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Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die prinzipielle Fragestellung zu beantworten, ob Stammzellen aus humanen Haarfollikeln in ausreichender Menge expandiert werden können und inwieweit eine Differenzierung in neuroendokrine Zellen möglich ist. Es sollte eine Methode zur Isolierung und Langzeitkultivierung von Haarfollikelstammzellen etabliert und optimiert werden, um eine neue Quelle autologer adulter Stammzellen für zelltherapeutische Ansätze zu gewinnen. Durch Verwendung verschiedener Medien und Beschichtungsarten wurde ein Protokoll entwickelt, aus Dispase-verdauten Hautbiopsien Progenitorzellen zu isolieren. Die auf diese Weise expandierten Zellen wurden mit FACS-Analyse, RT-PCR und Immunhistologie charakterisiert. Im letzten Teil der Arbeit wurde durch Zugabe von spezifischen Faktoren die Fähigkeit zur Differenzierung in unterschiedliche Zelltypen untersucht. Nach Austestung verschiedener Zellkulturbedingungen wurde eine neue Population von Zellen aus der Haarfollikelregion isoliert. Diese Zellen, die als hBSCs bezeichnet wurden, waren über mehr als 30 Passagen mit stabilem Phänotyp kultivierbar (Self-Renewal). Zudem waren sie im Colony-Unit-Assay positiv und zeigten die Expression pluripotenter (Oct4) und multipotenter Stammzellmarker (Nestin, BCRP1, Sox2). Die molekulare Signatur der hBSCs zeigt einige Übereinstimmung mit Merkelzellen, neuroektodermalen Zellen der Haut, die eine Rolle als Mechanorezeptoren und neurosekretorische Zellen der Haut spielen. Unter Verwendung von etablierten Protokollen wurde die Fähigkeit der Differenzierung in Adipozyten, Osteoblasten, glatte Muskelzellen, Neuronen und endokrine Zellen untersucht. Der Nachweis der Entwicklung von glatten Muskelzellen, Neuronen und in eingeschränktem Maße auch Adipozyten belegt die Multipotenz der hBSCs. Darüber hinaus besitzen die hBSCs die Fähigkeit, stimulusabhängig Somatostatin zu exprimieren und zu sezernieren. Somit ist es erstmals gelungen, humane adulte Stammzellen/Progenitorzellen mit neuroendokrinen Eigenschaften zu isolieren. Zusammenfassend ist es in der vorliegenden Arbeit gelungen, eine Methode zu etablieren, mittels derer eine neue Population von humanen multipotenten Stammzellen aus der Haarfollikelregion in Langzeitkultur expandiert werden konnte. Die Plastizität der hBSCs und insbesondere die Differenzierung in reife endokrine Zellen muss in weiteren Studien untersucht werden.

Das Pankreaskarzinom ist eine der tödlichsten Tumorerkrankungen mit fataler Prognose nach Diagnosestellung. Neben der Frage nach neuen Therapiestrategien, um die Prognose weiter zu verbessern, stellt sich auch die Frage nach neuen Möglichkeiten der Frühdiagnostik. Die schlechten Resultate und Prognosen beim Pankreaskarzinom bedingt durch die späte Diagnosestellung bei Mangel an Symptomen während der Frühphase der Erkrankung stellen eine große Herausforderung dar. Die Zahl der Menschen, die an Pankreaskarzinom erkranken, ist in Deutschland fast unverändert. Ein Ziel dieser Arbeit war die Evaluation der antiangiogenetischen Aktivität des Zytoskelettinhibitors ZD6126, einem Verwandten der Herbstzeitlosen Colchizin, als Therapiestrategie gegen das Primärtumorwachstum und die Metastasierung beim humanen Pankreaskarzinom im Nacktmausmodell. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß in vitro ein klares antiangiogenetisches Potential auf proliferierende Endothelzellen durch ZD6126 gezeigt werden konnte, welches in vivo nach orthotoper Pankreasimplantation zu einer deutlichen Hemmung des Primärtumorwachstums führte. Dieser Effekt kann durch die Kombinationstherapie mit dem klassischem Chemotherapeutikum (hier Gemcitabine) verstärkt werden. Allerdings konnte im Metastasenexperiment nach orthotoper Milzinjektion bei der Fragestellung eines inhibitorischen Effektes auf die Metastasierung kein statistischer Zusammenhang oder ein therapeutischer Vorteil durch die Behandlung mit ZD6126 festgestellt werden. Ein in der FACS-Analyse und im Proliferationsassay postulierter direkter Effekt von ZD6126 auf die Tumorzelllinie L3.6pl scheint wahrscheinlich, ob dieser klinische Relevanz hat, sollte in zukünftigen Arbeiten mit spezieller Fragestellung weiter untersucht werden. Die Kombinationstherapie mit einem klassischem Chemotherapeutikum (hier Gemcitabine) und einem Angiogeneseinhibitor (hier ZD6126) war in dieser Arbeit der Monotherapie überlegen. ZD6126 stellt als neue Vascular Targeting Substanz eine weitere vielversprechende Möglichkeit in der Tumortherapie dar, welche in Zukunft weiterer Untersuchung zusammen mit anderen Substanzen beim Menschen bedarf.

