Die skelettale extrazelluläre Matrix und deren Einfluss auf MSC

Ana Rita Pereira, Drenka Trivanovic, Bianca Schlierf, Theresa Kreuzahler, Marietta Herrmann
 

Die Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von extrazellulärer Matrix haben starke Auswirkungen auf die eingebetteten MSC, so spielen beispielsweise Matrix-Zell Wechselwirkungen eine wichtige Rolle in der Gewebehomöostase und –regeneration. Obwohl MSC schon jahrelang im Fokus der Forschung stehen, wurden diese Interaktionen bisher noch unzureichend beleuchtet, was vor allem auf das Fehlen von adäquaten in vitro Modellen zurückzuführen ist.

Wir entwickeln wir Konstrukte (sog. „Scaffolds“) aus dezellularisierten humanen Knochen, welche uns ermöglichen, die Zell-Matrix Interaktion in unterschiedlicher Komplexität (2D Beschichtungen, 3D Hydrogele und Scaffolds) zu untersuchen. Dabei ermöglichen die 3D Modelle beispielsweise Migrationsmuster von MSC in einer physiologisch relevanten Umgebung zu untersuchen.

Des Weiteren besteht in unserer Arbeitsgruppe besonderes Interesse daran, die Einflüsse diverser externer Faktoren, wie von Schärkräften oder mechanischer Stimulation zu analysieren. Dazu wenden wir in Kooperation mit dem Institut für Tissue Engineering und Regenerative Medizin (TERM) verschiedene Bioreaktorsysteme an, die eine dynamische Inkubation der Scaffolds ermöglichen.

Durch Anwendung unserer verschiedenen Modelle und experimentellen Designs erhalten wir neue Einblicke in die komplexen Interaktionen zwischen MSC und ihrer Umgebung um schlussendlich deren Einfluss auf die Knochenhomöostase und –regeneration erforschen zu können. Die Modelle finden in verschiedenen Kooperationsprojekten Einsatz, in denen Mechanismen der Knochenmetastasierung untersucht werden. Im Rahmen eines Stipendiums der Max-Buchner-Forschungsstiftung entwickeln wir außerdem einen Durchflußbioreaktor der die Inkubation bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen ermöglicht, welches die physiologischen Bedingungen im Körper abbildet.

Publikationen

• Ana Rita Pereira, Andreas Lipphaus, Mert Ergin, Sahar Salehi, Dominic Gehweiler, Maximilian Rudert, Jan Hansmann and Marietta Herrmann, Modeling of the Human Bone Environment: Mechanical Stimuli Guide Mesenchymal Stem Cell–Extracellular Matrix Interactions, Materials 2021, 14(16), 4431 doi.org/10.3390/ma14164431
• Gloria Belén Ramírez-Rodríguez, Ana R. Pereira, Marietta Herrmann, Jan Hansmann, José M. Delgado-López, Simone Sprio, Anna Tampieri, Monica Sandri, Biomimetic mineralization promotes viability and differentiation of human mesenchymal stem cells in a perfusion bioreactor, International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(3):1447 doi.org/10.3390/ijms22031447
• Ana Rita Pereira, Maximilian Rudert, Marietta Herrmann. Decellularized human bone as a 3D model to study skeletal progenitor cells in a natural environment. Methods Cell Biol. 2020;157:123-141. Epub 2019 Dec 31. doi: 10.1016/bs.mcb.2019.11.018
• Ana Rita Pereira, Drenka Trivanovic, Marietta Herrmann. Approaches to mimic the complexity of the skeletal mesenchymal stem/stromal cell niche in vitro. European Cells & Materials. 2019 doi.org/10.22203/eCM.v037a07