KULTURIERUNG VON KNOCHENZELLEN AUF BIOLAMININ-SUBSTRATEN

Hohe Expression von Laminin-Isoformen in der Knochenmikroumgebung

Knochenzellen, darunter Osteozyten, Osteoblasten, Osteoklasten, osteogene Zellen (Stammzellen) und Auskleidungszellen, befinden sich im Knochenmark. Es gibt mehrere Proteine der Laminin-Familie, die in der Mikroumgebung des menschlichen Knochenmarks exprimiert werden, wobei Laminin 411/421 und Laminin 511/521 die am häufigsten vorkommenden Isoformen sind, die von den Stromazellen des menschlichen Knochenmarks synthetisiert werden. Die Laminin-Isoformen 111, 331 und 332 werden ebenfalls in der Mikroumgebung des menschlichen Knochenmarks exprimiert (Siler, 2000). Laminin 332 wird spezifisch um primäre Osteoblasten und osteoblastenähnliche Zellen, die auf der Knochenoberfläche lokalisiert sind, exprimiert (Uehara, 2017)

LN332 reguliert die Osteoklastogenese negativ und fördert die osteogene Differenzierung

Eine Publikation deutscher Forscher zeigt, dass Laminin 332 die Anheftung fördert, und im Vergleich zu Kunststoff wurde die osteogene Differenzierung durch Laminin 332 signifikant erhöht (Mittag, 2012). Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Laminin 332 die RANKL-induzierte Osteoklastogenese deutlich hemmt (Uehara, 2017). Es wird angenommen, dass diese Unterdrückung durch die Bindung von Laminin an die Integrinrezeptoren α3β1, α6β1 und α6β4 vermittelt wird (Uehara, 2017; Hashimoto, 2006). Laminin 332 wird von primären Osteoblasten in Kultur exprimiert und die Laminin g2-Kette wird während der Entwicklung vorübergehend in Chondrozyten exprimiert (Uehara, 2017; Hashimoto, 2006). Die Expression von Laminin 332 wird durch osteoklastogene Faktoren negativ reguliert, was darauf hindeutet, dass LN332 ein neuartiger negativer Regulator ist, der die Osteoklastogenese räumlich und zeitlich in Knochengeweben definieren kann (Uehara, 2017). Es hat sich auch gezeigt, dass Laminin 332 die chondrogene Differenzierung von BM-MSC unterdrückt, ohne Apoptose zu induzieren oder das Zellwachstum zu hemmen (Hashimoto, 2005; Hashimoto, 2006). Laminin 332 hatte jedoch keinen Einfluss auf die osteogene Differenzierung von MSCs (Hashimoto, 2006). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Laminin 332 zur Entwicklung von Knochengewebe beitragen kann, indem es die Proliferation fördert und die chondrogene Differenzierung von MSCs unterdrückt.

Beste Adhäsion, Wachstum und Proliferation von BM-MSC auf LN511 und LN521

Laminin 511 und 521 sind die am häufigsten vorkommenden Isoformen im Knochenmark und in vitro kultivierte mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (BM-MSCs) synthetisieren nachweislich α5, α4, α3, α1 und β2 in signifikanter Menge (Seeger, 2015; Siler, 2000; Hashimoto, 2006). Natürlich hat sich gezeigt, dass Laminin 511 und 521 starke adhäsive Wechselwirkungen mit menschlichen CD34+-Zelllinien haben (Siler, 2000). MSCs haften jedoch nicht gut an Laminin 111, 211 und 221 (Sun, 2017). Laminin 511, 521 und 332 fördern das stärkste BM-MSC-Wachstum und die Proliferationsrate und beeinflussen die mitogene Aktivität und Migration dieser Zellen über die Bindung an Integrin α6β1 und α3β1 (Siler, 2000; Sun, 2017, Hashimoto, 2005; Hashimoto, 2006). In einer kürzlich erschienenen Publikation von Yang und Xiao stellen die Autoren ein Protokoll für die Kultur von MSC aus Knochenmark (BM-MSCs) auf Laminin 521 und Laminin 511 vor. Beide Laminin-Isoformen zeigen eine deutlich schnellere und stärkere Anheftung im Vergleich zu unbeschichteten Wells und unterstützen die Aussaat einer geringeren Zellzahl im Vergleich zu unbeschichteten Platten (Yang und Xiao, 2016). Bei der Untersuchung der Auswirkungen verschiedener ECM-Beschichtungen auf die Bildung von Zellplatten zeigte sich, dass Laminin 521 den größten Erfolg hatte (Jiang, 2016). Mesenchymale Stammzellen aus Knochenmark (BMSC), die auf mit Laminin 521 beschichteten TiO2-Nanodot-Filmen kultiviert wurden, konnten sich schnell anlagern und ausbreiten und eine intakte Zelle mit guter Lebensfähigkeit bilden, was die Osteogenese verbesserte. Im Vergleich zum mechanischen Schaben bietet diese lichtinduzierte Methode eine robustere Strategie zur Herstellung von BMSC-Folien-Implantat-Komplexen mit besserer Überlebensfähigkeit und verbesserter Osteogenese (Jiang, 2016).