Die direkte Rekrutierung von Effektor-Leukozyten aus dem peripheren Blut in interstitielle Gewebe wird in Teilen von chemotaktischen Zytokinen (Chemokinen) und ihren Rezeptoren kontrolliert. Diesen Schritt zu blockieren stellt ein wichtiges Instrument der Kontrolle einer Entzündungsreaktion dar. Das proinflammatorische Chemokin CCL5/RANTES ist ein chemotaktisches Agens das über die CCR1-, CCR3- und CCR5-Rezeptoren von „Gedächtnis“-CD4+ T-Zellen, Monozyten und Eosinophile wirkt. Es wird von vielen Gewebetypen im Laufe einer Entzündungsreaktion produziert. Die CCR1- und CCR5-Aktivierung konnte als wichtiger Faktor für die Entstehung von akuten Abstoßungsreaktionen mittels in-vitro und in-vivo Experimenten identifiziert werden. Durch metRANTES, dem um ein Methionin verlängerten CCL5-Protein welches einen potenten CCR1 und CCR5 Rezeptor-Antagonisten darstellt, konnte eine Abstoßungsreaktion effektiv reduziert und in Kombination mit anderen Substanzen fast völlig unterdrückt werden. Weitere Modifizierungen am metRANTES-Protein verändern die für CCL5 charakteristische Multimerisierung und seine GAG-Bindungskapazität. Das „protein engineering“ genannte Verbinden eines Proteins mit einem GPI-Anker bietet die Möglichkeit, durch Reintegration in die Oberflächenmembranen unterschiedlicher Gewebe, Proteine an definierte Lokalisationen zu bringen. Dort können sie, dank der Fähigkeit, sich in die Membranen anderer Zellen wieder einzufügen und die ursprüngliche Funktion wieder anzunehmen (Premkumar, Fukuoka et al. 2001; Djafarzadeh, Mojaat et al. 2004), längere Zeit als soluble Chemokine verbleiben. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche CCL5-Analoga, sowie ein virales Chemokin-Analogon, um eine GPI-kodierende Sequenz erweitert und in einen Expressionsvektor subkloniert. Mittels Transformation wurden sie in Chinese Hamster Ovarial-Zellen (CHO-Zellen) exprimiert. Ihre Expression an der Zelloberfläche konnte dank der FACS-Analyse ermittelt werden und in einem gleichen Schritt wurde die Fähigkeit verschiedener anti-RANTES Antikörper, an die N-terminal veränderten Proteine zu binden, analysiert. Diese membranverankerten Proteine wurden in höchstmöglicher Konzentration aus der Einheitsmembran extrahiert und in einem weiteren Schritt durch unterschiedliche Chromatographieverfahren isoliert. Dabei wurde die Heparin-Chromatographie gefolgt von einer Size-exclusion Chromatographie als Methode mit der besten Reinheit und Ausbeute identifiziert. Zuletzt wurden die gereinigten, GPI-verbundenen CCL5-Analoga mit „einfachen“ CHO-Zellen, sowie humanen mikrovaskulären Endothelzellen inkubiert und ihre Reintegration an der Zelloberfläche bewiesen. Die in dieser Arbeit hergestellten GPI-gebundenen RANTES-Antagonisten eröffnen die Möglichkeit, in weiteren in-vitro, sowie in-vivo Versuchen, die biologische Aktivität dieses Chemokins gezielt zu blockieren oder (in einem analogen Verfahren) zu verstärken. Dadurch kann die Bedeutung des RANTES-Proteins in der Transplantatabstoßung, sowie in weiteren Entzündungsreaktionen herausgearbeitet werden. Durch Perfusion des Organs vor der Transplantation mit dem GPI-verbudenen Chemokin-basierenden Antagonisten, erhofft man sich die Integration des GPI-Ankers in die mikrovaskuläre Endothelialzellmembran und somit die Präsentation des Antagonisten für die zirkulierenden Leukozyten. Ein solches Vorgehen könnte dem Gefäßsystem während der kritischen ersten Tage nach der Transplantation Schutz bieten und somit signifikant die akute vaskuläre Verletzung, die mit einer Verschlechterung der Überlebensprognose verbunden ist, vermindern (Notohamiprodjo, Djafarzadeh et al. 2005).

