. Aufgrund ihrer Vermehrungsfähigkeit
in vitro sind RS-Zellen für das tissue engineering besonders von
Bedeutung. Jedoch bedarf es weiterer Studien, um das Verhalten der
RS-Zellen als Subpopulation der humanen mesenchymalen Stammzellen
besser zu verstehen.