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- Original title:
- The Use of Cell-based Approaches for Inducing Therapeutic Vascularization
- Translated title:
- Die Nutzung zell-basierter Denkansätze um therapeutische Vaskularisation zu induzieren
- Author:
- Zhang, Ziyang
- Year:
- 2012
- Document type:
- Dissertation
- Faculty/School:
- Fakultät für Medizin
- Advisor:
- Machens, Hans-Günther (Prof. Dr.)
- Referee:
- Machens, Hans-Günther (Prof. Dr.); Maßberg, Steffen (Prof. Dr.)
- Language:
- en
- Subject group:
- MED Medizin
- Keywords:
- Cell therapy, Gene therapy, Angiogenesis, Hindlimb ischemia, VEGF, bFGF, Tissue engineering, tissue regeneration, Endothelial progenitor cells, Stem cells, Dermis, Vascularization
- Abstract:
- Background: The aim of the present PhD thesis is to evaluate the possible utilization of different cell-based therapies for treating ischemia-related clinical problems, especially chronic wounds. Vascularization is a key process in tissue engineering and regeneration. It represents one of the most important issues in the field of regenerative medicine. Cell-based therapies are of great interest to researchers due to the improvement of stem/progenitor cell technology and also the improvement of the genetic modification technology of cells. Several cell-based strategies aimed to improve vascularization are currently under pre-clinical or clinical evaluation. Materials and methods: We evaluated three different cell-based therapies using two different ischemic tissue regeneration models: 1) Stem cells derived from human sweat glands were isolated, characterized and seeded in collagen scaffold, and engrafted in a mouse full skin defect model for evaluating dermal neovascularization. 2) We isolated and characterized vascular resident endothelial progenitor cells (VR-EPCs) from cardiac tissue in vitro, evaluating their regenerative potential in vivo in a bare mouse full skin defect model to test the neovascularization ability of such cells. 3) During the first two sub-projects, we discovered the paracrine effects from stem/progenitor cells secreting pro-angiogenic factors. Thus, rat dermal fibroblasts were nucleofected ex vivo to release pro-angiogenic factors bFGF and VEGF165 and applied in a hind limb ischemia model in vivo to test the contribution of paracrine effects for neovascularization. After femoral artery ligation, gene-modified cells were injected intramuscularly. One week post injection, local confined plasmid expression and transient distributions of the plasmids in other organs were detected by quantitative PCR. Quantitative micro-CT analyses showed improvements of vascularization in the ischemic zone. Principle findings: 1) The presence of human sweat gland-derived stem cells significantly improved dermal neovascularization (p<0.001). 2) The presence of VR-EPCs enhanced dermal vascularization area (p<0.001). Histological assays showed increased vessel number (p < 0.05) and cellularization (p < 0.05). 3) Quantitative micro-CT analyses showed improvements of vascularization in the ischemic zone in the hind limb ischemia model. Moreover, improved collateral proliferation and an increase in blood perfusion in the lower hindlimb were also observed. Conclusions: These results demonstrate the feasibility and effectiveness of cell-based therapies in different ischemia-related problems. Possible candidate cells discussed in this thesis include: 1) sweat gland-derived stem cells; 2) highly clonogenic therapeutic population of VR-EPCs; 3) gene nucleofected primary fibroblasts producing pro-angiogenic growth factors.
- Translated abstract:
- Hintergrund: Das Ziel der vorliegenden Arbeit zur Erlangung des PhD ist die Evaluation des möglichen Einsatzes verschiedener zell-basierter Therapieansätze, um ischämisch bedingte Krankheitsbilder wie chronische Wunden erfolgreich zu behandeln. Vaskularisation ist ein Schlüsselprozess in tissue engineering und eines der wichtigsten Felder der regenerativen Medizin. Durch Verbesserung der Stammzell-/ Progenitorzelltechnologie sowie der Technologie zur genetischen Zellmodifizierung sind zell- basierte Therapiestrategien von großer wissenschaftlicher Bedeutung. Mehrere zell- basierte Therapiestrategien befinden sich zurzeit in präklinischer oder klinischer Evaluation. Material und Methode: Wir haben drei verschiedene, zell- basierte Therapieansätze untersucht, und dabei zwei Modelle zur Regeneration von Ischämiegewebe herangezogen: 1) Von menschlichen Schweißdrüsen gewonnene Stammzellen wurden isoliert, charakterisiert und in eine kollagene Trägermatrix übertragen, um im Anschluss zur Evaluierung der dermalen Neovaskularisation in ein mouse full skin defect model implantiert zu werden. 2) Wir isolierten und charakterisierten gefäßständige, endotheliale Progenitorzellen (VR-EPCs vascular resident endothelial progenitor cells) von kardialem Gewebe in vitro und evaluierten deren Potential zur Regeneration in einem mouse full skin defect model in vivo. Damit wurde deren Fähigkeit zur Neovaskularisation beurteilt. 3) Während der ersten zwei Prozesse entdeckten wir den parakrinen Effekt von Stamm-/ Progenitorzellen zur Sekretion von pro- angiogenen Faktoren. Daher wurden dermale Fibroblasten von Ratten ex vivo nucleofected, um die pro- angiogenen Faktoren bFGF und VEGF165 freizusetzen. Diese wurden einem hind limb ischemia model in vivo zugeführt, um den parakrinen Effekt zur Neovaskularisation zu testen. Dazu wurden nach Ligation der Arteria femoralis Gen- modifizierte Zellen intramuskulär injiziert. Eine Woche nach der Injektion wurden die lokale Plasmid- Expression sowie die Verteilung der Plasmide in andere Organe mittels quantitativer PCR bestimmt. Quantitative micro- CT- Analysen zeigten eine Verbesserung der Vaskularisation in dem ischämischen Gebiet. Ergebnisse: 1) Die Präsenz von aus menschlichen Schweißdrüsen gewonnenen Stammzellen verbesserte signifikant die dermale Neovaskularisation (p<0,001). 2) Das Vorliegen von VC- EPCs vergrößerte das dermale Vaskularisationsgebiet (p<0,001). Histologische Assays zeigten eine gesteigerte Gefäßanzahl (p<0,05) und Zellularisierung (p<0,05). 3) Quantitative micro- CT Analysen zeigten Verbesserungen der Vaskularisierung in dem ischämischen Gebiet des hind limb ischemia models. Desweiteren wurden verbesserte Kollateralproliferation und ein Anstieg der Perfusion in der unteren Extremität beobachtet. Fazit: Unsere Ergebnisse zeigen die Möglichkeit und Effektivität zell- basierter Therapien in verschiedenen, ischämiebedingten Krankheitsfällen. In dieser Arbeit diskutierte Zelltypen sind: 1) aus Schweißdrüsen gewonnene Stammzellen; 2) hoch klonogene, therapeutische VR-EPCs-Zellpopulationen; 3) Gene- nucleofected primäre Fibroblasten, welche pro- angiogene Wachstumsfaktoren produzieren.
- WWW:
- https://mediatum.ub.tum.de/?id=1094984
- Date of submission:
- 13.01.2012
- Oral examination:
- 29.02.2012
- File size:
- 10068211 bytes
- Pages:
- 107
- Urn (citeable URL):
- https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20120229-1094984-1-0
- Last change:
- 02.03.2012
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