Hintergrund Humane mesenchymale Stammzellen sind ein viel versprechendes Ziel für die ex vivo Gentherapie, und Lentiviren sind exzellente Vehikel für den Gentransfer in hMSCs, da sie hohe Transduktionsfrequenzen mit langfristiger Genexpression erreichen. Dennoch könnte die Seneszenz von hMSCs die therapeutische Anwendung, infolge von zeitaufwendiger Zellselektion und Virus Titration, limitieren. Diese Arbeit beschreibt optimierte Protokolle für hoch effizienten ex vivo lentiviralen Gentransfer in hMSCs und eine schnelle und verlässliche Methode, um den funktionellen lentiviralen Titer mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) zu bestimmen. Methoden EGFP wurde als Markergen/-protein verwendet, um verschiedene lentivirale Expressionsvektoren herzustellen. Die Produktion von Lentiviren wurde mit verschiedenen Verpackungssystemen getestet. Der Prozentsatz transduzierter Zellen wurde durch Polybrene und Blasticidinselektion erhöht. hMSCs von verschiedenen Spendern wurden mittels PCR und Western Blot analysiert. Regulierte Genexpression wurde durch Herstellung eines Tet-On selbstregulierten Expressionsvektors erreicht. Mit einem p24 ELISA-Test wurden übrig gebliebene virale Partikel im Zellkulturüberstand detektiert. Die Effizienz des lentiviralen Gentransfers wurde mittels Fluoreszenz-Mikroskopie beobachtet und mittels qRT-PCR und FACS-Analyse quantifiziert. Die lentiviralen Titer wurden mit qRT-PCR der exprimierten Transgene bestimmt. Die hMSC Differenzierung wurde histologisch untersucht. Ergebnisse Selbstinaktivierende lentivirale Vektoren der dritten Generation zeigten hoch effizienten Gentransfer in hMSCs bei der Verwendung von Polybrene. Die Blasticidinselektion hat den Prozentsatz der transgenen Zellen weiter erhöht unter Selektion von Zellen die mehrere Transgenkopien tragen. Die positiven Effekte von Polybrene und der Blasticidinselektion sind nicht von hMSCs eines speziellen Spenders abhängig. Präzise Regulation der Genexpression wurde durch Herstellung eines selbstregulierten Tet-On-Expressionssystems erreicht. Keine viralen Antigene wurden im Zellkulturüberstand nach aufeinander folgenden Medienwechseln detektiert, was auf die Abwesenheit von infektiösen Partikeln nach einigen Tagen hindeutet. In dieser Arbeit wurde ein starker linearer Zusammenhang zwischen der Virusverdünnung und der Stärke der Transgenexpression mittels qPCR Analysen beobachtet, wodurch die Virustitration durch Quantifizierung der Transgenexpression ermöglicht wird. Abschließend wurde durch Differenzierung in die adipogene, osteogene und chondrogene Richtung gezeigt, dass transduzierte hMSCs ihren Stammzellcharakter beibehalten haben und dass die Transgenexpression durch die Differenzierung nicht beeinflusst wurde. Schlussfolgerungen Die Quantifizierung der Transgen-Kopienanzahl durch qRT-PCR ist eine schnelle und verlässliche Methode, um den funktionellen lentiviralen Titer nach dem ex vivo Gentransfer in hMSCs zu bestimmen. Die in dieser Arbeit optimierte und charakterisierte Methode für die effiziente lentivirale Transduktion von humanen mesenchymalen Stammzellen, in Verbindung mit regulierbarer Transgenexpression, ist ein sicheres, verlässliches und leistungsstarkes Verfahren und bildet eine aussichtsreiche Grundlage für zukünftige Gentherapie und Tissue Engineering Anwendungen in hMSCs.

Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist es, die Rolle der alpha/beta-T-Lymphozyten in der Regulation des Knochenturnovers anhand biochemischer, densitometrischer und histomorphometrischer Parameter zu untersuchen, um weitere Einblicke in die Verbindung zwischen Immunzellen und Knochenstoffwechsel zu erlangen. In Versuch I wurde die Rolle der alpha/beta-T-Lymophozyten in der Pathogenese der Östrogen- und Androgenmangel-Osteopenie untersucht. Dazu waren 32 weibliche, 6 Monate alte und 32 männliche, 12 Monate alte Fischer-344-Ratten vorgesehen. Jeweils die Hälfte der Tiere wurde entweder mit einer neu etablierten Methode thymektomiert (TX) bzw. scheinoperiert (Sham-TX). Zwei Wochen nach der Operation erhielten die thymektomierten Ratten eine dreimalige intraperitoneale (i.p.) Injektion im Abstand von drei Tagen eines monoklonalen rattenspezifischen alpha/beta-TCR (T-Zell-Rezeptor) gerichteten IgG1-Antikörpers (R73) (20 mg/kg Körpergewicht (KGW)). Die Sham-TX Tiere erhielten 20 mg/kg KGW eines unspezifischen murinen monoklonalen Antikörpers des gleichen Isotyps (Maus IgG1). Die alpha/beta-T-Zell-Depletion wurde mit Hilfe einer FACS-Analyse im peripheren Blut überprüft, wobei nur Tiere mit 0-5% "gegateter" (für R73 positiv) Zellen als alpha/beta-T-Zell-depletiert angesehen wurden, alle anderen Tiere wurden von der Analyse ausgeschlossen. Drei Wochen nach der T-Zell-Depletion wurden die Tiere entweder gonadektomiert (GX) bzw. scheinoperiert (Sham-GX), wobei alle Tiere zwei Monate post-GX acht und drei Tage vor der Tötung eine Fluorochrom-Doppelmarkierung (20mg/kg KGW Calcein; s.c.) erhielten. In Versuch II wurde die Rolle von alpha/beta-T-Lymphozyten für die Skelettwirkung von CsA, im Hinblick auf die klinische Anwendung von Cyclosporin A (CsA) bei Posttransplantations-Patienten untersucht. Dazu wurden 32 weibliche, 6 Monate alte und 32 männliche, 9 Monate alte Fischer-344-Ratten vorgesehen. Analog zu Versuch I wurde die Hälfte der Tiere entweder TX oder Sham-TX. Zwei Wochen nach der Operation erhielten die TX Ratten eine dreimalige R73 Gabe (20 mg/kg KGW; i.p.) im Abstand von drei Tagen. Die Sham-TX Tiere erhielten 20 mg/kg KGW eines unspezifischen murinen monoklonalen Antikörpers des gleichen Isotyps (Maus IgG1). Drei Wochen nach der T-Zell-Depletion wurden die Tiere für zwei Monate mit CsA (5 mg/kg KGW; s.c.) oder Vehikel (mittelkettige Triglyceride; s.c.) getötet. Mit Hilfe des Tiermodells konnte klar erarbeitet werden, dass die alpha/beta-T-Zell-Depletion per se keinen Effekt auf den Knochenturnover hat. Die Östrogen- oder Androgenmangel induzierte Osteopenie der Ratten wurden nicht durch eine Depletion von alpha/beta-T-Zellen moduliert. Ebenso bleibt die Skelettwirkung von CsA durch die alpha/beta-T-Zell-Depletion unbeeinflusst. Die, in der Literatur beschriebene, Geschlechtsspezifität der Skelettwirkung von CsA ist konsistent mit unserer In-vitro Untersuchung, konnte jedoch nicht bei unserer In-vivo Untersuchung gezeigt werden. Das neu etablierte Tiermodell, mit dem eine dauerhafte T-Zell-Depletion bei normalen adulten Ratten durch eine Kombination aus TX und T-Zell-Depletion mit Hilfe des R73 Antikörpers erreicht werden kann, ist auch für weitere osteoimmunologische Fragestellungen interessant.

