Einfluss von FGF-2, BMP-2, Noggin und Thrombin auf die myokardiale Differenzierung von murinen embryonalen Stammzellen

Abstract

Hintergrund: Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) könnten möglicherweise zur Reparatur von defektem Myokard eingesetzt werden. Um das therapeutische Potential von ES-Zellen auszunutzen, müssen Verfahren zur gezielten myokardialen Differenzierung entwickelt werden. Diese Promotionsarbeit untersuchte, ob Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2), Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2), Noggin oder Thrombin einen Kardiogenese-fördernden Effekt in murinen ES-Zellkulturen zeigen. Methoden: Murine ES-Zellen wurden auf Wachstums-inhibierten murinen Fibroblasten (MEF) und in Anwesenheit von Leukämie-inhibierendem Faktor (LIF) kultiviert, in hängenden Tropfen zu Embryoidkörpern (EBs) aggregiert und in Adhäsionskultur differenziert. Dabei entstehen typischerweise kontrahierende, Kardiomyozyten-haltige Zellareale. Zur Förderung der myokardialen Differenzierung wurden FGF-2, BMP-2, Noggin oder Thrombin eingesetzt. Stimulationszeitpunkt und Konzentration der Stimuli wurden variiert. Die Effektivität der kardialen Differenzierung wurde anhand optischer Auszählung kontrahierender EBs und mittels Echtzeit-PCR-Quantifizierung herzspezifischer αMHC-Transkripte bewertet. Abschließend wurden EHTs (Engineered Heart Tissue) aus kardiogen-induzierten ES-Zellen hergestellt. Ergebnisse: Alle getesteten Faktoren zeigten einen fördernden Effekt auf die kardiale Differenzierung von ES-Zellen. Unter Thrombin zeigte sich allerdings die stärkste Erhöhung der αMHC-Expression (100-fach im Vergleich mit unbehandelten Kontrollen). FGF-2 zeigte eine 10fach höhere αMHC-Expression als die Kontrollgruppe. Das Ausmaß der myokardialen Differenzierung war konzentrations- und zeitpunktabhängig. Besonders auffällig war, dass der Kardiogenese-induzierende Effekt nur bei transienter Stimulation undifferenzierter ES-Zellen maximal war. EHTs konnten in allen Versuchsgruppe hergestellt werden. Dabei fiel auf, dass Noggin-induzierte ES-Zell-EHTs die höchste und BMP-2 behandelte EHTs die niedrigste Kontraktionsfrequenz zeigten. Thrombin und FGF-2 induzierte ES-Zell-EHTs zeigten eine höhere Frequenz als die Kontrollgruppe und erschienen am stabilsten. Schlussfolgerung: Es besteht die Möglichkeit, mittels Wachstumsfaktoren die kardiale Differenzierung von murinen ES-Zellen zu fördern. Ob eine 100%ige myokardiale Differenzierung zu erreichen ist, bleibt zu klären. Ebenso ist unklar, ob dies tatsächlich anzustreben ist, da sich „ideale“ Herzgewebe aus einer Vielzahl unterschiedlicher Zellspezies zusammen setzen. Folgeuntersuchungen werden die Arbeiten zur myokardialen Induktion von ES-Zellen sowie zur EHT-Herstellung vertiefen.