Einfluss des Sonic Hedgehog Proteins (rekombinant, n-terminal) auf das Wachstum und die Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen in invitro-Kulturen

Abstract

Stammzellen (sowohl embryonale als auch adulte) sind schon seit längerem stark in den Fokus der wissenschaftlichen Bemühungen gerückt, da man nachweisen konnte, dass sie höchst potent für Wachstum und Differenzierung im menschlichen Organismus sind. Mittlerweile sind die Möglichkeiten in Forschung und Wissenschaft fortgeschritten und auch therapeutische Anwendungen und Ansätze haben sich ergeben. Auch adulte mesenchymale Stammzellen erfreuen sich intensiver Beforschung und so ist die vorgelegte Arbeit ein kleiner Baustein, um das tatsächliche Ausmaß der Möglichkeiten mit diesen potenten Zellen zu erkennen. Einen noch weniger beforschten, „neuen“ Signalweg stellt die Hedgehog-Kaskade dar. Ihr Hauptbotenstoff und Initiator ist das Sonic Hedgehog Protein. Mit der Kaskade verbinden sich Wachstum und Proliferation; sowohl benignes als auch malignes. In der vorgelegten Arbeit konnten wir den Nachweis erbringen, dass adulte mesenchymale Stammzellen in Kultur über 3 Wochen unter Einfluss von Shh-Protein sowohl eine Proliferationssteigerung gegenüber einem etabilierten Wachstumsfaktor wie dem Transformierenden Wachstumsfaktor Beta (TGF-ß1) als auch chondrogene Differenzierung zeigen. Dargestellt und durchgeführt wurde dies mit Proliferations-Tests von 3 Tagen und 3 Wochen und Übertragung in Wachstumskurven sowie Viabilitätstestung mit Trypanblau und der Inkorporation von DNS-Bestandteilen (BrdU) in sich teilende Zellen. Die Darstellung von knorpeliger Differenzierung der Zellen wurde mit Aggrecan- und AlcianBlau-Färbung vorgenommen. Unterstützt wurden die Ergebnisse durch RT-PCR vor und nach der Bebrütungszeit und die damit verbundene veränderte Genexpression.

Background: Sonic Hedgehog (Shh) protein is known to be an important signaling protein in early embryogenic development. Also, Shh is involved in the induction of early cartilaginous differentiation of mesenchymal cells in the limb and in the spine.

Methods: The impact of Shh on adult stem cells, human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs), was tested. The MSCs were treated either with recombinant Sonic hedgehog protein (r-Shh) or with transforming growth factor beta 1 (TGF-ß1) as a positive control in vitro for 3 weeks. The effects on cartilaginous differentiation and proliferation were assayed.

Results: MSCs when treated with either Shh or TGF-ß1 showed expression of cartilage markers aggrecan, SOX9, CEP-68, and collagen type II und X within 3 weeks. Only r-Shh-treated cells showed a very strong cell proliferation and much higher BrdU incorporation in cell assay sytems.

Conclusion: These are the first data that indicate an important role of Shh for induction of cartilage production by MSCs in vitro.