Zielsetzung der Arbeit war es, zu untersuchen ob porciner Fas-Ligand auf nativen aortalen Schweineendothelzellen (PEC) und immortalisierten aortalen Schweineendothelzellen (PEC-A) exprimiert wird und ob dieser mit humanem Fas auf der T-Lymphozytenzelllinie Jurkat interagiert. Unter Einsatz von Matrix-Metalloproteinase-Inhibitoren sowie nach Permeabilisierung und Fixierung der Zellen konnte FasL sowohl auf PEC als auch auf PEC-A in geringem Maße nachgewiesen werden. Die Detektion von FasL erfolgte mit anti-FasL-AK. Bei der Koinkubation von PEC sowie PEC-A mit Jurkat-Zellen in Effektor/Target-Verhältnissen von 4:1, 3:1 und 2:1 konnte weder im APO2.7-Assay noch im Annexin-Assay Apoptose beobachtet werden. Die Auswertung erfolgte mit Hilfe der FACS-Analyse. Der JAM-Test erwies sich in unserem System aus technischen Gründen als nicht geeignet für den Nachweis von Apoptose. Versuche PEC-A mit hFasL zu transfizieren waren mit hoher Zelltoxizität verbunden. Der transfizierte FasL wurde teilweise auch intrazellulär gespeichert. Der costimulatorische Signalweg B7/CD28 kann ein dem Fas/FasL-Signalweg entgegengesetztes Signal vermitteln. Auch nach Blockade der möglichen Interaktion zwischen B7 auf PEC-A und CD28 auf Jurkat-Zellen konnte keine Apotose gezeigt werden.

Das nicht polymorphe HLA-Klasse-I-Antigen HLA-G wird hauptsächlich in der Plazenta exprimiert, wo es vermutlich den semiallogenen Fötus vor Angriff des mütterlichen Immunsystems schützt. Eine Besonderheit von HLA-G ist das Auftreten von mehreren verkürzten Isoformen, die von alternativ gespleißten Transkripten translatiert werden. Neben dem kompletten membranständigen HLA-G1 mit den extrazellulären Domänen a1, a2 und a3 existieren die verkürzten Isoformen HLA-G2 (∆a2), HLA-G3 (∆a2, ∆a3) und HLA-G4 (∆a3). Außerdem wurden die löslichen Isoformen HLA-G5 (HLA-G1s), HLA-G6 (HLA-G2s, ∆a2) und HLA-G7 (HLA-G3s, ∆a2, ∆a3) beschrieben. Um die Expression und Funktion einzelner Isoformen getrennt voneinander und ohne Beeinflussung durch andere MHC-Klasse-I-Moleküle untersuchen zu können, wurden Transfektanten für die Isoformen HLA-G1, HLA-G2, HLA-G4 und HLA-G5 in der HLA-Klasse-I-negativen humanen Zellinie K-562 generiert. HLA-G kann mit inhibitorischen und aktivierenden Rezeptoren auf NK- und T-Zellen in Wechselwirkung treten und so Effektorfunktionen beeinflussen. Die Expression von HLA-G kann außerdem indirekt über HLA-E auf die Zytotoxizität von NK-Zellen und T-Zellen einwirken. Die HLA-E-Expression ist abhängig von Peptiden aus den Signalsequenzen von HLA-Klasse-I-schweren Ketten. Zum Ausschluß der Koexpression des HLA-Klasse-I-Antigens HLA-E auf der Zelloberfläche wurden HLA-G1mut- und HLA-G4mut-cDNA-Vektoren eingesetzt, deren Exon 1 so verändert ist, daß kein Ligand für HLA-E zur Verfügung gestellt wird. Während in der Zellinie K-562 HLA-G1 und HLA-G5 auf der Zelloberfläche exprimiert bzw. sezerniert werden, waren die verkürzten Isoformen HLA-G2 und HLA-G4 mittels FACS-Analyse mit einer Reihe HLA-Klasse-I- und HLA-G-spezifischer Ak nicht auf der Zelloberfläche nachweisbar. Diese Ergebnisse