Effect of 2D vs. 3D culture on MSC-EV functionality

Mesenchymale Stamm-/Stromazellen (MSCs) sind vielversprechende Werkzeuge in der regenerativen Medizin, einschließlich Zelltherapien und Tissue Engineering. Diese nicht-hämatopoetischen Stammzellen können aus verschiedenen Geweben, wie Knochenmark, Fettgewebe oder Nabelschnur isoliert werden. Es ist bekannt, dass MSCs über die Sekretion parakriner Faktoren und die Stimulation von Wirtszellen immunmodulatorische und entzündungshemmende Wirkungen ausüben. Zudem gibt es Hinweise auf die Rolle von extrazellulären Vesikeln (EVs) aus MSCs in diesem Zusammenhang. EVs sind kleine Phospholipidvesikel, die aus dem endosomalen System (Exosomen, 10–100 nm) stammen oder von der Plasmamembran (Mikrovesikel, 100–1000 nm) aller Zelltypen des menschlichen Körpers unter physiologischen oder pathologischen Bedingungen freigesetzt werden. EVs können bioaktive Moleküle wie Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate und Lipide, aus ihren Ursprungszellen aufnehmen und auf Zielzellen übertragen. Daher spielen sie eine zentrale Rolle bei der interzellulären Kommunikation, der Gewebehomöostase sowie bei der Regulierung der Genexpression, z.B. durch den Transport von microRNAs (miRNAs). Neben dem zellulären Ursprung wird die „Fracht“ von EVs auch von ihrer Mikroumgebung und von Bedingungen, wie Infektionen, Entzündungen und Stress beeinflusst. MSC-EVs gelten als vielversprechende Alternativen zu Zelltherapien, da sie die regenerativen Eigenschaften von MSCs besitzen und gleichzeitig Sicherheitsbedenken bezüglich unkontrollierter Differenzierung und möglicher bösartiger Transformation transplantierter MSCs mindern. Dennoch gibt es vor ihrer klinischen Anwendung noch viele Herausforderungen. Insbesondere ist unser Verständnis darüber, wie sich unterschiedliche Zellkulturbedingungen zur Produktion von MSC-EVs auf die Ladung und die funktionellen Eigenschaften auswirken, noch unvollständig. Zu den wichtigsten aktuellen Fragen gehören Unterschiede der molekularen Fracht von MSC-EVs aus verschiedenen Quellen und das Fehlen standardisierter Prozesse für die Produktion in großem Maßstab. Diese Limitationen schränken die klinische Umsetzung MSC-EV-basierter Therapien ein. Ziel dieses Projekts ist es, die Auswirkung standardmäßiger 2D- und physiologischer 3D-MSC-Kulturbedingungen auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften, die Ladung und die funktionellen Eigenschaften von MSC-EVs zu untersuchen, was für deren effiziente und sichere klinische Anwendung von großer Bedeutung ist. MSC-EVs werden dazu aus 2D- (flache Oberfläche) vs. 3D-MSC-Kulturen (Hydrogele, Sphäroide) isoliert und hinsichtlich ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften (Anzahl, Größe) und molekularen Fracht (Oberflächenmarker, Protein- und Lipidzusammensetzung, miRNA-Profile) charakterisiert. Um den Einfluss von Kulturbedingungen auf die biologische Funktion von MSC-EVs zu untersuchen, werden ihre gerinnungsfördernden und immunmodulatorischen Eigenschaften sowie ihr Potenzial zur Förderung der Gefäßbildung untersucht.