Forschung

Die Mikroumgebung von Zellen, die ihr biologisches Verhalten, wie etwa das Packen und Abgeben von Extrazellulären Vesikeln (EV), bestimmt, ist das Ergebnis einer Vielzahl physikalischer, chemischer und biologischer Parameter. Somit werden die biologischen Funktionalitäten von MSC-EVs durch die Kulturbedingungen der Elternzellen beeinflusst. Insbesondere physiologische Sauerstoffkonzentrationen und physiologische Zell-Zell- oder Zell-Substrat-Wechselwirkungen unter Verwendung von 3D-Zellkulturansätzen haben gezeigt, dass sie die Anzahl der sezernierten EVs, ihre Oberflächenmarkersignatur, ihre Ladung und letztendlich ihre biologische Funktion beeinflussen. Obwohl klar ist, dass die Sauerstoffkonzentration und die 3D-Zellkultur während der EV-Erzeugung die Sekretion und Ladung von MSC-EVs beeinflussen, ist nicht genau geklärt, ob und wie diese Parameter die immunmodulatorischen Eigenschaften von MSC-EVs beeinflussen. Basierend auf den verfügbaren wissenschaftlichen Daten und unseren vorläufigen Ergebnissen lauten unsere zentralen Hypothesen: 1) Wichtige Merkmale wie Anzahl, Größenverteilung, Oberflächenmarker sowie intrazelluläre und membrangebundene Proteine ​​von MSC-EVs werden durch die Kulturbedingungen (2D vs. 3D) der MSCs beeinflusst. 2) Daher beeinflussen unterschiedliche Kulturbedingungen von MSCs die biologischen Funktionen von MSC-abgeleiteten EVs, insbesondere ihr prokoagulierendes Potenzial (Exposition von TF) und ihre immunmodulatorischen Eigenschaften (Einfluss auf die Verteilung von Monozyten-Untergruppen). Um diese Hypothesen zu testen, werden wir MSC-EV-Präparate aus Hydrogel-, Sphäroid- und Flachoberflächenkulturen unter physioxischen Bedingungen erzeugen und diese Präparate hinsichtlich ihrer immunmodulatorischen Eigenschaften und ihres prokoagulierenden Potenzials charakterisieren. Hier konzentrieren wir uns zunächst auf die Charakterisierung der Elektrofahrzeuge und der Elektrofahrzeugladung, um zu verstehen, wie sich die oben genannten Parameter auf die Bildung und Beladung von MSC-Elektrofahrzeugen auswirken. Zweitens werden wir das Zusammenspiel zwischen MSC-EVs aus verschiedenen Kulturbedingungen und Zellen des adaptiven und angeborenen Immunsystems untersuchen. Dies wird zu einem detaillierten Verständnis der MSC-EV-Bildung und -Beladung führen und letztendlich die Herstellung von MSC-EVs mit definierten immunmodulatorischen Eigenschaften für die Behandlung entzündlicher Erkrankungen ermöglichen.

HUMAN PLACENTA Collagen-I von THT Biomaterials GmbH ist ein neuartiges Biomaterial, das aufgrund seiner menschlichen Herkunft die nachgelagerten Einschränkungen verringert, die mit der Verwendung tierischer Materialien in der Forschung verbunden sind. Obwohl sich gezeigt hat, dass die intrinsische Fibrillogenesekapazität von THT HUMAN PLACENTA Collagen-I für 2D-Beschichtungsanwendungen ausreichend ist, ist seine Polymerisationsfähigkeit für die Bildung stabiler 3D-Hydrogelstrukturen, die für physiologisch relevante Zellkulturstrategien unverzichtbar sind, begrenzt. In dieser Hinsicht verfügt das Forschungslabor von Prof. Cornelia Kasper von der Universität für Bodenkultur Wien BOKU über die notwendige Expertise, um THT bei der Anpassung der mechanischen Eigenschaften von HUMAN PLACENTA Collagen-I zu unterstützen, um stabile und funktionelle Hydrogele zu erhalten. Das Forschungslabor von Prof. Cornelia Kasper schlägt vor, das MENSCHLICHE PLAZENTA-Kollagen-I mit Methacrylatgruppen zu funktionalisieren, eine gängige Strategie zur Modifizierung verschiedener Proteine ​​oder zuckerbasierter Biopolymere. Das Vorhandensein von Methacrylatgruppen ermöglicht die Einführung kovalenter Bindungen bei UV-Bestrahlung in Gegenwart von Photoinitiatoren und bildet so Hydrogele, die anschließend für verschiedene 3D-Anwendungen verwendet werden können. Das neu funktionalisierte Produkt (HUMAN PLACENTA Collagen-I-Methacrylat) wird das THT-Portfolio erweitern und seinen unkomplizierten Einsatz für Kunden ermöglichen, die in verschiedenen biologischen 3D-Anwendungen wie 3D-Zellkultur (z. B. Organoidkultur), Lab-on-a-Chip, Bioprinting usw. arbeiten erweitern somit die derzeitige Anwendbarkeit von HUMAN PLACENTA Collagen-I. Bezeichnenderweise kann das geplante Biomaterial auch als gebrauchsfertige Biotinte für trendige Technologien wie den lichtbasierten 3D-Biodruck verwendet werden. Neben möglichen Veröffentlichungen und Co-Autoren-Abstracts können die THT und die Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) möglicherweise geistiges Eigentum an HUMAN PLACENTA Collagen-I-Methacrylat erhalten, was für beide Projektpartner einen Mehrwert schafft. Sollte der Innovationscheck aus irgendeinem Grund abgesagt werden, behält sich die BOKU das Recht vor, die zwischenzeitlich erbrachten Leistungen in Rechnung zu stellen.

