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The role of three non-collagenous extracellular matrix proteins during adhesion and differentiation of human mesenchymal stem cells
Maria Halbig
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Ernst Müllner
DOI
10.25365/thesis.29063
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29233.89406.928261-6
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Interaktionen von Zellen mit ihrer natürlichen Umgebung beeinflussen deren Verhalten in vielerlei Hinsicht einschließlich der Zelladhäsion, Proliferation und Differenzierung. Ein grundlegendes Verständnis dieser Wechselwirkungen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung verbesserter Materialen für Implantate innerhalb der Knochengewebsregeneration.
Die aus dem adulten Knochenmark stammenden mesenchymalen Stammzellen (MSZs) sind aufgrund mehrerer Eigenschaften vielversprechende Kandidaten für die Knochengewebsregeneration. Humane MSZs (hMSZs) besitzen ein hohes Proliferations- und Differenzierungspotential sowie inhärente immunmodulatorische Eigenschaften. Darüber hinaus sind sie leicht aus dem Knochenmark zu isolieren.
Humane MSZs können sich durch den Einfluss verschiedener Faktoren wie Zytokine, Wachstumsfaktoren und Moleküle der extrazellulären Matrix zu Osteoprogenitoren und anschließend zu Osteoblasten entwickeln. Diese Eigenschaften sind gleichermaßen erwünscht wenn MSZs in den Kontakt mit Knochen-Implantat Materialien kommen.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der im Knochen vorkommenden Glykoproteine Fibronektin, Vitronektin und Osteopontin auf hMSZs im Hinblick auf ihre Adhäsion, Proliferation, projizierte Zellfläche und fokale Adhäsionen (FAs) untersucht. Weiterhin werden die osteogene Differenzierung sowie das Expressionsmuster der α5β1 und αvβ3- Integrine der hMSZs am Tag 1, 5 und 10 nach Aussähen der Zellen auf die mit Proteinen der extrazellulären Matrix beschichteten Oberflächen ermittelt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Fibronektin den Umsatz der FAs sowie das Zell- „Spreading“ der hMSZs erhöht. Des Weiteren verstärken Fibronektin und Osteopontin die osteogene Differenzierung der hMSZs.
Während Fibronektin eine sehr frühe Festlegung der Differenzierungslinie nach bereits fünf Tagen unter osteogenen Bedingungen ermöglicht, scheint die osteogene Differenzierung von hMSZs auf Osteopontin und Vitronektin-beschichteten Substraten durch avß3-Integrine in hMSZs verzögert geregelt zu werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Einblicke in die Regulationsmechanismen der hMSZs, ihrer Adhäsion an Moleküle der extrazellulären Martrix und unterstreichen die Notwendigkeit für weitere Studien und einer verbesserten Kenntnis der Interaktionen von hMSZs mit der extrazellulären Matrix.
Abstract
(Englisch)
The cellular environment affects cell behavior in multiple ways including cell adhesion, proliferation, and differentiation. Understanding these mechanisms is an essential requirement for the development of improved implant materials for bone tissue regeneration. Adult bone marrow derived mesenchymal stem cells (MSCs) are promising candidates for bone tissue regeneration studies due to several characteristics including their large differentiation and proliferation capabilities as well as inherent immunomodulatory properties. Furthermore, they are easy to isolate from bone marrow. Upon specific stimulation including cytokines, growth factors and extracellular matrix (ECM) molecules, MSCs undergo osteogenic differentiation. In bone MSCs are recruited to sites of injuries, proliferate and differentiate into bone forming osteoblasts. Accordingly, these characteristics of human MSCs (hMSCs) are desired when they come into contact with bone implant material.
In this work, the influence of the glycoproteins fibronectin, vitronectin and osteopontin, which are present in bone, on hMSC adhesion, proliferation, projected cell area and focal adhesion (FA) formation are examined. Furthermore, osteogenic differentiation as well as α5β1 and αvβ3 integrin expression patterns were evaluated for day 1, 5, and 10 after exposing cells to the ECM proteins.
This work shows that fibronectin enhances FA turnover and spreading in hMSCs. Furthermore, fibronectin and osteopontin were detected to enhance hMSC osteogenic differentiation. Whereas fibronectin enabled a very early lineage commitment after 5 days under osteogenic media conditions, osteogenic differentiation of hMSCs on osteopontin and vitronectin-coated substrates seems to be regulated in a delayed manner by αvβ3 integrins in hMSCs.
These results provide novel insights into the regulatory mechanisms of hMSC adhesion to ECM molecules and highlight the need for further studies and improved knowledge about hMSC-ECM interactions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Adhesion Human mesenchymal stem cells osteoblastic differentiation glycoproteins bone extracellular matrix
Schlagwörter
(Deutsch)
Adhäsion Humane mesenchymale Stammzellen osteoblastische Differenzierung Glycoproteine Knochenmatrix
Autor*innen
Maria Halbig
Haupttitel (Englisch)
The role of three non-collagenous extracellular matrix proteins during adhesion and differentiation of human mesenchymal stem cells
Paralleltitel (Deutsch)
Drei nicht-kollagene extrazelluläre Matrix Proteine und ihre Rolle während der Adhäsion und Differenzierung von menschlichen mesenchymalen Stammzellen
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
87 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Ernst Müllner
AC Nummer
AC11642221
Utheses ID
25938
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |