Influence of cellular pre-conditioning on the therapeutic potential of adipose derived extracellular vesicles

Infolge der alternden Bevölkerung ist Osteoarthritis (OA) zur fünfzehnthäufigsten Ursache für Behinderungen geworden und betrifft über 7 % der Weltbevölkerung. Die Zahl der Erkrankten im Alter von 60 Jahren und darüber wird sich Prognosen zufolge bis 2050 verdoppeln und bis 2100 mehr als verdreifachen. OA ist nicht nur eine Krankheit, die die Gelenke betrifft, sondern hat auch erhebliche Auswirkungen auf das soziale Leben der Patienten, da soziale Isolation, Depressionen und unfreiwillige Arbeitslosigkeit aufgrund der Behinderung OA auch zu einer sozioökonomischen Belastung machen. Die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten führen nur zu einer Linderung der Symptome wie Schmerzen und Entzündungen, nicht aber zu einer Regeneration des Knorpels und damit zur Wiederherstellung seiner mechanischen Funktion. Extrazelluläre Vesikel (EVs) stellen im Vergleich zu herkömmlichen zellbasierten Therapien vielversprechende zellfreie Werkzeuge für die Knorpelregeneration dar. In dieser Studie soll untersucht werden, ob die zelluläre Vorkonditionierung von aus Fettgewebe gewonnenen mesenchymalen Stammzellen (AMSC) mit pro-inflammatorischen oder pro-chondrogenen Faktoren sowie mit Hypoxie die therapeutische Wirkung von EVs beeinflusst. AMSC werden in einem vertikalen Bioreaktor expandiert und in Medien kultiviert, die mit IL-1ß oder TGFß-3 angereichert sind, oder sie werden vor der EV-Isolierung unter hypoxischen Bedingungen gezüchtet. Die Auswirkung dieses zellulären Primings auf die regenerative Wirkung der EVs wird durch verschiedene biologische Assays sowie auf die Expression von chondrogenen/osteoarthritischen Genen, die miRNA-Zusammensetzung in den EVs und den Aktivierungsstatus von Signalwegen, die an der OA beteiligt sind, getestet. Diese Forschungsfrage wird auch in einem Entzündungsmodell untersucht, in dem OA-Chondrozyten mit pro-inflammatorischen M1-Makrophagen ko-kultiviert werden. Die Auswirkungen der zellulären Vorkonditionierung auf EVs als entzündungshemmende Mediatoren werden in diesem Rahmen untersucht. Darüber hinaus wird ein Defektmodell mit bovinen osteochondralen Plugs implementiert, die mit Gelatine-Methacryloyl-Hydrogelen gefüllt werden, in die die entsprechenden EVs zusammen mit OA-Chondrozyten eingebracht werden. Die Fähigkeit, die Heilung des Defekts zu fördern, wird durch histochemische Färbung bewertet. Dies wird die erste Studie sein, die vergleicht, wie die zelluläre Vorkonditionierung von AMSC mit verschiedenen bioaktiven Faktoren oder Hypoxie die therapeutische Wirksamkeit von EVs bei OA beeinflusst. Die Bearbeitung dieser Forschungsfrage in einem Entzündungsmodell, in dem OA-Chondrozyten nicht nur einem einzelnen Entzündungszytokin ausgesetzt sind, wie in anderen Studien, sondern mit pro-inflammatorischen Makrophagen, die eine Vielzahl bioaktiver Faktoren absondern, verleiht diesem Projekt einen weiteren innovativen Aspekt. Die Bestimmung der Reparaturfähigkeit von geprimten EVs in einem Ex-vivo-Modell, bei dem keine Tiere ausschließlich für die Studie geschädigt werden müssen wie bei In-vivo-Modellen, fügt der Studie auch den 3R-Aspekt hinzu.