Therapeutic potential of fetal MSC and fetal Chondrocytes derived secretome on inflamed chondrocytes and synoviocytes in vitro

Kurzbezeichnung

Fetal-mimetic therapy of osteoarthritis

Einrichtung Vetmeduni

Klinisches Zentrum für Pferde

Art der Forschung

Grundlagenforschung

Forschungsschwerpunkt

Regenerative Medizin

Abstract

Osteoarthritis (OA), eine chronische, beeinträchtigende Gelenkerkrankung, von der ca. 70 Millionen Menschen in Europa und 240 Millionen Menschen weltweit betroffen sind (Cucchiarini et al., 2016) und ist mit erheblichen Schmerzen und sozioökonomischen Kosten verbunden. Derzeit gibt es keine Behandlung, die die fortschreitende Degeneration des Gelenkknorpels bei OA aufhält. Die regenerative Medizin hat das Potenzial, dieses klinische Manko zu überwinden. Die Stammzelltransplantation, eine bisher als vielversprechende angesehene Behandlungsmöglichkeit, unterliegt jedoch Einschränkungen in Bezug auf Sicherheit, Immunogenität, regulatorische Hürden und begrenzte Überlebensdauer der implantierten Zellen, Implantationsfähigkeit und Differenzierung der transplantierten Zellen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Wirksamkeit von mesenchymalen Stamm-/Stromzellen (MSCs) weitgehend auf ihre parakrinen Effekte zurückzuführen ist. Dem enstprechend wurde das therapeutische Potenzial des Stammzellsekretoms (lösliche und vesikuläre biologisch aktive parakrine Faktoren (Proteine, Lipide, miRNA, mRNA), die von der Spenderzelle sezerniert werden) und der extrazellulären Vesikel (EVs) als gleichwertig mit den Mutterzellen bei einer Reihe von Krankheiten wie Schlaganfall, Graft-versus-Host-Krankheit und Osteoarthritis nachgewiesen (Lener et al., 2015); (Doeppner et al., 2015). Da die parakrine Aktivität und Wirksamkeit von der Herkunft der Zellen, dem Differenzierungsstatus und dem Alter des Spenders abhängt, wobei fötale Zellen und Zellen differenzierte Zelllinie im Vergleich zu gealterten oder undifferenzierten Zellen bessere Ergebnisse erzielen (Kusuma, Carthew, Lim, & Frith, 2017; Park, Ahn, Sung, Ahn, & Chang, 2018), stellt das Sekretom fötaler Zellen eine vielversprechende Behandlungsmöglichkeit dar. Die Verwendung parakriner Faktoren zur Herbeiführung einer funktionellen Heilung und Regeneration des osteoarthritischen Gelenks vermeidet die Probleme, die damit verbunden sind, exogen kultivierte Zellen in eine entzündliche und degenerative Mikroumgebung zu zwingen. Fötale Zellen bieten den zusätzlichen Vorteil, dass ihre endogene Regenerationskapazität höher ist, wie die vollständige Regeneration von fötalem Knorpel nach einer Verletzung zeigt, während die begrenzte Reparaturkapazität von erwachsenem Knorpel zur Narbenbildung aus faserig-knorpeligem Gewebe führt. Reife Zellen, die einer jugendlichen Umgebung ausgesetzt sind, können sich jedoch umprogrammieren und ihr Regenerationspotenzial wiedererlangen, was die Entwicklung neuer Regenerationsstrategien zur Verjüngung des Selbstreparaturmechanismus fördert (Conboy et al., 2005; Ribitsch, Bileck, Aldoshin, et al., 2021; Ribitsch, Bileck, Egerbacher, et al., 2021; Ribitsch et al., 2018). Daher verfolgt dieses Projekt einen neuartigen regenerativen In-situ-Ansatz, der das inhärente Potenzial fetaler parakriner Faktoren nutzt, um das osteoarthritische Milieu in Richtung einer pro-regenerativen Umgebung und adulte Chondrozyten in Richtung eines stabilen chondrogenen Phänotyps zu modulieren (Abb. 1). Zu diesem Zweck werden wir eine in unserem Labor etablierte Biobank fetaler und adulter Zellen nutzen und die fetalen Zellen in Hohlfaser-Bioreaktoren (HBS) kultivieren, um große Mengen an Sekretom zu gewinnen. Das regenerative Potenzial dieser Sekretomfraktionen wird mit zellbasierten Bioaktivitätstests bewertet und mit Hilfe von Proteomiks, Lipidomiks und Transkriptomiks charakterisiert.