Arthrose (OA) stellt in der heutigen Gesellschaft eine erhebliche gesellschaftliche und wirtschaftliche Belastung dar. Trotz der enormen Entwicklungen im Bereich des Gelenkknorpelgewebe-Engineerings (AC TE) im letzten Jahrzehnt war keiner der TE-basierten Ansätze in der Lage, den Knorpel auf das Niveau nativen Gewebes zu regenerieren. Das etablierte Paradigma von AC TE beinhaltet den Einsatz undifferenzierter MSCs in Kombination mit 3D-Gerüsten/Hydrogeln und geeigneten Wachstumsfaktoren, um die chondrogene Differenzierung von Zellen und die Ablagerung von ECM-Komponenten wie Kollagen und Glykosaminoglykanen zu induzieren. Sobald in vitro erfolgreich Gewebe gebildet wurde, können künstlich hergestellte Knorpeltransplantate in vivo in großen Tiermodellen untersucht werden, um die Sicherheit und Wirksamkeit solcher Transplantate zu bewerten. Leider versagen viele Transplantate in vivo, was auf die allgemeine Ungeeignetheit und Unreife der künstlich hergestellten Gewebe hinweist, um in der mechanisch anspruchsvollen Umgebung des Gelenks in vivo zu funktionieren. Noch wichtiger ist, dass es keinen Anreiz gibt, erfolglose Studien zu veröffentlichen oder zur Veröffentlichung einzureichen, was darauf hindeutet, dass die Zahl der fehlgeschlagenen Studien mit großen Tiermodellen erheblich höher sein könnte. Daher besteht Bedarf an neuartigen Strategien zum Screening und Identifizieren von in vitro hergestellten Knorpeltransplantaten, die in vivo höhere Erfolgsaussichten haben. Dieser Ansatz würde nicht nur die Erfolgsquote solcher Studien erhöhen, sondern auch ein großes Potenzial zur Reduzierung der Anzahl der in solchen Studien verwendeten Tiere bieten. In diesem Zusammenhang gibt es Hinweise darauf, dass chondrogen differenzierende MSCs in späteren Differenzierungsstadien anabol auf mechanischen Stress reagieren, indem sie ECM-Komponenten wie Glykosaminoglykane produzieren. Interessanterweise ist die Differenzierung von MSCs auch mit Stoffwechselveränderungen verbunden, bei denen die Glykolyse mit fortschreitender Reifung reduziert und die oxidative Phosphorylierung verstärkt wird. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Plattform, mit der solche Stoffwechselveränderungen durch die Probenahme von Metaboliten innerhalb und außerhalb der sich entwickelnden Knorpeltransplantate beurteilt werden können, um Aussagen über die Reife zu treffen. Durch die Einrichtung einer solchen Plattform wäre zusätzlich zu den häufig verwendeten biochemischen und histologischen Techniken innerhalb von AC TE eine zusätzliche Anzeige verfügbar, die eine fundiertere Entscheidungsfindung vor einem In-vivo-Übergang eines potenziellen Knorpeltransplantats ermöglichen würde.