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B1: Kontrolle und Steuerung der Adhäsion und der osteogenen Differenzierung


Möller, Martin, Prof. Dr. rer. nat.,
deutsch

DWI an der RWTH Aachen e.V.

 

Rychly, Joachim, Prof. Dr. rer. nat., deutsch

Universität Rostock

Medizinische Fakultät, Arbeitsbereich Zellbiologie

 

Verantwortlicher Wissenschaftler Standort Ulm:

Brenner, Rolf, Prof. med.,  deutsch

Universität Ulm

Abteilung Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen




Das Ziel des Teilprojekts B1 bestand darin, grundlegende Erkenntnisse über die Steuerung mesenchymaler Stammzellen durch das Adhäsionssubstrat zu gewinnen. Die Adhäsion der Zellen über Integrine ist u. a. auch entscheidend für die Übertragung mechanischer Reize und deren Einfluss auf die biologischen Funktionen der Zellen. Mit Hilfe einer eigens entwickelten Methode zur direkten mechanischen Stimulation von Integrinrezeptoren gelang es, die Kombination von Zellmechanik und Funktionalisierung des Adhäsionssubstrates zu untersuchen. Als Voraussetzung dafür war die interdisziplinäre Kooperation zwischen der Arbeitsgruppe Möller (Aachen), die die Adhäsionssubstrate generierte mit den beiden zellbiologisch orientierten Arbeitsgruppen aus Rostock und Ulm notwendig. Die wesentlichen Erkenntnisse, die im Rahmen des Projektes gewonnen wurden, beziehen sich auf die komplexe Beeinflussung von Mechanik, Adhäsionssubstrat und löslichen Faktoren im Kulturmedium vor allem auf die osteogene Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen. Als Beispiel führte die mechanische Stimulation der Integrine zu einer verstärkten Expression von VEGF, wenn Zellen auf Polystyrol kultiviert werden, während die Expression von Kollagen I durch mechanische Reize bei Kultivierung der Zellen auf RGD-Peptiden oder Fibronektin stimuliert wurde. Wesentliche Erkenntnisse zur Zellform, Interaktion der Zellen und Migrationsverhalten konnten durch Kultivierung der Stammzellen auf einem Streifenmuster von RGD-Peptiden und Fibronektin gewonnen werden. Diese Ergebnisse sind Basis für weiterführende Studien zur Steuerung funktioneller Eigenschaften durch strukturierte Adhäsionssubstrate. Generell sind die gewonnenen Ergebnisse aus diesem Teilprojekt von Bedeutung für das Tissue Engineering, um die Bedingungen einer Stammzellnische nachzubilden.