Zum Inhalt springen

Immunmodulation durch Stammzellen und ihre Derivate

Analyse der Immunogenität und des Entzündungspotentials von Zellen und Biomaterialien für die Therapie

Zell- und Gewebetransplantate können in vielen Bereichen der Regenerativen Medizin genutzt werden, um verletztes Gewebe zu ersetzen und um sich-selbst-erneuernde Prozesse anzuregen. Obwohl oft körpereigene (autologe) Zellen und Gewebe genutzt werden, kann es dennoch zu immunologischen Reaktionen kommen, wie z.B. durch lange Kultivierungsperioden oder durch die Kombination des autologen Materials mit Matrix-Strukturen. Aufgrund der oftmals begrenzten Anzahl von Bezugsquellen autologer Zellen und der Notwendigkeit, schnell über sie verfügen zu können, besteht ein grundlegendes Interesse, körperfremde (allogene) Zellen und Gewebe als gebrauchsfertige Produkte nutzbar zu machen. Dabei können jedoch Abstoßungsprobleme, vermittelt durch erworbene Immunreaktionen, auftreten. Daher ist es wichtig, die für regenerative Therapien ausgewählten Stammzellen sowie deren Vorläufer auf ihre Immunogenität und ihre Fähigkeit zur Immunmodulation mit in vitro- und in vivo-Testsystemen zu untersuchen. Für bestimmte Anwendungen werden Zellen mit extrazellulären Matrixstrukturen oder synthetischen Matrixkomponenten kombiniert. Matrizen und ihre potentiellen Abbauprodukte können ebenfalls Entzündungen und Immunreaktionen hervorrufen und müssen daher diesbezüglich untersucht werden.

Forschungsschwerpunkt

Unser Hauptaugenmerk ist die Analyse der immunologischen Charakteristika und immunmodulatorischen Fähigkeiten von Stammzellen und ihren Vorläuferzellen, sowie anderer primärer Zelltypen für potentielle therapeutische Anwendungen.

1. Wir untersuchen die Immunogenität von verschiedenen primären Zelltypen (z.B. Endothel-Zellen, Endothel-Progenitorzellen, mesenchymale Stammzellen, vom Herzen abstammende Progenitorzellen, Zellen aus Bandscheibengewebe [Nucleus pulposus]). Dazu haben wir ein Set von in vitro-Assays etabliert, mit dem wir die Immunreaktion sowohl des angeborenen als auch des erworbenen Immunsystems testen, wie beispielsweise die Ausbreitung, Aktivierung, Apoptose-Induktion, Zytotoxizität sowie Zytokine/Chemokine-Freisetzung.

2. Wir analysieren die Fähigkeit von Stammzellen und deren Vorläufern zur Modulation der Immunantwort und zur Gewebereparatur. Wir haben eine Reihe von in vitro-Systemen etabliert, um diese Effekte bei mesenchymalen Stammzellen (MSC) von Ratten und Menschen zu charakterisieren. Mittels eines entwickelten Panels zur durchflusszytometrischen Charakterisierung der Oberflächenmarker-Expression kann der Phänotyp humaner MSC aus verschiedenen Quellen ermittelt werden. Zusätzlich werden Effekte von Ratten-MSC auf die Immunzellaktivierung in einem 3D-Kultursystem analysiert. In einem präklinischen Nierentransplantations-Modell der Ratte mit verlängerter Ischämie wird untersucht, wie MSCs und die von ihnen sekretierten löslichen Faktoren oder Membranvesikel das Nierengewebe vor ischämischer Entzündung und nachfolgender Schädigung schützen.

3. Zusätzlich zur Analyse der Immunogenität verschiedener Zelltypen konzentrieren wir uns auf die Immunreaktionen, die durch biologische Matrices (xenogenen und menschlichen Ursprungs) und ihre Komponenten herbeigeführt werden. Synthetische Hybridmatrizen, die aus Polymeren und Proteinen der extrazellulären Matrix bestehen, werden auf die Induktion von angeborenen oder erworbenen Immunreaktionen getestet. Davon abgeleitet entwickeln wir neue Strategien, um Immunreaktionen gegen Matrixstrukturen bei Herzklappen-Transplantaten zu minimieren oder ganz zu verhindern.

Team

Prof. Dr. Martina Seifert
Tel.: +49 (0)30 450 539 435
Fax: +49 (0)30 450 524 962
E-Mail: martina.seifertcharitede

Christien Beez
Doktorand
Tel.: +49 (0)30 450 539 463
E-Mail: christien.beez@charite.de

Falk Diedrichs
Doktorand (Medizin)
Tel.: +49 (0)30 450 539 463
E-Mail: falk.diedrichscharitede

Naima Souidi
Doktorand, BSRT
Tel.: +49 (0)30 450 539 508
E-Mail: naima.souidicharitede

Maria Schneider
Doktorand
Tel.: +49 (0) 30 450 539 508
E-Mail: maria.schneidercharitede

Niklas Fellmer
Bachelorstudent
Tel.: +49 (0) 30 450 539 463
E-Mail: niklas.fellmercharitede

Victoria Reinhold
Bachelorstudent
Tel.: +49 (0) 30 450 539 463
E-Mail: victoria.reinholdtcharitede

Thu Thao Nguyen
Bachelorstudent
Tel.: +49 (0) 30 450 539 463
E-Mail: thu-thao.nguyencharitede

 

Alumni:

