STZ-geschädigte beta-Zellen induzieren Chemokinrezeptoren und Migration in humanen Telomerase-immortalisierten mesenchymalen Knochenmarksstammzellen (hMSC-TERT) in vitro

Hintergrund: Adulte mesenchymale Knochenmarksstammzellen (MSC) können in verletzte Gewebe migrieren und angiogene, proliferative sowie immunmodulatorische Faktoren sezernieren. Diese Eigenschaften machen die Transplantation von MSC zu einem vielversprechenden zelltherapeutischen Verfahren in der Behandlung von Herzinfarkt und anderen degenerativen Erkrankungen. Im STZ-diabetischen Mausmodell mildern injizierte MSC die Blutzuckerwerte, wobei ihr Auftreten in geschädigten Pankreasinseln mit erhöhter Proliferation noch vorhandener beta-Zellen assoziiert ist. Diese Studie interessiert sich für die zellulären Interaktionen, welche die Migration von MSC an den Ort der Gewebeschädigung triggern.

Fragestellung: Vor dem Hintergrund heterogener und schlecht definierter primärer MSC-Populationen war es das Ziel, mit der gut charakterisierten Zelllinie hMSC-TERT ein funktionelles in vitro-Modell zur Untersuchung zellulärer Interaktionen zwischen diabetisch geschädigten beta-Zellen und MSC zu etablieren.

Ergebnisse: INS-1E wurden für 6h mit 0–1 mM STZ vorbehandelt. Nach dem Wechsel auf Normalmedium wurden Inserts (Boyden Chamber mit Gelatine beschichteten 8µm Poren) mit frisch ausgesäten hMSC-TERT in die Wells gestellt und nach 4h Kokultur die Zahl der migrierten hMSC-TERT bestimmt. Als Hintergrundkontrolle diente Normalmedium mit 10% FBS in Well und Insert. Als Positivkontrolle diente ein Serumgradient: 40% FBS im Well versus 0% FBS im Insert. Beide Kontrollen enthielten keine beta-Zellen. Die basale Migration unbehandelter INS-1E beta-Zellen entsprach der Hintergrundkontrolle. Ähnlich der Positivkontrolle steigerten mit 0,33 und 0,66 mM STZ vorbehandelte INS-1E die Zahl migrierter hMSC-TERT auf das 3fache. Bei noch höheren Dosierungen von STZ ging die Migration wieder leicht zurück (2fach bei 1 mM STZ). Im Vergleich zu INS-1E bewirkten Ratteninseln eine Verdoppelung der Migrationsrate in allen Versuchsgruppen inklusive den unbehandelten (0–1 mM STZ). Dies weist darauf hin, dass primäre Inseln stärkere Signale aussenden oder bereits durch Isolation und Kultur vorgeschädigt sind. Zur Charakterisierung der zellulären Interaktion untersuchten wir die Genexpression von bislang 19 Chemokinrezeptoren in hMSC-TERT und fanden 4 (CCR1, CCR7, CXCR3 and MET) nach Inkubation mit konditioniertem Medium von STZ vorbehandelten beta-Zellen stark hochreguliert. Dabei war die induzierte Genexpression abhängig von der verwendeten STZ-Konzentration.

Schlussfolgerung: STZ-geschädigte beta-Zellen sezernieren chemoattraktive Faktoren, welche in hMSC-TERT Migration induzieren. hMSC-TERT können daher als definiertes in vitro Modell zur Untersuchung zellulärer Interaktionen mit beta-Zellen genutzt werden.

Gefördert durch BMBF Kompetenznetz Diabetes mellitus (DLR 01GI0812)