Untersuchungen zur Optimierung der Neovaskularisation und der Knochenregeneration in einem orthotopen Knochendefektmodell durch Ko-Implantation mesenchymaler Stammzellen und humaner Endothelzellen

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Eine wesentliche Hürde im Bereich des Tissue Engineerings komplexer Gewebe, wie es Weich- und Knochengewebe darstellen, besteht in der ausreichenden Vaskularisation der Gewebeformationen. In diesem Projekt soll der Frage nachgegangen werden, inwieweit die in vitro Präformation vaskulärer Strukturen zur Oxygenierung größerer artifizieller Gewebestrukturen beitragen kann. Zu diesem Zweck sollen adulte mesenchymale Stammzellen in vitro osteogen differenziert und durch Transfektion mit Expressionsvektoren für die angiogenen Wachstumsfaktoren VEGF und Angiopoietin-1 (Ang-1) genetisch modifiziert werden. Parallel hierzu sollen zirkulierende endotheliale Progenitorzellen (EPCs) aus dem Blut isoliert, in vitro expandiert und in bezug auf ihren endothelialen Phänotyp charakterisiert werden. Diese EPCs sollen in 3-dimensionaler Sphäroidform mit den genetisch modifizierten Osteoblasten in einer Fibrinmatrix kokultiviert werden. Diese artifiziellen Gewebsäquivalente sollen sowohl in vitro als auch in vivo charakterisiert werden in bezug auf i.) die Expression der transfizierten angiogenen Wachstumsfaktoren, ii.) die Ausbildung vaskulärer Strukturen, iii.) die Beibehaltung des osteogenen bzw. endothelialen Differenzierungszustandes der implantierten Zellen und iv.) die Neubildung von Knochengewebe. Der hier vorgeschlagene Forschungsansatz kombiniert gen- und zelltherapeutische Verfahren mit dem Ziel, das Überleben der implantierten EPCs über eine lokale Gentherapie mit dem angiogenen Wachstumsfaktor VEGF sicherzustellen und des weiteren, über die lokale Expression des Ang-1 Proteins, die Reifung und Stabilisierung der neu gebildeten Blutgefäße zu gewährleisten.