Meaghan Stolk

Methoden

  • Primary cell and stem cell cultures
  • FACS analysis
  • Magnetic cell sorting
  • Proliferation assays (CFSE-based)
  • Cytotoxicity assays (Calcein-based)
  • Antibody / Complement Assays
  • Cytokine detection assays (CBA-Technology)
  • Quantitative real time RT-PCR
  • Immunohistology
  • ELISA
  • ELISPOT
  • Cell labeling techniques
  • Rat model: Kidney transplantation

Auszeichnungen

  • DFG project (657/4-3): Modifikation decellularisierter, autolog wiederbesiedelter, xenogener Pulmonalklappen zur Verwendung als Aortenklappen, 03/2007-03/2010
  • BSRT project: Analysis of immunogenicity and immunomodulatory features of human endothelial progenitor cells (EPC) derived endothelial cells, start 09/2010, collaboration with platform F1 (Dr. C. Schmidt-Lucke)

Publikationen

  • Ladhoff J, Bader M, Brösel S, Effenberger E, Westermann D, Volk HD, Seifert M. Low immunogenicity of endothelial derivatives from rat embryonic stem cell-like cells. Cell Research. 2009; 19: 507 - 518.
  • Ladhoff J, Fleischer B, Hara Y, Volk HD, Seifert M. Immune privilege of endothelial cells differentiated from endothelial progenitor cells. J Cardiovasc Res. 2010; 88: 121-129.
  • Bayrak A, Tyralla M, Ladhoff J, Schleicher M, Stock UA, Volk HD, Seifert M. Human immune responses to porcine xenogeneic matrices and their extracellular matrix constituents in vitro. Biomaterials. 2010; 31(14): 3793-803.
  • Hoogduijn MJ, Popp FC, Grohnert A, Crop MJ, van Rhijn M, Rowshani AT, Eggenhofer E, Renner P, Reinders ME, Rabelink TJ, van der Laan LJ, Dor FJ, Ijzermans JN, Genever PG, Lange C, Durrbach A, Houtgraaf JH, Christ B, Seifert M, Shagidulin M, Donckier V, Deans R, Ringden O, Perico N, Remuzzi G, Bartholomew A, Schlitt HJ, Weimar W, Baan CC, Dahlke MH; MISOT Study Group. Advancement of mesenchymal stem cell therapy in solid organ transplantation (MISOT). Transplantation. 2010; 90(2): 124-6.
  • Deuse T, Seifert M, Phillips N, Fire A, Tyan D, Kay M, Tsao M, Velden J, Eiermann T, Volk HD, Reichenspurner H, Robbins RC, Schrepfer S. HLA I knockdown human embryonic stem cells induce host ignorance and achieve prolonged xenogeneic survival. Circulation. 2011; 124 (11): S3-9.
  • Flemming A, Schallmoser K, Strunk D, Stolk M, Volk HD, Seifert M. Immunomodulative efficacy of bone marrow-derived mesenchymal stem cells cultured in human platelet lysate. J Clin Immunol. 2011; 31(6):1143-56.
  • Hara Y, Stolk M, Ringe J, Dehne T, Ladhoff J, Kotsch K, Reutzel-Selke A, Reinke P, Volk HD, Seifert M. In vivo effect of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in a rat kidney transplantation model with prolonged cold ischemia. Transpl Int. 2011; 24(11): 1112-23.
  • Haag M, Stolk M, Ringe J, Linthout SV, Tschöpe C, Sittinger M, Seifert M. Immune attributes of cardiac-derived adherent proliferating (CAP) cells in cardiac therapy. J Tissue Eng Regen Med. 2012 Mar 2. doi: 10.1002/term.531. [Epub ahead of print]
  • Seifert M, Lubitz A, Trommer J, Könnig D, Korus G, Marx U, Volk HD, Duda G, Kasper G, Lehmann K, Stolk M, Giese C. Crosstalk between immune cells and mesenchymal stromal cells in a 3D bioreactor system. Int J Artif Organs, doi 10.5301/IJAO.5000118.
  • Seifert M, Stolk M, Polenz D, Volk HD. Detrimental effects of rat mesenchymal stromal cell pre-treatment in a model of acute kidney rejection. Front Immunol 2012; 3:202.
  • Souidi N, Stolk M, Seifert M. Ischemia-reperfusion injury: beneficial effects of mesenchymal stromal cells. Curr Opin Organ Transplant. 2013 Feb; 18 (1): 34-43. PMID: 23254704.
  • Bayrak A, Prüger P, Stock UA, Seifert M. Absence of immune responses with xenogeneic collagen and elastin. Tissue Eng Part A. 2013; 21: 3289-3297.
  • Seifert M, Bayrak A, Stolk M, Souidi N, Schneider M, Stock UA, Brockbank KG. Xeno-immunogenicity of ice-free cryopreserved porcine leaflets. J Surg Res. 2015; 193(2): 933-941.
  • Stich S, Stolk M, Girod PP, Thome C, Sittinger M, Ringe J, Seifert M, Hegewald AA. Regenerative and immunogenic characteristics of cultured nucleus pulposus cells from human cervical intervertebral discs. PLoS One. 2015; 10(5): e0126954.
  • Stolk M, Seifert M. Protein contaminations impact quantification and functional analysis of extracellular vesicle preparations from mesenchymal stromal cells. JSRM. 2015; 11(2), P44-47; ePub Code: 011020400002EPA270715.
  • Schneider M, Souidi N, Stock U, Brockbank KG, Stamm C, Seifert M. Human Macrophage Activation and Polarization in Response to Cryopreserved Cardiovascular Matrices. Tissue Engineering. 2015; Part A 21: S236-S237.