korrelieren mit der Sensitivität dieser verkürzten Isoformen gegenüber Endo H. Aus der fehlenden Resistenz der HLA-G2- und HLA-G4-Polypeptide gegenüber Endo H ergibt sich kein Hinweis auf ihren Transport zur Zelloberfläche. Diese fehlende Oberflächenexpression von HLA-G2 und HLA-G4 könnte auf einer gestörten Assoziation mit b2m oder Bestandteilen der MHC-Klasse-I-Prozessierungsmaschinerie beruhen. Kopräzipitationsexperimente ergaben, daß nur die HLA-G1-schwere Kette mit b2m und TAP assoziiert ist. HLA-G2 ließ sich zwar mit TAP, jedoch nicht mit b2m kopräzipitieren und HLA-G4 ließ sich weder in Assoziation mit b2m noch mit TAP nachweisen, so daß diesen Isoformen ein wichtiger Bestandteil der vollständigen HLA-I-Komplexe fehlt und bei HLA-G4 außerdem die Beladung mit Peptiden gestört ist. Diese Daten sprechen gegen eine Zelloberflächenexpression der verkürzten HLA-G-Isoformen. Im Unterschied zu HLA-G1 war HLA-G5 nicht in Kopräzipitaten mit TAP zu finden. Daher scheint für diese Isoform eine stabile Assoziation mit TAP für die Peptidbeladung nicht essentiell zu sein. Zum funktionellen Nachweis von HLA-G wurden Zytotoxizitätstests mit der Zellinie NKL sowie mit PBL, NK-Zellen und LAK-Zellen aus dem peripheren Blut mehrerer Donoren durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß die Expression der verkürzten Isoformen HLA-G2 und HLA-G4 die Zytotoxizität der verschiedenen Effektorzellen nicht beeinflußte. HLA-G1 inhibierte die Lyse von K-562 in Abhängigkeit von der HLA-G1-Expressionsstärke und wirkte sich weniger deutlich als eine entsprechende HLA-E-Expression auf die Zytotoxizität aus. Neben der Plazenta wird HLA-G auch in zahlreichen anderen Geweben exprimiert und kann in Tumoren induziert oder hochreguliert werden. Da bei verschiedenen Tumoren die MHC-Klasse-I-Expression aufgrund von Mutationen im b2m-Gen gestört ist, wurden HLA-G1-Transfektanten in der b2m-negativen humanen Zellinie Daudi etabliert. Daudi HLA-G1-Transfektanten weisen gegenüber K-562 HLA-G1-Transfektanten eine reduzierte HLA-G-Proteinmenge auf. In Abwesenheit von b2m ist HLA-G1 außerdem nicht resistent gegenüber Endo H und kann auch nach Inkubation der Zellen bei niedrigen Temperaturen und Zugabe von b2m oder Ligand nicht auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden. Da von HLA-B27 bekannt war, daß b2m-freie Homodimere auf der Zelloberfläche exprimiert werden können und eine Dimerisierung von HLA-G über ungepaarte Cysteinreste möglich ist, wurden die Daudi HLA-G1-Transfektanten auf Anwesenheit von HLA-G1-Dimeren untersucht. In Abwesenheit von b2m waren jedoch keine Dimere nachweisbar. Auch in funktionellen Experimenten mit LAK oder gd T-Zellen hatte die HLA-G-Expression in Daudi HLA?G1-Transfektanten keine Auswirkung auf die Zytotoxizität oder Proliferation der Effektorzellen. Die HLA-G1-Expression in b2m-negativen Tumoren trägt daher nicht zur Tumorprogression bei. Eine Analyse der Unterschiede in der Expression und der Auswirkungen der HLA-G-Isoformen in verschiedenen Zellinien könnte Hinweise auf die Regulation und die Funktion der HLA-G-Expression liefern.