Investigation of the Therapeutic Potential of (Stem) Cell Containing Human Umbilical Cord Blood Fractions for Repair of Ischemic Neuronal Damage

In Form einer Zusammenfassung aus zwei Publikationen und bisher unveröffentlichtem Material stellt die vorliegende Arbeit die Frage, welche der Zellfraktionen (HUCB-MNC, CD45+/CD34+ und CD45+/CD133+) innerhalb des heterogenen HUCB die am effektivsten wirksame in Hinblick auf die Neuroprotektion nach einem experimentellen Schlaganfall ist und welche Mechanismen dabei zum Tragen kommen. Für die Untersuchung der molekularen Mechanismen des Zusammenwirkens zwischen den genannten HUCB Fraktionen und neuronalen Zellen bzw. Gewebe, kamen ein selbst etabliertes Zellkulturmodel neuronaler Hypoxie bzw. OGD geschädigte hippocampale Schnittkulturen zur Anwendung. Die zu untersuchenden HUCB Zellfraktionen wurden direkt oder indirekt appliziert und ihr Effekt wurde über drei aufeinanderfolgende Tage hinweg untersucht. Das molekulare Mikromilieu, welches durch die hypoxisch geschädigten neuronalen Zellen produziert wurde, stimulierte alle untersuchten HUCB Fraktionen zur Sekretion neurotrophischer Faktoren und/oder immunologisch aktiver Mediatoren, die die neuronale Apoptose günstig beeinflussten. HUCB-MNC zeigten, sowohl in der direkten als auch in der indirekten Kokultur mit geschädigten neuronalen Zellen eine sehr überzeugende Fähigkeit zur Neuroproduktion. In den direkten Kokulturen reduzierten sie die Apoptose der neuronalen Zellen sogar bis auf das Niveau der Kontrollen. Dies kann auf den deutlichen Anstieg der von den HUCB-MNC produzierten Chemokine CCL5; CCL3 und CXCL10 zurückgeführt werden. Weiterhin war zu beobachten, dass HUCB-MNC aktiv zu geschädigten neuronalen Zellen migrierten und sich, vorzugsweise unter Ausbildung von direkten Zell-Zellkontakten, an Axonen und Somata anlagerten. Überraschenderweise zeigte die CD45+/CD133- Zellfraktion ein ähnliches Potential wie HUCB-MNC. Für diese nahezu stammzellfreie Fraktion konnten in den indirekten Kokulturen hohe Konzentrationen an CCL3 und neuroprotektiven G-CSF nachgewiesen werden, wobei letzteres für die Aufrechterhaltung des neuronalen Phänotyps verantwortlich gemacht werden kann. CD45+/CD133+ Stammzellen, die aus der HUCB-MNC Fraktion isoliert wurden, konnten die neuronale Apoptose in direkten Kokulturen signifikant reduzieren. Die Konzentration an löslichen Faktoren, die von den Stammzellen produziert wurde, lag dabei unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der hippocampalen Schnittkulturen zeigen, dass HUCB-MNC direkt neuroprotektiv wirken. Dies gilt insbesondere, wenn sie direkt und in ausreichender Konzentration (12.5x104 Zellen pro Schnitt) appliziert werden. In Kokulturen mit der CD45+/CD34+ Stammzellfraktion fand sich eine verringerte Sekretion an Nervenwachstumsfaktor und damit verbunden eine geringere Anzahl degenerierter Pyramidenzellen. In Kokulturen in welchen die stammzellfreie CD45+/CD34- Fraktion verwendet wurde, trat dieser Effekt nicht auf. Die Resultate, die in den beiden hier verwendeten in vitro Modellen gefunden wurden, legen nahe, dass der Einsatz von HUCB-MNC eine stabile Neuroprotektion hervorruft. Im Vergleich der verwendeten Modelle lieferten die Applikationen von verschiedenen Stammzellfraktion keine einheitlichen Ergebnisse. Damit wird eine starke Systemabhängigkeit induziert. Speziell im Hinblick auf den klinischen Einsatz scheint es keinen deutlich überlegenen Vorteil durch die Verwendung reiner, aus der HUCB-MNC Fraktion gewonnener Stammzellfraktionen zu geben, der den Aufwand rechtfertigt eine zahlenmäßig so geringe Zellfraktion aus der HUCB-MNC Fraktion zu separieren